Ceres: Salziges Nass im Untergrund - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Ceres: Salziges Nass im Untergrund

In dieser Darstellung einer Region im Occator Krater von Ceres sind die salzigen Flüssigkeiten rötlich hervorgehoben, die aus einem tiefen Reservoir unter der Kruste nach oben gedrückt wurden. (Bild: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)

Eine erstaunlich komplexe Welt zeichnet sich ab: Neue Ergebnisse der NASA-Mission Dawn legen nahe, dass es unter der Oberfläche des Zwergplaneten Ceres Reste eines unterirdischen Wasserreservoirs gibt, die noch immer für Kryovulkanismus sorgen: Im Einschlagskrater „Occator“ dringt stark salzhaltige Flüssigkeit aus dem Untergrund an die Oberfläche und verursacht helle Ablagerungen, geht aus den Untersuchungsergebnissen hervor.

Mit rund 950 Kilometer Durchmesser ist Ceres der größte Brocken im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Während andere Himmelskörper dieser Zone häufig eine stark verbeulte Gestalt besitzen, verpasst die vergleichsweise starke Gravitation Ceres hingegen annähernd eine Kugelform. Um einen detaillierteren Blick auf diese exotische Welt zu ermöglichen, stand der Zwergplanet zwischen 2015 und 2018 im Visier der NASA-Sonde Dawn. Die Aufnahmen haben bereits verdeutlicht, dass Ceres im Vergleich zu den anderen Himmelskörpern im Asteroidengürtel ausgesprochen komplexe Strukturen aufweist.

Ein Sonderling im Visier

Nun machen die aktuellen Ergebnisse den Zwergplaneten endgültig zu einem Promi in unserem Sonnensystem. Sie beruhen weitgehend auf den Messdaten der Endphase der Dawn-Mission: In den letzten fünf Monaten näherte sich die Sonde der Oberfläche von Ceres bis auf 35 Kilometer. Dabei entstanden besonders detailreiche Aufnahmen der interessanten Oberflächenstrukturen. In einer Reihe von Veröffentlichungen in den Zeitschriften Nature Astronomy, Nature Geoscience und Nature Communications berichten nun Wissenschaftler über die Auswertungsergebnisse der Dawn-Daten.

Im Fokus der Aufmerksamkeit der Wissenschaftler stand der Occator – ein rund 92 Kilometer breiter Einschlagskrater auf der Nordhalbkugel von Ceres. Sein besonderes Merkmal ist eine teilweise leuchtend weiße Färbung, die bereits zuvor Vermutungen hervorgerufen hat, es könnte sich um Spuren von Wasservorkommen handeln. „Genau betrachtet hat der Occator-Krater eine sehr komplexe Struktur mit Erhöhungen, Absenkungen, Ablagerungen, Rissen und Furchen. In allen Einzelheiten ist dies erst in der letzten Missionsphase deutlich geworden“, sagt Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, der das Kamerateam der Dawn-Mission geleitet hat. Er und seine Kollegen haben sich bei den Datenauswertungen mit der Geschichte des Kraters befasst. „Aus der heutigen Morphologie des Kraters können wir seine Entstehung rekonstruieren – und so einen Blick in die bewegte Vergangenheit von Ceres werfen“, sagt Nathues.

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Spuren von Kryovulkanismus

Anhand von charakteristischen Merkmalen kamen sie zu der Einschätzung, dass ein großer Einschlag vor etwa 22 Millionen Jahren den Occator-Krater geschaffen hat. Wie aus den Modellierungen hervorgeht, entstand dabei ein Zentralberg, der nach einiger Zeit wieder einstürzte. Vor etwa 7,5 Millionen Jahren stieg unter seinen Resten dann stark salzhaltige Flüssigkeit aus dem Innern von Ceres durch die Risse im Einschlagsbereich an die Oberfläche. Das Wasser dieser Sole verdunstete anschließend und die Salze lagerten sich ab. So erklären die Wissenschaftler die Entstehung der markanten hellen Ablagerungen im Zentrum des Occator-Kraters.

