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Dem Wasser auf der Spur - Zwergplanet Ceres enthält große Mengen Eis

Die NASA-Raumsonde Dawn erlaubt einen Blick unter die Oberfläche von Ceres. Der Zwergplanet enthält große Mengen gefrorenes Wasser und war noch in der jüngeren Vergangenheit geologisch aktiv.

1. September 2016

Das Innere des Zwergplaneten Ceres enthält große Mengen gefrorenes Wasser, die in einigen  helleren Gebieten an seiner Oberfläche hervortreten. Ceres war noch vor relativ kurzer Zeit geologisch aktiv. Im Zentrum des Zwergplaneten befindet sich ein Gesteinskern. Dieser wird von einem Mantel und einer Kruste überlagert, die aus einer Mischung aus gefrorenem Wasser und Gesteinsmaterial bestehen. Dies ergeben neue Untersuchungen, die mit dem am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) gebauten wissenschaftlichen Kamera-System an Bord der NASA-Raumsonde Dawn durchgeführt wurden. Bereits aus früheren Untersuchungen war bekannt, dass es im Inneren von Ceres gefrorenes Wasser geben muss, diese neueren Untersuchungen belegen jedoch, dass sich auch auf der Oberfläche des Zwergplaneten Wassereis befindet. Wasser hat somit nicht nur, wie bislang angenommen, in großen Mengen in den kältesten äußeren Regionen unseres Sonnensystems überdauert, sondern auch im vergleichsweise nahen Asteroidengürtel. Dadurch werden auch neue Perspektiven für die Entstehung von Leben auf anderen Himmelskörpern in unserem Planetensystem eröffnet, denn flüssiges Wasser gilt als Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben wie wir es kennen.

Hinweise auf das Vorhandensein von gefrorenem Wasser und wasserhaltigen Mineralen in den Gesteinen nahe der Oberfläche von Ceres gibt es seit Längerem. Bereits vor einigen Jahren zeigten mit dem Weltraumteleskop Herschel der ESA gewonnene Spektren zeitweise Wassermoleküle  oberhalb der Oberfläche von Ceres und mit den am MPS gebauten Dawn-Kameras aufgenommene Bilder zeigten Dunst im Krater Occator.

Der Krater Oxo auf Ceres (Durchmesser 10 Kilometer; zweifach überhöhte perspektivische Ansicht). Die hierfür verwendeten Farbaufnahmen wurden im Juni 2016 mit der Dawn Framing Camera aus einer Höhe von 385 Kilometern aufgenommen. Die Bildauflösung beträgt 35 Meter pro Bildpunkt. Verwendete RGB-Farben: R = 960 nm, G = 750 nm, B = 440 nm. Oxo ist neben Occatoreines von zwei Gebieten auf der Oberfläche von Ceres, die ein ungewöhnliches Lichtstreuverhalten zeigen, was durch das tägliche Auftreten von Dunst an der Oberfläche von Ceres erklärt wird. Der Dunst entsteht durch das Verdampfen von gefrorenem Wasser im Inneren des Kraters und mitgerissene Partikel. Kürzlich entdeckte Ablagerungen von Eis am Boden des Kraters (Pfeil) bestätigen diese frühere Interpretation. Bild vergrößern

Der Krater Oxo auf Ceres (Durchmesser 10 Kilometer; zweifach überhöhte perspektivische Ansicht). Die hierfür verwendeten Farbaufnahmen wurden im Juni 2016 mit der Dawn Framing Camera aus einer Höhe von 385 Kilometern aufgenommen. Die Bildauflösung beträgt 35 Meter pro Bildpunkt. Verwendete RGB-Farben: R = 960 nm, G = 750 nm, B = 440 nm. Oxo ist neben Occatoreines von zwei Gebieten auf der Oberfläche von Ceres, die ein ungewöhnliches Lichtstreuverhalten zeigen, was durch das tägliche Auftreten von Dunst an der Oberfläche von Ceres erklärt wird. Der Dunst entsteht durch das Verdampfen von gefrorenem Wasser im Inneren des Kraters und mitgerissene Partikel. Kürzlich entdeckte Ablagerungen von Eis am Boden des Kraters (Pfeil) bestätigen diese frühere Interpretation.

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Die neuen mit Dawn gewonnenen Ergebnisse zeigen in dem etwa 10 Kilometer großen Krater Oxo helle Flecken. Er ist nach dem Krater Occator die zweithellste Region auf der gesamten Oberfläche von Ceres. “Wir sehen hier wahrscheinlich an der Oberfläche frei liegendes Eis”, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, wissenschaftlicher Leiter des Kamera-Teams von Dawn. “Es lässt sich jedoch nicht ausschließen, dass es sich zumindest teilweise um Wasser handelt, das in den Mineralen gebunden ist, die die Gesteine auf Ceres’ Oberfläche bilden. Schon bei früheren Untersuchungen haben wir vermutet, dass dort Wasser in großen Mengen vorhanden sein muss”, so Nathues.

