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Saturn

Inhalt
1. Astronomische Grundlagen 5. Die Ringe und ihre Teilungen
2. Geeignete Geräte 6. Das Planetenscheibchen
3. Beobachtung 7. Die Monde
4. Änderung des Erscheinungsbildes  

Astronomische Grundlagen

Saturn, aufgenommen von der Raumsonde Cassini

Saturn, aufgenommen von der Raumsonde Cassini. Bild: NASA

Saturn ist von der Sonne aus gesehen der sechste Planet und der zweitgrößte der sog. Gasplaneten. Der mittlere Abstand von der Sonne beträgt 9,58 Astronomische Einheiten ( = 1,433 Milliarden Kilometer): Hieraus resultiert eine Umlaufperiode um die Sonne von 29,45 Jahren. Der Abstand von der Erde schwankt zwischen 7,99 und 11,08 Astronomischen Einheiten. Eine Astronomische Einheit entspricht mit 149,45 Millionen Kilometern dem mittleren Abstand Erde - Sonne.

Saturn hat einen Äquatordurchmesser von 120.536 km und einen Poldurchmesser von 108.728 km. Diese Abplattung ist ein Resultat der schnellen Rotation des Planeten mit einer Rotationsperiode von 10h47m. Seine mittlere Dichte beträgt 0,687 Gramm pro Kubikzentimeter. Saturn würde im Wasser schwimmen! Die Neigung seiner Rotationsachse beträgt 26,73 Grad. Auf Saturn gibt es also Jahreszeiten wie auf der Erde. Die Achsenneigung wird bei der Besprechung des Ringsystems wichtig werden.

Das auffälligste Merkmal des Saturn ist sein gigantisches Ringsystem. Es besteht aus zahllosen einzelnen Ringen, die aus Eis- und Gesteinspartikeln bestehen und durch mehr oder weniger große Lücken voneinander getrennt sind. In diesem Zusammenhang wird auch dann von "Eis" gesprochen, wenn ein Stoff, der auf der Erde gasförmig auftritt, in großer Entfernung zur Sonne gefroren ist. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist Kohlendioxid. In diesem Artikel werden nur die Ringe besprochen, die für die Beobachtung mit Amateurteleskopen relevant sind.

Saturn besitzt über 62 Monde, und durch die Raumsonde Cassini werden immer wieder neue, kleine Monde entdeckt. Unten werden wiederum nur die Monde aufgeführt, die mit Amateurteleskopen visuell erreichbar sind.

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Geeignete Geräte

Langbrennweitige Teleskope mit langsamem Öffnungsverhältnis: Newtons von f/6 bis f/8, Maksutov-Cassegrains, langsame ED-Refraktoren, Schmidt-Cassegrains, APO-Refraktoren sowie bedingt sehr langsame, kleine Achromaten

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Beobachtung

Empfohlene Vorkenntnisse: Planetenbeobachtung: Allgemeine Grundlagen

Das Planetenscheibchen des Saturn fällt im Teleskop aufgrund der großen Entfernung des Planeten relativ klein aus. Sein scheinbarer Durchmesser schwankt zwischen 15 und 20 Bogensekunden. Der scheinbare Ringdurchmesser beträgt 37 bis 46 Bogensekunden. Zum Vergleich: Der Vollmond hat einen mittleren scheinbaren Durchmesser von 1920 Bogensekunden. Im Fernglas erkennt man bei 12-facher Vergrößerung eine leicht langgezogene Gestalt des Saturn. Die folgende Abbildung zeigt Saturn kurz nach einer Bedeckung durch den Mond, aufgenommen mit einem 300 Millimeter-Teleobjektiv. Die Aufnahme vermittelt einen guten Eindruck von der scheinbaren Größe des Saturn:

Saturn, kurz nach einer Bedeckung durch den Mond

Das Foto entstand bei leichter Bewölkung. Die leicht elongierte Form des Saturn ist kein Effekt der Belichtungszeit, sondern beruht auf der Form der Saturnringe. Der Anblick entspricht in etwa dem durch ein stark vergrößerndes Fernglas.

