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Astronomie+Physik

Hält eine Isolierschicht Plutos Ozean warm?

Die Raumsonde New Horizons der NASA lieferte 2015 erstmals Nahaufnahmen des fernen Zwergplaneten Pluto. (Bild: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker)

Hinweise lassen es vermuten – doch kann denn tatsächlich flüssiges Wasser in dem eisigen Zwergplaneten Pluto stecken? Eine Studie bestätigt nun diese Möglichkeit. Aus Computersimulationen geht hervor, dass sich unter dem Eispanzer Plutos eine Isolierschicht aus Gashydrat befinden könnte, die tiefer liegendes Wasser vor dem Gefrieren bewahrt. Was für den Pluto gilt, könnte auch bei anderen Himmelskörpern der Fall sein, sagen die Forscher. Somit könnte es auch mehr Entwicklungsmöglichkeiten für das Leben im Kosmos geben als bisher gedacht.

Die bekanntesten Kandidaten sind der Jupitermond Europa und auch der Saturnmond Enceladus: Wissenschaftler gehen davon aus, dass unter ihren Eispanzern Ozeane aus flüssigem Wasser existieren. Doch auch der Zwergplanet Pluto könnte eine verborgene Wasserwelt beherbergen, heißt es. Die Grundlage dieser Vermutung bilden dabei Aufnahmen der Raumsonde New Horizons der NASA. Im Juli 2015 flog sie durch das Pluto-System und lieferte die ersten Nahaufnahmen des fernen Zwergplaneten.

Die Bilder offenbarten überraschende Details der Topographie seiner Oberfläche. Das wohl markanteste Merkmal ist dabei ein hell gefärbtes Becken mit der Bezeichnung Sputnik Planitia. Es befindet sich in der Nähe des Äquators und ist rund 1000 Kilometer breit. Besonders dort weisen bestimmte Merkmale auf tektonische Prozesse hin und damit auf die mögliche Existenz von flüssigem Wasser tief unter dem Eis.

Gut isoliert?

Dies legt wiederum nahe, dass Pluto ein warmes Herz besitzt. Im Fall der eisigen Monde in unserem Sonnensystem gelten die Gravitationskräfte ihrer Mutterplaneten als Ursache für die Wärmeentwicklung: Beim Umlauf werden diese Himmelskörper gleichsam durchgeknetet, wobei Reibungswärme im Inneren entsteht. Bei Pluto kommt hingegen eher nur radioaktiver Zerfall als Wärmequelle in Frage. Doch es schien bisher unklar, wie entsprechende Prozesse ein Durchgefrieren des Zwergplaneten auf seiner sonnenfernen Umlaufbahn verhindert haben könnten und warum Strukturen wie das Becken von Sputnik Planitia entstanden sind. Eine Erklärung wäre, dass eine besonders effektive Isolierschicht den Temperaturausgleich zwischen dem Ozean und dem darüber liegenden Eispanzer unterbindet. Diese Möglichkeit haben die Forscher um Shunichi Kamata von der Hokkaido Universität in Sapporo im Rahmen ihrer Studie systematisch ausgelotet.

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Ihre grundlegende Vermutung besteht nun darin: Unter der eisigen Oberfläche von Sputnik Planitia befindet sich eine Isolierschicht aus Gashydraten. Es handelt sich dabei um kristalline eisartige Feststoffe, die aus in molekularen Wasserkäfigen eingeschlossenem Gas bestehen. Sie sind viskos, weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und können daher isolierende Eigenschaften besitzen, erklären die Forscher. Das Team glaubt, dass das hypothetische Gashydrat des Pluto durch Methan gebildet wird, das aus seinem Gesteinskern stammt.

Die vermutete innere Struktur Plutos: Eine dünne Schicht aus Gashydrat (gelb) wirkt als Wärmeisolator zwischen dem Ozean und der Eisschale. (Bild: Kamata S. et al., Pluto’s ocean is capped and insulated by gas hydrates. Nature Geosciences, May 20, 2019)

Im Rahmen ihrer Studie führten die Forscher Computersimulationen zur Entwicklungsgeschichte des Zwergplaneten durch – mit Beginn vor 4,6 Milliarden Jahren. Simuliert wurde dabei die thermische und strukturelle Entwicklung des Inneren von Pluto. Im Fokus stand die Zeit, die erforderlich wäre, damit ein möglicher Ozean unter der Oberfläche gefriert und die ihn bedeckende Eiskruste gleichmäßig dick würde. Die Forscher spielten dabei zwei Szenarien durch: eine, in der sich eine isolierende Schicht aus Gashydraten zwischen dem Ozean und der eisigen Hülle befand, und eine alternative, in der dies nicht der Fall war.

Eine Gashydrat-Schicht wirkt plausibel

Wie das Team berichtet, geht aus den Simulationen hervor: Ein Meer unter dem Eis wäre ohne eine isolierende Schicht aus Gashydrat bereits vor Hunderten von Jahrmillionen vollständig durchgefroren. Mit der warmhaltenden Zwischenlage könnte ein Ozean hingegen flüssig geblieben sein. Zudem hätte sich ohne Gashydrat schnell eine gleichmäßig dicke Eiskruste gebildet, geht aus den Simulationen hervor. Die Existenz des Beckens von Sputnik Planitia ist hingegen im Einklang mit der Existenz der hypothetischen Isolierschicht. Die Ergebnisse der Simulation bestätigen somit, dass unter der Eiskruste tatsächlich eine Wasserwelt schlummern könnte, sagen die Forscher.

Die Studie legt ihnen zufolge zudem nahe, dass ähnliche isolierende Gashydratschichten auch bei anderen Himmelskörpern die Existenz langlebiger Ozeane unter der Oberfläche ermöglicht haben. Neben den durch Gezeitenkräfte relativ stark erhitzten Monden kommen demnach auch minimal erwärmte Monde und Himmelskörper als Träger verborgener Wasserwelten in Frage. „Dies könnte bedeuten, dass es mehr Ozeane im Universum gibt als bisher angenommen, was die Existenz von außerirdischem Leben noch plausibler erscheinen lässt“, hebt Kamata abschließend hervor.

Quelle: Hokkaido University, Nature Geosciences, doi: 10.1038/s41561-019-0369-8

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