Weiterhin untersuchten die Wissenschaftler die Morphologie der Einschlagkrater auf der Oberfläche von Ceres. Demnach unterscheiden sich kleine und große Krater stark in ihrer Morphologie. Während kleine Krater in der Regel eine einfache runde Form mit einem schüsselförmigen Kraterboden aufweisen, zeigen die größeren Krater komplexe Strukturen. Dies ist nichts Ungewöhnliches und wird auch auf anderen Himmelskörpern beobachtet. Interessant ist allerdings, dass sich aus der Kratergröße, bei der der Übergang von der einen zur anderen Kraterform erfolgt, auf die physikalischen Eigenschaften des Bodenmaterials schließen lässt. “Der Übergang von einfachen zu komplexen Kratern erfolgt bei Ceres bei etwa 10 Kilometern Größe”, berichtet Andreas Nathues vom MPS. “Dies zeigt, dass die äußeren Schichten von Ceres weder aus reinem Eis noch aus reinem Gestein bestehen können, stattdessen muss es sich um eine Mischung aus Eis und Gestein handeln”, erklärt Nathues. Außerdem hat Ceres eine vergleichsweise geringe Dichte, die sich ebenfalls nicht mit reinem Gesteinsmaterial erklären lässt. Diese Ergebnisse gemeinsam mit Modellen für den inneren Aufbau von Ceres zeigen, dass der Zwergplanet einen festen Gesteinskern in seinem Zentrum besitzt, der von einem Mantel und einer Kruste überlagert wird, die aus Gesteinsmaterial und gefrorenem Wasser bestehen. 

Der Vulkan Ahuna Mons auf Ceres in einer zweifach überhöhten perspektivischen Ansicht. Die hierfür verwendeten Farbaufnahmen wurden im Juni 2016 mit der Dawn Framing Camera aus einer Höhe von 385 Kilometern aufgenommen. Die Bildauflösung beträgt 35 Meter pro Bildpunkt. Verwendete RGB-Farben: R = 960 nm, G = 750 nm, B = 440 nm. Bei Ahuna Mons handelt es sich um den Kegel eines Eisvulkans. Bild vergrößern

Der Vulkan Ahuna Mons auf Ceres in einer zweifach überhöhten perspektivischen Ansicht. Die hierfür verwendeten Farbaufnahmen wurden im Juni 2016 mit der Dawn Framing Camera aus einer Höhe von 385 Kilometern aufgenommen. Die Bildauflösung beträgt 35 Meter pro Bildpunkt. Verwendete RGB-Farben: R = 960 nm, G = 750 nm, B = 440 nm. Bei Ahuna Mons handelt es sich um den Kegel eines Eisvulkans.

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Eine weitere Überraschung ist die Entdeckung eines etwa 5 Kilometer hohen isolierten Bergkegels, bei dem es sich höchstwahrscheinlich um einen Vulkan handelt. Seine Form ähnelt irdischen Vulkanen. Auf Ceres handelt es sich jedoch nicht um silikatischen Vulkanismus bestehend aus einer heißen Gesteinsschmelze, so wie wir es auf der Erde kennen, sondern um Kryovulkanismus, bei dem Wasser die Schmelze bildet. „Die von Ahuna Mons ausgeworfene Lava besteht aus flüssigen Wasser, Eis, silikatischen Partikeln sowie im Wasser gelösten Salzen“ berichtet Dr. Thomas Platz, wissenschaftlicher Mitarbeiter im MPS Kamerateam, der maßgeblich an dieser Studie beteiligt war.  In der Umgebung des Bergkegels befinden sich vergleichsweise wenige Einschlagkrater, woraus sich ein Alter von nur etwa 70 bis 200 Millionen Jahren ableiten läßt. Der Vulkan ist somit wesentlich jünger als Ceres selbst, die nach unserem gegenwärtigen Kenntnisstand vor rund 4,6 Milliarden Jahren gemeinsam mit den übrigen Himmelskörpern unseres Planetensystems entstanden ist. Ceres muss daher noch bis vor relativ kurzer Zeit geologisch aktiv gewesen sein.

Diese neuesten Ergebnisse der Mission Dawn wurden am 1. September 2016 in der Fachzeitschrift Science in sechs Veröffentlichungen publiziert. Wissenschaftler des MPS sind an vier der publizierten Studien beteiligt. 

Die Raumsonde Dawn startete im September 2007 auf ihre Reise in den Asteroidengürtel, der sich zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet. Im Jahr 2011 erreichte sie den Asteroiden Vesta und untersuchte diesen mehr als ein Jahr lang. Seit März 2015 befindet sich Dawn in einer Umlaufbahn um den Zwergplaneten Ceres und umkreist diesen seit Dezember 2015 in nur 385 Kilometern Höhe über der Oberfläche. Aus dieser Umlaufbahn liefert die Sonde Bilder des Zwergplaneten mit einer Abbildungsgenauigkeit von 35 Metern pro Bildpunkt. Ab dem 2. September 2016 wird der Abstand zur längeren Erforschung des Zwergplaneten wieder vergrößert. 

Die Mission Dawn wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. JPL ist eine Abteilung des California Institute of Technology in Pasadena. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Teil der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kamera-Projekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und NASA/JPL unterstützt.

 

 
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