Diese Falschfarbendarstellung macht die Unterschiede in der Oberflächenzusammensetzung der „Ceres-Lichter“ im Occator-Krater deutlich. Rot entspricht dem Wellenlängenbereich um 0,97 Mikrometer (nahes Infrarot), Grün dem Wellenlängenbereich um 0,75 Mikrometer (rotes, sichtbares Licht) und Blau dem Wellenlängenbereich um 0,44 Mikrometer (blaues, sichtbares Licht).
Copyright: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Göttingen (Deutschland) – Seit Jahrzehnten sorgen stark reflektive helle Flecken auf der Oberfläche des Zwergplaneten Ceres für Rätselraten und kontroverse Spekulationen darüber, um was es sich bei den auch als „Ceres-Lichter“ bekannten Strukturen im Innern eines Kraters genau handelt. Jetzt glauben die Missionswissenschaftler mit Hilfe der Raumsonde „Dawn“ das Geheimnis der hellen Flecken gelöst zu haben.
Wie das die Kamera an Bord der Sonde betreuende Team um Andreas Nathues vom Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/nature15754) berichtet, deute die Zusammensetzung des schon zuvor über dem Occator-Krater entdeckte Dunsts (…GreWi berichtete) darauf hin, dass dort nahe der Oberfläche gefrorenes Wasser existiert, das durch Öffnungen emporsteigt. „Ein weiterer Bestandteil der hellen Flecken im Occator-Krater sind hydrierte Magnesiumsulfate, eine Klasse von Mineralsalzen“, so die Forscher und erläutern weiter: „Viele der anderen hellen Bereiche auf der Ceres-Oberfläche bestehen wahrscheinlich inzwischen ausschließlich aus ausgetrockneten Mineralsalzen.“
Die neuen Ergebnisse zeigen demnach, dass gefrorenes Wasser seit Beginn des Sonnensystems nicht nur in dessen entlegenen Ecken überdauern konnte, sondern auch im uns vergleichsweise nahen Asteroidengürtel.
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„Eine unsichtbare Grenze verläuft zwischen den steinigen Planeten des inneren Sonnensystems und den Gasriesen weiter außen“, erläutert die Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts. „Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren verdampften Wasser und andere leichtflüchtige Stoffe aus der Nachbarschaft der Sonne und ließen die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars als steinige, trockene Welten zurück. Nur fern der Sonne konnten sich diese Stoffe halten. In den Gasplaneten und ihren Eismonden existieren sie bis heute. Auch das irdische Wasser ist ein späterer Zuwanderer aus dieser entlegenen Region.
Doch wo genau verläuft diese ‚Eislinie‘ heute und wo lag sie früher? Wo im Sonnensystem konnte gefrorenes Wasser überdauern? Antworten auf diese Fragen sucht die NASA-Raumsonde Dawn im Asteroidengürtel – einer Region zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, die von unzähligen kleineren und größeren Brocken bevölkert ist. Schon Anfang des Jahres in der Anflugphase auf Ceres beflügelten helle Flecken auf der Oberfläche des mit einem Durchmesser von 950 Kilometern größten Bewohners des Asteroidengürtels die Phantasie von Wissenschaftlern und Laien.“
Handelte es sich um freiliegendes Eis? Oder waren es Salze, die den hellen Flecken ihre hohe Reflektivität verliehen? „Wir sehen aktuell wahrscheinlich Überreste eines Verdunstungsprozesses, der an verschiedenen Stellen unterschiedlich weit fortgeschritten ist. Möglicherweise handelt es sich dabei um das Endstadium einer vormals noch aktiveren Periode“, sagt Nathues.
Tatsächlich sind die „Ceres-Lichter“ im Occator-Krater aber nicht die einzigen „hellen Flecken“ auf Ceres. Insgesamt haben die Wissenschaftler mehr als 130 Orte auf der Oberfläche des Zwergplaneten ausfindig gemacht, an denen helles Material ans Tageslicht tritt.