Aufgrund seines majestätischen Ringsystems ist Saturn bereits in kleinen und mittleren Teleskopen der eindrucksvollste Planet und eines der ästhetischsten astronomischen Objekte überhaupt. Bereits kleine Teleskope lassen die Form der Ringe deutlich erkennen. Wie bei allen Planeten ist die Zeit um die Opposition grundsätzlich der beste Zeitraum, um Saturn zu beobachten.

Einige Erscheinungen sind jedoch abseits der Oppositionszeiten besser zu beobachten. Hierzu gehört der Schatten des Planeten auf den Ringen. Da wir exakt zur Opposition senkrecht auf den Planet blicken, ist der Schatten dann unbeobachtbar, von kaum merklichen durch die Bahnneigung der Planeten bedingten Effekten abgesehen. Einige Monate vor und nach der Opposition hingegen kann man sehr schön den schwarzen Schatten des Saturn auf den Ringen beobachten.

Verfinsterungen der Saturnmonde (Achtung: keine Bedeckungen durch die Planetenscheibe) sind in diesem Zeitraum ebenfalls am günstigsten zu beobachten. Sie sind jedoch weitaus seltener zu beobachten als beim Jupiter und hauptsächlich dann, wenn wir auf die Kante der Ringebene blicken (siehe unten).

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Änderung des Erscheinungsbildes

Saturn verändert im Laufe eines Umlaufs um die Sonne zyklisch sein Erscheinungsbild:

Zuerst blicken wir auf die Kante des Rings, dann ist er für kurze Zeit (selbst mit den größten Teleskopen und dem "Hubble") unbeobachtbar. Dann vergrößert sich der Winkel, unter dem wir die Ringe sehen, stetig. Hierbei neigt sich eine Halbkugel (Hemisphäre) des Saturn der Erde zu, wobei wir auf ihren Pol blicken. Nach gut sieben Jahren (genau: 7,36 Jahren) wird die maximale Ringöffnung erreicht. Der Winkel, unter dem wir jetzt auf Saturn und seine Ringe blicken, entspricht seiner Achsenneigung, nämlich 26,73 Grad. Nun verringert sich der Blickwinkel wieder stetig, bis nach weiteren gut sieben Jahren eine weitere Kantenstellung erreicht wird. Danach öffnen sich die Ringe erneut, wobei uns die entgegengesetzte Ringseite und Saturn-Halbkugel zugewendet erscheint, als vor der Kantenstellung. Die maximale Öffnung der Ringe wird wiederum nach gut sieben Jahren erreicht. Nun reduziert sich der Blickwinkel wieder, bis nach weiteren 7,36 Jahren die Ausgangsstellung unserer Betrachtung, nämlich die Kantenstellung, erreicht wird. Der Zyklus beginnt erneut.

Die Ursache hierfür liegt in der Achsenneigung des Saturn von 26,37 Grad und wurde bereits von Christiaan Huygens erkannt und 1659 publiziert: Im Laufe eines Saturnjahres blicken wir aus verschiedenen Winkeln auf die Saturnkugel, wobei die Rotationsachse des Saturn (genau wie die anderen Planeten und die Erde) stets die gleiche Orientierung im Raum aufweist.

Öffnungswinkel der Saturnringe

Quelle: Christiaan Huygens (Systema Saturnium, 1659) von der Website
http://www.surveyor.in-berlin.de/himmel/Bios/Huygens-e.html

Die obige Originalgrafik von Huygens veranschaulicht diese Geometrie. Der kleine, innere Kreis in der rechten Bildmitte ist die Erdbahn. Saturn ist auf seiner Bahn zu verschiedenen Beobachtungszeitpunkten dargestellt. In Position "B" blicken wir auf die Kante der Saturnringe. In Position "H" hingegen blicken wir bei voller Ringöffnung auf die Südhalbkugel das Saturn, die Nordhalbkugel ist uns abgewandt. Die Saturn-Symbole außerhalb der Planetenbahn zeigen den Planet, wie er sich an den entsprechenden Bahnpunkten von der Erde aus zeigen würde.

Die Grafik ist nicht maßstabsgerecht, die Saturnbahn befindet sich auf ihr viel dichter an der Erdbahn, als es im Sonnensystem der Fall ist. In erster Näherung kann die Erde zum besseren Verständnis hierbei als still stehend betrachtet werden.

Mit zunehmender Ringöffnung wird eine weitere speziell für kleine Teleskope eindrucksvolle Erscheinung deutlicher sichtbar: Der Zwischenraum zwischen Ring und Planet wird mit zunehmender Ringöffnung größer. Hier kann man zwischen den beiden Saturn-Komponenten ins Weltall blicken. Bei großer Ringöffnung kann man auch den Schatten des Saturn auf den Ringen deutlicher erkennen.

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Die Ringe und ihre Teilungen

Die Ringe sind die eigentliche Haupt-Attraktion des Saturn. Sie umgeben den Planet von der Erde aus gesehen wie eine frei schwebende Scheibe. Die Ringe sind in zahlreiche Einzelringe unterteilt. Für die amateurastronomische Beobachtung sind drei Ringe relevant, die mit Amateurteleskopen sichtbar sind.

Der A-Ring ist der äußere Ring und etwas lichtschwächer als der innere B-Ring. Diese beiden Ringe werden durch die im Teleskop tiefschwarz erscheinende, ca. eine Bogensekunde breite sog. Cassini-Teilung getrennt. An die Innenseite des B-Rings schließt sich der C-Ring an. Er ist sehr blass und wird deshalb auch Flor- oder Kreppring genannt. Die Abbildung zeigt die Einteilung der Saturnringe anhand einer Cassini-Aufnahme. Der D-Ring ist von der Erde aus unbeobachtbar.

Saturnringe, aufgenommen von der Raumsonde Cassini

Bild: NASA

Die Ringe als ganzen Komplex erkennt man bereits in kleinen Refraktor-Teleskopen ab 60 Millimeter Öffnung. Je nach Öffnung der Ringe und des Teleskops ist der Ring als solcher ab ca. 30- bis 40-facher Vergrößerung erkennbar. Beobachter mit überdurchschnittlichem Sehvermögen wollen die Ringe bei voller Öffnung (siehe unten) schon bei 20-facher Vergrößerung eben noch erkannt haben. Der A- und B-Ring werden durch die Cassini-Teilung getrennt. Die Farbunterschiede des A- und B-Rings sind nach Erfahrung des Verfassers auch in kleinen Teleskopen mit kontrastreicher Optik erkennbar, auch wenn die Cassini-Teilung nicht aufgelöst werden kann. Der C-Ring ist nur mit sehr großen Amateurteleskopen visuell zu beobachten.

Die Cassini-Teilung ist bei mittlerer Ringöffnung mit 90 Millimeter Teleskopöffnung bereits sehr deutlich zu erkennen. Erfahrungsberichten zu Folge ist sie bei großer Ringöffnung mit 60 Millimeter Teleskopauflösung eben noch fast umlaufend zu erkennen, dann jedoch an der Grenze der Auflösung.

Die Teleskopöffnung, ab der die Cassini-Teilung zu erkennen ist, hängt unmittelbar mit der Ringöffnung zusammen. Generell ist die Cassini-Teilung in den äussersten Bereichen der Ringe (den "Ansen") deutlicher zu erkennen als vor der Saturnkugel. Bei voller Ringöffnung erkennt man sie bereits mit 60 Millimeter-Teleskopen (s.o.). In der Nähe der Kantenstellung benötigt man nach Erfahrung des Verfassers mindestens ein hochwertiges 15-Zentimeter-Teleskop, um sie in den Ansen eindeutig zu erkennen.

Innerhalb des A-Rings befindet sich eine weitere Teilung, die sog. Encke-Teilung, auch Bleistiftlinie genannt. Sie hat eine Breite von nur ca. einer zehntel Bogensekunde. Diese Teilung ist nur mit perfekt justierten Amateurteleskopen mit 30 bis 40 Zentimeter Öffnung bei einwandfreiem Seeing zu beobachten. Hierfür muss die Ringöffnung zudem sehr groß sein, um die Teilung in den Ansen wahrnehmen zu können.

