Dampf für Dawn

Eine neue Wasserstelle im Sonnensystem: Das Weltraumteleskop Herschel hat Wasserdampf um den Zwergplaneten Ceres aufgespürt. Die NASA-Sonde Dawn soll jetzt nachschauen.

Der Weg zu Ceres ist überraschend kurz. Astronauten, die den Kleinplaneten besuchen wollten, hätten eine Anreise von 270 Tagen – zum Mars ginge es kaum schneller. Das haben US-amerikanische Forscher um Frank Laipert von der Purdue-Universität in West Lafayette, Indiana, kürzlich berechnet.

Und man bräuchte dazu einen nuklear-elektrischen Antrieb. Der ist heute zwar noch nicht verfügbar, könnte technisch jedoch im Prinzip bald realisiert werden. Trotzdem wird eine solche Mission frühestens in einigen Jahrzehnten in Angriff genommen werden. Aber Besuch bekommt Ceres trotzdem bald: von einem unbemannten Raumschiff. Schon nächstes Jahr wird die NASA-Sonde Dawn den Zwergplaneten erreichen.

Ceres ist mit rund 952 Kilometer Durchmesser das größte Exemplar im Planetoidengürtel. Zwischen Mars und Jupiter umkreisen dort Millionen Objekte die Sonne. Die meisten davon messen nur wenige Kilometer oder haben gar die Größe von Felsbrocken. „Das ist Baumaterial, das vor 4,5 Milliarden Jahren bei der Entstehung der großen Planeten übrig blieb", sagt Michael Küppers vom Wissenschaftszentrum der Europäischen Weltraumbehörde ESA bei Madrid. Er und seine Kollegen wollen wissen, mit welchen „ Werkstoffen" damals die Konstruktion der Planeten vonstatten ging. Es geht ihnen vor allem um die Frage, welche Rolle das Wasser beim chemischen Aufbau von Urkörpern wie Ceres gespielt hat.

Mit dem letzten Kühlmittel

Deshalb hat das Forscherteam den Zwergplaneten mit dem europäischen Weltraumteleskop Herschel ins Visier genommen. Kürzlich berichteten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature über ihre Ergebnisse. Herschels HIFI-Spektrometer (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared) ist hervorragend dazu geeignet, Wasser nachzuweisen, denn es ist für Infrarotstrahlung zwischen 157 und 625 Mikrometer Wellenlänge ausgelegt. Ein Mikrometer entspricht 0,001 Millimeter – solche Wellen haben also etwa die 1000-fache Wellenlänge von Licht und sind für das menschliche Auge unsichtbar.

„Wir haben Ceres mit HIFI zwischen November 2011 und März 2013 untersucht", sagt Küppers. „Die letzte Messung datiert nur wenige Wochen vor dem Betriebsende des Teleskops, denn Herschels Kühlmittel ging nach vier Jahren Beobachtungszeit im Weltraum planmäßig zur Neige."

Zwar gab es vor der aktuellen Ceres-Studie bereits indirekte Hinweise auf Aktivität bei mehreren anderen Planetoiden. So berichtete 2012 David Jewitt von der Universität von Kalifornien in Los Angeles von rund einem Dutzend Kleinplaneten, die Staubteilchen ins All schleudern. Bei manchen, so der Astronom, scheinen die Partikel von Wasserdampf mitgerissen zu werden. Doch mit den neuen HIFI-Messungen bleibt nunmehr kein Zweifel: Ceres ist in Wasserdampf gehüllt. Denn erstmals konnte klipp und klar der spektrale Fingerabdruck von Wassermolekülen nachgewiesen werden.

„Die Aktivität geht von zwei Regionen aus", weiß Küppers. „Sie liegen auf gegenüberliegenden Seiten von Ceres." Auf Infrarotfotos des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile sind dort dunkle Stellen zu erkennen. Der ESA-Forscher hält die Dunkelgebiete für die Quellgebiete des Wasserdampfs. „Unseren Analysen zufolge verlassen pro Sekunde durchschnittlich sechs Kilogramm Dampf die Oberfläche."

Nur ein Teil davon ist schneller als die Fluchtgeschwindigkeit von 520 Metern pro Sekunde. (Das ist nicht einmal sieben Prozent der Geschwindigkeit, mit der ein irdischer Körper in eine Umlaufbahn gelangt.) Allen schnelleren Wasser-Molekülen gelingt die Flucht ins All.

Geysire auf Ceres?

Schon frühere Untersuchungen der 1801 entdeckten Ceres legten nahe, dass sich in ihrem Untergrund eine Zone aus Wassereis verbirgt. Möglicherweise reicht sie stellenweise bis zur Oberfläche. Dieser Eismantel könnte die Quelle des Dampfs sein: Wenn sich Ceres auf ihrer elliptischen Umlaufbahn der Sonne nähert, erwärmt sich das Oberflächeneis. Teile davon sublimieren – das heißt, das Eis verdampft, ohne zuvor zu schmelzen.

Vielleicht ist alles aber auch ganz anders. Denn der Dampf könnte auch aus geologischen Prozessen im Innern von Ceres stammen und durch Geysire oder Eisvulkane freigesetzt werden. Ähnliches hatte die Cassini-Sonde bei Enceladus entdeckt: Der Saturnmond gibt ebenfalls Dampf und Eispartikel ab (bdw 4/2012, „ Der spuckende Saturnmond").

Die dafür nötige innere Wärmequelle müssten bei Ceres langlebige radioaktive Isotope sein – aus der frühen Bildungsphase des Himmelskörpers. Doch Küppers ist skeptisch: „ Ein so kleiner Körper müsste eigentlich längst ausgekühlt sein."

Dawn wird hoffentlich bald klären, ob Küppers recht hat. Die Sonde wird kommendes Frühjahr ankommen – nach über 2200 Tagen Flug, der bereits zum Kleinplaneten Vesta führte (bild der wissenschaft 10/2012, „Porträt eines Urplaneten"). Von der Umlaufbahn aus soll sie Ceres dann mindestens ein halbes Jahr lang eingehend erforschen.

Der Vergleich mit der völlig trockenen Vesta wird den Wissenschaftlern neue Einblicke ermöglichen. Für die Lösung des Wasserrätsels sind drei Instrumente besonders wichtig: ein Infrarot-Spektrometer aus Italien und die beiden deutschen Bordkameras. Die Forscher sind äußerst gespannt, was sie vor die Linsen bekommen werden. •

von Thorsten Dambeck

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