In der folgenden Zeit kam es dann zu weiteren Aktivitäten, die zu Ablagerungen
im Bereich des Kraterbodens führten. Vor etwa zwei Millionen Jahren erwachte das Zentrum des Kraters dann allerdings noch einmal besonders intensiv, geht aus den Analysen hervor. Erneut drang Sole durch die Risse im Krateruntergrund an die Oberfläche und erzeugte eine Kuppe aus hellem Material. „Dieser Prozess dürfte mindestens bis vor einer Million Jahre angedauert haben“, sagt Nico Schmedemann von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) in Münster. „Bemerkenswert ist vor allem, wie lange der Occator-Krater aktiv war und möglicherweise noch immer ist“, so Nathues.

Er und seine Kollegen halten es für unwahrscheinlich, dass die ausgetretene Flüssigkeit ausschließlich auf Schmelzwasser vom ursprünglichen Einschlag zurückzuführen ist. Denn die Wärme, die bei einem solchen Einschlag entsteht, hätte sich nicht über so viele Millionen Jahre im Inneren halten können. Und auch die Ursache für den Kryovulkanismus bei einigen Eismonden unseres Sonnensystems kommt nicht in Frage. Bei ihnen entsteht Wärme im Inneren, da sie von den Gravitationskräften ihrer Mutterplaneten durchgeknetet werden. Doch bei dem isoliert kreisenden Zwergplaneten Ceres gibt es diesen Effekt nicht.

Flüssigkeitsblase in der Tiefe

Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sich tief unter dem Occator-Krater Reste eines Wasserkörpers befinden, die durch ihren hohen Salzgehalt vor dem Gefrieren bewahrt wurden – ähnlich wie durch den Effekt von Streusalz. Diese Interpretation stützen Analysen des Gravitationsfeldes von Ceres, die von einem Team unter der Leitung des Jet Propulsion Laboratory der NASA durchgeführt wurden. Die Forscher präsentieren Hinweise darauf, dass eine Blase aus flüssiger Sole etwa 40 Kilometer unter dem Occator-Krater liegen könnte. Möglicherweise steigt von dort noch immer Flüssigkeit auf, sickert aus der Oberfläche und verdampft.

Dass Ceres Wasser verströmt, wurde schon zuvor vermutet, denn es zeichnete sich über dem Occator-Krater eine Art dünner Dunst ab. Dazu liefern nun die Ergebnisse des Spektrometer-Teams von Dawn unter Leitung des Instituts für Astrophysik und Kosmologie in Rom neue Informationen: Die Forscher konnten in dem hellen, abgelagerten Material im Krater unter anderem Salzverbindungen identifizieren, die Wasser enthalten. Wie sie erklären, müsste dieses nur leicht gebundene Wasser an der Oberfläche von Ceres innerhalb von Wochen verdunsten. Das bedeutet: Die Ablagerungen können nicht alt sein.

„Wir gehen davon aus, dass Ceres noch immer gelegentlich kryovulkanisch aktiv ist“, resümiert Nathues. Kräftige Eruptionen hat es aber vermutlich nur früher einmal gegeben – die Wissenschaftler vermuten, dass Wasser jetzt nur noch durch Verdampfen entweicht. „Ein solcher Kryovulkanismus ist nach bisherigem Kenntnisstand im Sonnensystem einzigartig“, sagt Schmedemann. Unterm Strich zeichnet sich in den Untersuchungsergebnissen der Dawn-Mission somit ab: Ceres bildet eine ganz besondere Welt im Sonnensystem, deren Geheimnisse es nun weiter aufzudecken gilt.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 

Fachartikel:

Andreas Nathues, Nico Schmedemann, Guneshwar Thangjam et al.:
Recent cryovolcanic activity at Occator on Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020

Carol A. Raymond et al.:
Impact-Driven Mobilization of Deep Crustal Brines on Dwarf Planet Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020

Paul Schenk et al.:
Impact heat driven volatile redistribution at Occator crater on Ceres as a comparative planetary process,
Nature Communications, 10. August 2020

Britney Schmidt et al.:
Post-impact cryo-hydrologic formation of small mounds and hills in Ceres’s Occator crater,
Nature Geoscience, 10. August 2020

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