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Das Planetenscheibchen

Wie bereits oben erläutert, ist das Planetenscheibchen selbst bei größtmöglicher Erdnähe relativ klein. In Oppositionsstellung ist es in Bezug auf den Durchmesser 96-mal kleiner als der scheinbare Durchmesser des Vollmondes. Es wird also mindestens eine 150-, besser 200-fache Vergrößerung benötigt, um eine sinnvolle Abbildungsgröße zu erhalten. Die Angaben, welche Details mit welchen Teleskopen zu erkennen sind, sind im Fall des Saturnscheibchens als Richtwerte anzusehen, da die Sichtbarkeit stark vom Zustand der Saturnatmosphäre selbst abhängt.

Saturn selbst erscheint cremefarben bis schwach gelblich. Teleskope ab etwa 70-80 Millimeter Öffnung zeigen pro Hemisphäre ein schwaches Wolkenband, das eine etwas dunklere Farbe als das Planetenscheibchen aufweist. Mit Teleskopen ab ca. 100 Millimeter Öffnung erkennt man eine leichte Abdunkelung der Polgebiete. Größere Teleskope ab ca. 20 Zentimeter Öffnung lassen weitere Wolkenbänder erkennen. Die Wolkenbänder des Saturn sind an ihren Rändern kaum strukturiert.

Beobachtet man Saturn in der Nähe der Kantenstellung der Ringe, erkennt man bereits in kleineren Teleskopen deutlich die Abplattung des Planeten. In dieser Zeit sind auch die Schattendurchgänge von Saturns Monden am besten zu beobachten. Aufgrund der Neigung der Rotationsachse des Planeten sind sie in dieser Phase besonders gut zu erkennen. Deutlich ist nur die Passage des Titan-Schattens, die Schatten der anderen Monde sind nur schwach sichtbar.

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Die Monde

Saturn hat über 62 Monde, von denen sieben für den Amateurastronomen interessant sind. Die Monde des Saturn sind schwächer und weiter vom Planet entfernt als die Galileischen Monde des Jupiter. Sie sind nicht wie bei Jupiter ähnlich einer Perlenkette sichtbar und befinden sich viel weiter vom Saturn entfernt. Sie sind ggf. nur mit einer Aufsuchkarte zu identifizieren. Monde mit einer großen mittleren Entfernung vom Saturn können sich von der Erde aus gesehen dennoch relativ nahe am Planet befinden. Das ist ein perspektivischer Effekt, wenn sich der Mond bei seinem Umlauf von der Erde aus gesehen zwischen Saturn und Erde befindet.

Iapetus ist aufgrund seiner unterschiedlich hellen Hemisphären besonders interessant zu beobachten: Auf einer Seite des Saturn ist er gut zu sehen, auf der anderen ist er praktisch unbeobachtbar. Der Grund hierfür ist, dass Iapetus eine extrem helle und eine extrem dunkle Hemisphäre aufweist. Während eines Saturn-Umlaufs blicken wir auf der einen Seite auf die helle, und auf der anderen Seite auf die dunkle Hemisphäre.

Die folgende Tabelle listet die sieben relevanten Monde mit Angaben zum größten Abstand von Saturn ("max. Elongation", gemessen vom Planetnmittelpunkt) in Saturndurchmessern, zur scheinbaren Helligkeit und benötigten Teleskopöffnung in Millimeter, einen dunklen Himmel vorausgesetzt, auf.

Mond max. Elongation Helligkeit (mag) Öffnung
Mimas 1,53 12,8 127
Enceladus 1,97 11,5 90
Tethys 2,44 10,2 70
Dione 3,13 10,4 70
Rhea 4,37 9,7 70
Titan 10,13 8,4 Fernglas
Iapetus 29,54 10,0 (Mittelwert) 70

Die Angaben zur benötigten Öffnung sind bei den inneren Monden theoretischer Natur. Da die inneren Saturnmonde vom Saturn etwas überstrahlt werden, sind für Mimas, Enceladus, Tethys und Rhea etwa 20 Zentimeter Teleskopöffnung erforderlich, wenn man sie deutlich erkennen möchte. Die Beobachtung von Saturnmonden sollte stets in der Nähe der größten Elongation vom Planeten stattfinden. Die Daten zum Lauf der Saturnmonde findet man in astronomischen Jahrbüchern oder mit Planetariums-Software.

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