Salzwasser-Reservoire unter der eisigen Kruste des Saturnmondes Enceladus

Enceladus, aufgenommen von der Raumsonde Cassini Bild: de.wikipedia.org

Dicht unter der eisigen Kruste des Saturnmondes Enceladus müssen sich flüssige Salzwasser-Reservoire befinden. Das zeigen Forschungen von Heidelberger Wissenschaftlern. Sie haben Partikel der Eisfontänen, die Enceladus in den interstellaren Raum ausstößt, in ihrer Zusammensetzung analysiert. Die Proben stammen aus direkten Durchflügen einer Sonde der Cassini-Huygens-Mission, die von der Europäischen Weltraumorganisation ESA, der NASA und der italienischen Raumfahrtagentur ASI durchgeführt wird. Die Forschungsergebnisse, mit denen das Wissenschaftlerteam am Max-Planck-Institut für Kernphysik und der Universität Heidelberg an frühere Arbeiten anknüpft, werden in „Nature“ veröffentlicht.

Die Fontänen des Saturnmondes Enceladus speien Wasserdampf und kleine Eispartikel in den Weltraum. Sie stammen aus den „Tigerstreifen“ – Oberflächenspalten am Südpol des Mondes – und erzeugen den E-Ring, in dessen Zentrum sich die Umlaufbahn des Enceladus um den Saturn befindet. Die Cassini-Raumsonde entdeckte die Fontänen im Jahre 2005. In drei Durchflügen, die in den Jahren 2008 und 2009 gelangen, konnte die Zusammensetzung frisch ausgeworfener Partikel gemessen werden. Dabei kam der Staubdetektor des Max-Planck-Instituts für Kernphysik zum Einsatz. Die Eispartikel treffen den „Cosmic Dust Analyzer“ (CDA) mit Geschwindigkeiten zwischen 6,5 und 17,5 Kilometern pro Sekunde und verdampfen sofort. Mit Hilfe elektrischer Felder im CDA werden die verschiedenen Bestandteile der entstehenden Plasmawolke getrennt und analysiert.

Wie der Leiter dieser Untersuchungen, Dr. Frank Postberg, erläutert, sind die in größerer Entfernung von Enceladus ausgeworfenen Partikel klein und salzarm, ähnlich wie die Partikel des E-Rings. In der Nähe des Mondes hat Cassini jedoch relativ große und salzreiche Partikel gefunden. Mehr als 99 Prozent der Masse scheinen in Form solcher salzreicher Partikel ausgeworfen zu werden, wie der Heidelberger Wissenschafter erläutert. „Die meisten von ihnen sind jedoch zu schwer und fallen zurück auf die Mondoberfläche. Sie schaffen es nicht in den E-Ring.“

Die salzhaltigen Eispartikel haben eine „ozeanartige“ Zusammensetzung, die dann zu erwarten ist, wenn das Eis aus einem flüssigen Salzwasser-Reservoir stammt und nicht von der gefrorenen Eisoberfläche des Mondes. „Wenn Salzwasser langsam gefriert, wird das Salz aus der Eisstruktur verdrängt, so dass reines Wassereis zurückbleibt. Wenn also die Fontänen aus Oberflächeneis bestehen würden, müssten wir von einem nur geringen Salzgehalt ausgehen. Gegenwärtig gibt es kein anderes plausibles Szenario, als den stetigen Auswurf salzreicher Eispartikel überall aus den Tigerstreifen mit Salzwasser unter der eisigen Oberfläche des Enceladus zu erklären”, sagt Dr. Postberg, der am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg und am Max-Planck-Institut für Kernphysik (Heidelberg) forscht.

Das Forscherteam geht davon aus, dass sich etwa 80 Kilometer unter der Enceladus-Oberfläche eine Wasserschicht zwischen dem felsigen Kern und dem eisigen Mantel erstreckt. Diese wird durch Gezeitenkräfte von Saturn und Nachbarmonden sowie durch Zerfallswärme radioaktiver Elemente im flüssigen Zustand gehalten. Salz aus dem Gestein löst sich im Wasser, das sich dann in flüssigen Reservoiren unter der Kruste ansammelt. Wenn sich in der äußeren Eisschicht Spalten öffnen, gerät das Reservoir in Kontakt mit dem Weltraum. Durch den Druckabfall verdampft die Flüssigkeit, ein Bruchteil davon wird in Form salziger Eisteilchen schockgefrostet und als Fontänen ausgespien. Wie andere Forschungsarbeiten zeigen, werden neben den Eispartikeln jede Sekunde rund 200 Kilogramm Wasserdampf aus „Düsen“ in den Tigerstreifen geschleudert. Nach den Berechnungen der Heidelberger Wissenschaftler müssen die Wasserreservoire große Oberflächen haben, an denen die Verdampfungsprozesse stattfinden. „Andernfalls würden sie leicht zufrieren und die Fontänen versiegen“, betont Dr. Postberg.

An den Forschungsarbeiten waren neben den Heidelberger Wissenschaftlern auch Forscher der Universität Potsdam, der Technischen Universität Braunschweig und der Universität Stuttgart sowie der University of Colorado in Boulder (USA) und der Open University in Milton Keynes (Großbritannien) beteiligt. Die Cassini-Huygens-Mission ist eine gemeinsame Unternehmung von ESA, NASA, und ASI. Gestartet 1997, erreichte die Cassini-Raumsonde im Jahr 2004 das Saturnsystem und untersucht seitdem den Ringplaneten und seine Monde.

Quelle: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg