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Astronomie+Physik

Eismond als Staubquelle

Ein Ring des Saturn stammt von einem der Monde des Riesenplaneten: Enceladus.

Nur 175 Kilometer Abstand: Nie zuvor hatte sich Cassini so nah an einen Saturnmond herangewagt. Am 14. Juli 2005 rückte die NASA-Sonde, die seit Sommer 2004 das Saturnsystem erkundet, Enceladus auf die Pelle. Gerade 505 Kilometer Durchmesser hat der Mond, dessen Oberfläche heller strahlt als Neuschnee. Es war die bisher beste Gelegenheit, den Trabanten unter die Lupe zu nehmen – und prompt bescherte er den Planetenforschern eine große Überraschung.

„Wir kamen von Süden und sind in nördlicher Richtung durch die Hill-Sphäre von Enceladus geflogen“, kommentiert Frank Spahn von der Universität Potsdam den Vorbeiflug. Hill-Sphäre, so nennen Experten den Raum um einen planetaren Körper, durch den aufgewirbelter Staub schwirrt. Die feinen Oberflächenpartikel, die bei Enceladus aus Eis bestehen, sind dort immer noch an sein Schwerefeld gebunden. Spahn unterstützt mit seiner Forschungsgruppe für nichtlineare Dynamik das deutsche Staubexperiment Cosmic Dust Analyser (CDA) an Bord der Saturn-Sonde.

Enceladus, der bereits im Jahr 1789 von Friedrich Wilhelm Herschel in England entdeckt wurde, führt seit Langem die Wunschliste der Staubforscher an. Denn der Mond gilt bei der Erklärung von Saturns so genanntem E-Ring als Hauptverdächtiger. Der E-Ring gehört nicht zum hellen Ringschmuck, mit dem der Gasplanet schon im Kaufhaus-Fernrohr glänzt. Er ist recht dunkel und wurde deshalb erst 1967 entdeckt. Würde man das diffuse Objekt aus fein verteiltem Eis zu einem Schneeball zusammenquetschen, so hätte der gesamte E-Ring gerade noch 60 Meter Durchmesser. Mehrere Saturnmonde kreisen in dieser Zone, die sich bis etwa acht Saturn-Radien weit vom Planetenzentrum erstreckt. Knapp vier Radien entfernt von Saturn ist der Eisstaub-Ring am hellsten – dort zieht Enceladus seine Bahn.

Die enge Tuchfühlung Cassinis war eine hervorragende Gelegenheit für exakte Messungen aus nächster Nähe. Zur großen Überraschung des CDA-Teams schnellte früher als erwartet die Einschlagrate im Staubdetektor in die Höhe: „53 Sekunden vor der Begegnung mit Enceladus sahen wir maximale Staubaktivität“, so CDA-Leiter Ralf Srama vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik. „Damit hatten wir erst für den Moment der größten Annäherung gerechnet.“

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Bislang vermuteten die Forscher, die Eispartikel in der Enceladus-Umgebung seien die Folge einer Art Erosion, weil Mikrometeoriten die gesamte Oberfläche des Monds bombardieren würden. Ein Teil des aufgewirbelten „Eisstaubs“ sollte das Schwerefeld des Trabanten verlassen und den E-Ring Saturns speisen. Zu dieser Vorstellung hätte ein Maximum genau im Moment der größten Annäherung gehört – doch das maß CDA nicht. Die Planetenforscher schoben die These also zur Seite und fütterten ihre Computer neu.

„Wir haben über 3000 Simulationsrechnungen mit 50 000 Staubteilchen gemacht“, fasst Frank Spahn zusammen. „Das frühzeitige Staubsignal können wir nur erklären, wenn wir die aktive Staubquelle in der Südpolregion von Enceladus annehmen.“ Dort wird jede Sekunde bis zu ein Kilogramm Staub ins All geschleudert, schätzen die Potsdamer Physiker. Die Quelle des E-Rings ist also in der „Antarktis“ von Enceladus zu suchen. Der Fund des CDA-Teams reiht sich in die Resultate weiterer Bordinstrumente ein: Sie melden geologisch aktive Prozesse aus der gleichen Region.

So gelangen der Bordkamera gestochen scharfe Fotos von einem südpolaren Bruchsystem. Es durchzieht die Wüstenei aus Wassereis mit annähernd parallelen, bis zu 130 Kilometer langen Spalten. „ Tiger-Streifen“ nennen die Forscher scherzhaft das Gebiet. Auch mit dem Composite Infrared Spectrometer (CIRS) fanden Cassini-Forscher Indizien für einen aktiven Südpol. Das NASA-Instrument maß verdächtig hohe Temperaturen: Am Enceladus-Äquator herrschen zwar die erwarteten frostigen 80 Kelvin (minus 193 Grad Celsius) – der Trabant ist fast zehnmal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde. Verblüffung lösten aber die CIRS-Temperaturen in der Nähe der Tiger-Streifen aus. Dort hatten die Forscher mit noch bitterer Kälte gerechnet. Doch weit gefehlt: CIRS registrierte stellenweise 110 Kelvin! Die Wissenschaftler schließen daraus, dass aus den Spalten der Tiger-Streifen wärmeres Material aus dem Mondinneren aufsteigt.

Diese These wird auch durch Daten des Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) gestützt. Das Instrument ist eine Art Kamera, die gleichzeitig 352 verschiedene Farben vom sichtbaren bis zum infraroten Licht separat aufnehmen kann. Auf den VIMS-Bildern lässt sich das Eis der Tiger-Streifen deutlich von dem der Umgebung unterscheiden. Es ist überwiegend kristallin, während der Rest der Oberfläche eher amorph (ungeordnet) ist. „ Das frische kristalline Eis bekommt kontinuierlich Nachschub“, erklärt US-Wissenschaftlerin Bonnie Buratti. Sobald die aufgestiegenen Eiskristalle an der Oberfläche von kosmischer Strahlung getroffen werden, bilden sie amorphes Eis. Deshalb müssen die Tiger-Streifen außerordentlich jung sein – schätzungsweise zwischen 10 und 1000 Jahren. Dazu passt, dass das Südpolgebiet kaum Krater zeigt – ein sicheres Zeichen für geologisch junge Oberflächen. Die nördliche Hemisphäre ist dagegen von zahlreichen Kratern durchzogen.

Jetzt sind die Theoretiker am Zug, sich auf all das einen Reim zu machen. An eine Aufheizung des Mondinneren durch Gezeitenkräfte glaubt Frank Sohl vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt. Die schwankenden Anziehungskräfte Saturns könnten Enceladus während seines elliptischen Umlaufs gleichsam durchwalken und so die nötige innere Wärme erzeugen, vermutet er. Warum allerdings nur in der Südregion, kann er sich bislang nicht erklären. ■

Thorsten Dambeck

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