Mosaik der Ceres-Oberfläche: Die meisten der 130 hellen Flecken (hier rot markiert) auf dem Zwergplaneten stehen in Zusammenhang mit Kratern.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Allerdings unterscheide sich das im Occator reflektierte Licht deutlich von dem aus anderen Regionen, enthalte etwa einen größeren Blauanteil. Das zeigen Auswertungen der Kameradaten, die mithilfe unterschiedlicher Farbfilter aufgenommen wurden. Vergleiche mit verschiedensten Materialien, die wir im Labor untersucht haben, deuten darauf hin, dass sich dort auch hydrierte Magnesiumsulfate finden“, erklärt Zweitautor Martin Hoffmann, ebenfalls Wissenschaftler am Max-Planck-Institut. „Solche Minerale kommen auch auf der Erde vor – nicht selten am Rande von Salzseen.“
Zusätzlich weisen die Occator-Flecken aber auch innerhalb der eigenen Struktur Unterschiede auf: „Der zentrale Fleck im innersten Teil des Kraters ist deutlich heller als andere hellen Bereiche auf der Oberfläche. Er liegt in einer Art ‚Krater im Krater‘ mit einem Durchmesser von etwa zehn Kilometern und einer Tiefe von einem halben Kilometer. Auf einigen unserer Aufnahmen lässt sich zudem ein Schleier über dem Kraterboden erkennen.“
Heller Dunst: Wenn Sonnenlicht auf den Occator-Krater trifft, entsteht dort eine Art Nebel aus Staub und verdampfendem Wasser. Dieser Nebel lässt sich nur aus einer seitlichen Blickrichtung wie hier entdecken.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Der Dunst trete in einem täglichen Rhythmus immer dann auf, wenn Sonnenlicht den Kraterboden erreicht (…GreWi berichtete). „Offenbar verdampft dort Wasser und trägt kleine Teilchen mit sich“, so der Forscher weiter. Der Prozess erinnere an das Ausgasen von Kometen, verlaufe aber zurzeit eher beschaulich und nicht-eruptiv: „Es ist eher eine Art langsames Ausdünsten.“
Hinweise auf gefrorenes Wasser auf Ceres gab es seit langem. So ist etwa die Dichte des kugelförmigen Körpers für ein rein steinig-metallisches Innenleben zu niedrig. Anfang vergangenen Jahres entdeckten Forscher um Michael Küppers von der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) mit dem Weltraumteleskop Herschel Wasserdampf in der Umgebung von Ceres (…GreWi berichtete). Anders als bei den neuen Messungen zeigte sich das Gas jedoch nicht räumlich aufgelöst, sondern nur als Absorptionslinie in einem Spektrum.
Die jetzt veröffentlichten Messungen entstanden zum Teil aus einer Entfernung von etwa 1470 Kilometern. „Ceres’ Salze treten an der Oberfläche stark lokalisiert auf“, sagt Martin Hoffmann. „Fast alle Fundorte liegen in oder in der Nähe von größeren und kleineren Kratern. Der eishaltige Occator-Krater ist dabei ein besonders junges Exemplar. Der scharfkantige Kraterrand und die wenigen Einschläge am Boden des Kraters legen nahe, dass er vor etwa 78 Millionen Jahren entstanden ist.“
Auch die zweithellste Struktur auf der Ceres-Oberfläche, das mittlerweile als „Oxo-Krater“ bezeichnete „Feature A“ ist vergleichsweise jung und könnte ebenfalls Eis enthalten.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
„Die plausibelste Interpretation unsere Ergebnisse ist, dass sich unter der Oberfläche von Ceres zumindest stellenweise eine Mischung aus Eis und Salzen erstreckt“, erläutert Andreas Nathues. „Einschläge mittelgroßer Asteroiden können dieses Material freilegen. Das Eis verdampft nach und nach, bis das Salz und Schichtsilikate aus der Umgebung zurückbleiben.“
Die Ergebnisse zeigen demnach, dass sich unterirdisches Eis auch im vergleichsweise sonnennahen Asteroidengürtel erhalten konnte und die oberflächliche Gesteinsschicht schützte es vor dem Einfluss der Sonne.
Nur etwa 414 Millionen Kilometer trennen den Zwergplaneten Ceres von der Sonne. Der Jupiter mit seinen Wasser spuckenden Eismonden befindet sich fast doppelt so weit entfernt; die wasserreichen Kometen verbringen den Großteil ihres Daseins noch weiter draußen am Rande des Sonnensystems.
Möglicherweise ist Ceres aber nicht das einzige größere sonnennahe Eisreservoir im Planetensystem. Spektrale Beobachtungen des großen Asteroiden Pallas, der in einer vergleichbaren Entfernung wie Ceres um die Sonne kreist, legen nahe, dass die Oberflächen beider Körper ähnlich zusammengesetzt sind.
Die jetzt veröffentlichte Studie basiert allerdings noch auf Daten der Sonde, die aus dem bisherigen Orbit in 1470 Kilometern stammen. Derzeit nähert sich „Dawn“ dem Zwergplaneten auf 380 Kilometer, um die Oberfläche dann ab Mitte Dezember noch detailreicher zu untersuchen und fotografieren zu können. Dann dürften noch genauere Informationen über die „Ceres-Lichter“ vorliegen.
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