Zwergplanet Ceres könnte aktive Kryovulkane haben

Auf der kleinen, kalten Welt im Asteroidengürtel hinter dem Mars scheinen Reste eines uralten Meeres an die Oberfläche zu drängen.

Tuesday, August 11, 2020,
Von Michael Greshko
Occator-Krater, Zwergplanet Ceres

Diese Falschfarbenaufnahme des Zwergplanet Ceres hebt die Unterschiede in den Oberflächenmaterialien hervor. Gut erkennbar sind die hellen, salzigen Ablagerungen im Occator-Krater.

Bild NASA/JPL-CalTech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Inmitten des Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter dreht der Zwergplanet Ceres seine Runden – eine kleine Welt, die große Überraschungen bereithält. Zahlreiche neue Forschungsergebnisse der NASA-Raumsonde Dawn zeigen, dass Ceres ein geologisch aktiver Körper mit Eisvulkanen und Überresten eines alten Ozeans ist.

Daten aus ungefähr einem Jahr, die Dawn von Ende 2017 bis Ende 2018 gesammelt hat, zeigen, dass aus der Oberfläche des Zwergplaneten wahrscheinlich salzige Flüssigkeit austritt. Außerdem entdeckte die Sonde Hügel, die sich bildeten, als das Eis durch einen Asteroideneinschlag vor etwa 20 Millionen Jahren kurzzeitig schmolz und danach wieder gefror.

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Die Vorstellung, dass es nach wie vor flüssiges Wasser auf Ceres geben könnte – eine Welt, die problemlos dreimal nebeneinander in den Mond passen würde –, wäre früher absurd gewesen. Aber nachdem die Menschheit den Zwergplaneten nun aus der Nähe gesehen hat, wissen wir, dass die kleine, kalte Ceres geologisch aktiv ist.

Kryovulkanismus auf Ceres

Die Ergebnisse helfen dabei, eines der großen Rätsel um Ceres zu lösen: ein 90 Kilometer breiter Einschlagkrater namens Occator, der von mysteriösen hellen Salzflecken überzogen ist. Nach neusten Erkenntnissen sickerte noch vor 1,2 Millionen Jahren eine kalte Sole aus dem Untergrund auf den Occator-Boden und bildete dort diese salzigen Ablagerungen.

Gewaltige Berge und Hügel stützen ebenfalls die These, dass es auf Ceres eine Art eisigen Kryovulkanismus gibt. Dabei wirkt salziger Eismatsch oder Sole wie geschmolzene Lava auf der Erde. In einer Region des Occator-Kraterbodens entdeckte Dawn Hinweise darauf, dass noch in den letzten Jahrzehnten– wenn nicht sogar in jüngerer Zeit – Sole aus den Eisvulkanen ausgetreten ist.

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„Wir haben starke Beweise dafür geliefert, dass Ceres derzeit [oder] zumindest in der jüngsten Vergangenheit geologisch aktiv ist“, sagt Carol Raymond. Sie ist die Projektleiterin für die Dawn-Mission und Leiterin des Small Bodies Program am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien. „Und es gibt einige spannende Hinweise darauf, dass diese Aktivität weiterhin stattfindet.“

Abgesehen von ihren exotischen Vulkanen reiht sich Ceres in die wachsende Liste jener Welten ein, die zu irgendeinem Zeitpunkt ihrer Geschichte alle notwendigen Zutaten für die Entstehung von Leben hatten: flüssiges Wasser, Energie und kohlenstoffhaltige organische Moleküle. Durch die Hitze des Asteroideneinschlags könnte Ceres laut Forschern für einen kurzen Zeitraum bewohnbar gewesen sein – wenn auch nicht unbedingt bewohnt.

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„Da gab es dieses neue, warme, nasse geologische System, das alle Zutaten enthält, die unseres Wissens nach für das Leben nötig sind“, sagt Kirby Runyon. Der Planetengeologe am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Maryland war an den Studien nicht beteiligt.

Nahaufnahme eines Zwergplaneten

Insgesamt sieben neue Studien zu Ceres wurden in den drei Fachzeitschriften „Nature Astronomy“, „Nature Communications“ und „Nature Geoscience“ veröffentlicht. Sie präsentieren Daten aus der letzten Etappe der Mission von Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 umkreiste. Für das große Missionsfinale flog die Raumsonde bis auf 35 Kilometer an die Oberfläche von Ceres heran und schoss Bilder mit einer atemberaubenden Auflösung von drei Metern pro Pixel – damit könnte man einen Golfball auf 400 Meter Entfernung erkennen.

Seit Dawn im Jahr 2015 die hellen Flecken von Occator entdeckt hat, rätseln Wissenschaftler darüber, wie sie entstanden sind. Die Forscher fanden schnell heraus, dass die Flecken aus Salzen bestanden, die sich wahrscheinlich über Sole im Krater ablagerten, die sich den Weg an die Oberfläche gebahnt hatte. Die Frage war eher, woher die Sole kam.

Ein Netz aus Rissen durchzieht den Boden des Occator-Kraters auf dieser Aufnahme vom 26. Juli 2018, die von der NASA-Raumsonde Dawn aus einer Höhe von etwa 152 Kilometern gemacht wurde.

Bild Image by NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Forscher gehen davon aus, dass der Occator-Krater etwa 20 Millionen Jahre alt ist. Der Einschlag, durch den er entstand, hätte eine immense Hitze erzeugt und die normalerweise eisige Landschaft in ein raues, schäumendes Salzmeer verwandelt. Mit Hilfe von Computersimulationen fand das Dawn-Team heraus, dass sich die Hitze der Kollision innerhalb von etwa fünf Millionen Jahren weitgehend verflüchtigt hat.

Einige der hellen Salzflecken lagerten sich aber erst innerhalb der letzten vier Millionen Jahre ab, sodass der Einschlag nicht ihre Ursache sein kann. Stattdessen muss die Flüssigkeit aus einem älteren, unterirdischen Reservoir flüssiger Sole stammen.

Diese tiefen Risse im Occator-Krater wurden am 31. Juli 2018 von der NASA-Raumsonde Dawn aus einer Höhe von etwa 50 Kilometern aufgenommen.

Bild Image by NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Die Schwerkraft von Ceres offenbarte die wahrscheinlichen Quellen dieser Sole: Je nach der lokalen Landschaft und der Dichte der Kruste kann die Anziehungskraft eines Planeten leicht variieren. Die Forscher konnten diese Variationen bei Ceres nachvollziehen, indem sie minimale Änderungen von Dawns Geschwindigkeit maßen, während die Raumsonde den Zwergplaneten umkreiste.

Als die Forscher diese Daten mit der Topographie von Ceres abglichen, stellten sie fest, dass der Boden unter dem Occator weniger dicht war als die umgebende Kruste. Unterhalb des Kraters scheinen zwei ellipsenförmige Sole-Reservoirs zu liegen. Das größere, etwa 420 Kilometer breite Reservoir liegt knapp 50 Kilometer unterhalb des Kraters am unteren Rand von Ceres’ Kruste. Ein kleineres, etwa 195 Kilometer breites Sole-Reservoir befindet sich südöstlich des Kraters, circa 20 Kilometer unter der Oberfläche.

„Wenn man da reinbohren würde, könnte man einen Grundwasserleiter erreichen, und dann käme sehr kalte Sole heraus“, sagt Bill McKinnon. Der Planetenforscher an der Washington University in St. Louis war an den neuen Studien nicht beteiligt.

Die Restschlacke eines uralten Ozeans

Dieses Bild einer Wand des Occator-Kraters auf Ceres wurde am 5. Juli 2018 von der NASA-Raumsonde Dawn aus einer Höhe von etwa 43 Kilometern aufgenommen.

Bild NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Diese Sole-Reservoirs sind die Überreste eines größeren, möglicherweise globalen Ozeans, der einst auf Ceres existierte, so die Schlussfolgerung des Teams. Gelöste Salze können Wasser auch noch bei Temperaturen unter seinem üblichen Gefrierpunkt in einem flüssigen Zustand halten. Im Falle von Ceres wird die Temperatur der Sole auf etwa -30 °C geschätzt. Es sind eine Menge Salz und möglicherweise eine Mischung aus schlammigen, feinkörnigen Mineralien nötig, um das Wasser bei diesen Temperaturen flüssig zu halten.

Die Sole ist „definitiv nicht zum Tauchen geeignet – sie ist eher wie ein riesiger Sumpf“, sagt die Co-Autorin der Studien Julie Castillo-Rogez, eine JPL-Planetenwissenschaftlerin und Mitglied des Dawn-Teams.

Was auch immer auf Ceres einschlug und den Occator-Krater schuf, setzte wahrscheinlich den Kryovulkanismus in Gang, der salzhaltiges Material an die Oberfläche beförderte. Im Gegensatz zu Vulkanen auf der Erde entwickeln sich Kryovulkane auf Ceres, wenn das Eis in der Kruste des Zwergplaneten gefriert und sich ausdehnt. Dabei komprimiert es die unterirdischen Sole-Reservoirs und setzt sie unter Druck.

Durch den Occator-Einschlag wurde die Kruste von Ceres aufgebrochen. In den so entstandenen Spalten konnte die Sole aus der Tiefe an die Oberfläche gelangen. Bei ihrem Austritt verdampfte das Wasser und hinterließ die hellen, salzigen Ablagerungen, die wir heute sehen.

Einige Beobachtungen deuten sogar darauf hin, dass die Aktivitäten auf Ceres weiterhin anhalten. In einer der sieben Studien fand ein Team unter der Leitung der Planetenwissenschaftlerin Maria Cristina De Sanctis vom italienischen Nationalen Institut für Astrophysik Hinweise darauf, dass die hellen Flecken des Occator hydratisiertes Natriumchlorid enthalten. Der Wasseranteil dieses Salzes sollte innerhalb von hundert Jahren nach dem Austritt an die Oberfläche im Weltraum verkochen, erklären die Forscher. Da das Material aber immer noch hydratisiert ist, könnten die Kryovulkane auf Ceres immer noch Material an die Oberfläche befördern.

„Es ist sehr wahrscheinlich, dass dieser Vulkan immer noch aktiv ist – in dem Sinne, dass geringe Mengen von Wasser immer noch an die Oberfläche steigen“, sagt das Dawn-Teammitglied Andreas Nathues, ein Planetenforscher am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und Mitautor mehrerer der neuen Studien.

Die vielen Eiswelten des Sonnensystems

Dawn und die NASA-Raumsonde New Horizons, die 2015 am Pluto vorbeiflog, haben gezeigt, dass eisige Kleinkörper weitaus aktiver sind als einst angenommen. Dank dieser Erkenntnisse konnten Wissenschaftler sich ein besseres Bild von der Geologie Dutzender fremder Welten machen.

Genau wie Ceres mit ihren hellen Flecken „scheint jeder Planet etwas Besonderes zu haben“, sagt McKinnon, ein Projektbeteiligter von New Horizons. „Die Geologie funktioniert immer nach denselben Mustern – aber das Ergebnis ist immer einzigartig.“

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Ein Team unter der Leitung von Castillo-Rogez reichte bei der NASA bereits einen Vorschlag für eine Mission ein, bei der auf Ceres Proben entnommen und zurück zur Erde gebracht werden sollen. Sie würde frühestens 2031 starten, da es Jahre dauern kann, ein Raumfahrzeug zu genehmigen, zu entwerfen und zu bauen. Im Rahmen einer solchen Mission würden hundert Gramm Material vom Boden des Occator gesammelt und zur Erde zurückgeschickt.

Das klingt vielleicht nicht nach viel Material, mit dem man arbeiten könnte. Aber die Proben würden viel älter und unberührter sein als alles, was wir bisher untersuchen konnten, sagt Raymond. „Wenn wir uns den Details dieser Himmelskörper widmen, werden wir daraus enorm viel lernen.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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