Polare Ringe um Neptun rechnerisch möglich

Kürzlich war den einschlägigen Zeitschriften die Meldung zu entnehmen, daß der Saturnmond Rhea möglicherweise ebenso wie Saturn selbst von einem Ring kleinerer Partikel umgeben sein könnte. Abgesehen davon, daß unser Planetensystem noch so manche Überraschung bereithält, fühlte ich mich an der Stelle spontan an ein Paper erinnert, welches ich vor einigen Jahren las.

Wie entstehen gewöhnliche Planetenringe?

Planetenringe entstehen aus einer anfänglichen (oder sich regenerierenden) ausgedehnten Partikelwolke. Die Abplattung des Planeten bewirkt zum einen, daß das Gravitationspotential nicht kugelsymmetrisch ist, woraufhin die Partikel präzedieren. Durch inelastische Stöße (zur Erinnerung: ein Teil der Bewegungsenergie wird beim Stoß in andere Energieformen, z.B. Schwingungen und Wärme, umgewandelt) geben die Partikel andererseits fortwährend Bewegungsenergie ab, bis ihre Relativgeschwindigkeit zueinander bei 0 angelangt ist. Da die Partikel präzedieren, kann dieser Zustand erst eintreten, wenn obendrein ihre Bahnneigung sich durch Stöße zu 0 angebaut hat. Erst bei einer Bahnneigung von 0 findet keine Präzession mehr statt und die Stöße kommen zur Ruhe; die Äquatorebene eines Planeten wird so zur Ringebene.

Polare Ringe um Neptun?

Das oben erwähnte Paper beschreibt die theoretische Möglichkeit, daß Neptun von einem oder mehreren polaren Ringen umgeben sein könnte. Die für die Ringbildung erforderliche Abweichung des Gravitationsfeldes von der Kugelsymmetrie wird hier allerdings von der Schwerkraft des Mondes Triton hervorgerufen, der dafür massereich genug ist und Neptun hinreichend nahe steht. Die Ringebene steht in diesem Fall ungefähr senkrecht zur Verbindungslinie Neptun-Triton. Eine mathematische Betrachtung ergab, daß ein solcher Ring stabil wäre.

Da es zwei Asymmetrien im Gravitationspotential des Neptun gibt (durch Abplattung & durch Triton), die sich überlagern, variiert die Ausrichtung der polaren Ringebene über den Abstand zu Neptun, sodaß ein solches Ringsystem leicht gewunden wäre.

Können polare Ringe und äquatoriale Ringe koexistieren?

Die Abplattung des Neptun ist für die tatsächlich beobachteten Ringe und Ringbögen verantwortlich und dominiert den Nahbereich des Planeten, während die durch Triton bedingte Asymmetrie des Gravitationsfeldes in größeren Abständen dominiert. Aufgrund des unterschiedlichen Abstandes vom Planeten könnten beide Ringsysteme zugleich existieren.

Befund: negativ

Seit dem Erscheinen des Papers hat es große Fortschritte in der Erforschung durch Raumsonden (Voyager) sowie in der erdgebundenen und weltraumgestützten Beobachtungstechnik gegeben. Hinweise auf polare Ringe fanden sich darin nicht, wobei mir aber auch nicht bekannt ist, ob danach gesucht wurde. Wenn sie tatsächlich existierten, wäre der beste Weg zum Nachweis die Helligkeitsabschwächung eines Sterns beim Vorübergang während der Kantenstellung. Da das Ringsystem verbogen ist, ist es fraglich, ob in der Kantenstellung eine für die Beobachtung hinreichende optische Dichte zustande kommt.

Die tatsächliche Existenz polarer Ringe kann aufgrund der fehlenden Hinweise als spekulativ eingestuft werden, zumal die Herkunft von Partikeln auf polaren Umlaufbahnen unklar ist. Dennoch finde ich diese rechnerische Möglichkeit bemerkenswert genug, um sie in einem Zirkular darzulegen.

Quelle

Nicole Borderies, Properties of possible polar rings around Neptune, Icarus 77 (1989), S. 135
A.R. Dobrovolskis, Where are the rings of Neptune?, Icarus 43 (1980), S. 222