Unter Eiskruste

“Cassini” entdeckt auf Saturnmond Salzwasser-Ozeane

(Bild: NASA/JPL/Space Science Institute)

Dicht unter der eisigen Kruste des Saturnmondes Enceladus dürften sich Ozeane mit flüssigem Salzwasser befinden. Darauf deuten jedenfalls Daten hin, die die Raumsonde "Cassini" bei mehreren Vorbeiflügen an dem Mond erhoben hat. Forscher am Max-Planck-Institut für Kernphysik und der Universität Heidelberg haben mit ihrer Hilfe die Zusammensetzung von Eisfontänen, die Enceladus in den interstellaren Raum ausstößt, analysiert und jetzt ihre Ergebnisse im Fachblatt "Nature" veröffentlicht.

Die Fontänen (rechts) des Saturnmondes Enceladus (links) speien Wasserdampf und kleine Eispartikel in den Weltraum. Sie stammen aus den sogenannten Tigerstreifen – Oberflächenspalten am Südpol des Mondes – und erzeugen den E-Ring, in dessen Zentrum sich die Umlaufbahn des Enceladus um den Saturn befindet. Die "Cassini"-Raumsonde entdeckte die Fontänen bereits im Jahre 2005. In drei Durchflügen, die in den Jahren 2008 und 2009 gelangen, konnte die Zusammensetzung frisch ausgeworfener Partikel gemessen werden. 

Mit Staubdetektor gemessen
Dabei kam der Staubdetektor des Max-Planck-Instituts für Kernphysik zum Einsatz. Die Eispartikel treffen den "Cosmic Dust Analyzer" (CDA) mit Geschwindigkeiten zwischen 6,5 und 17,5 Kilometern pro Sekunde und verdampfen sofort. Mithilfe elektrischer Felder im CDA werden die verschiedenen Bestandteile der entstehenden Plasmawolke getrennt und analysiert.

Wie der Leiter dieser Untersuchungen, Frank Postberg, erläutert, sind die in größerer Entfernung von Enceladus ausgeworfenen Partikel klein und salzarm, ähnlich wie die Partikel des E-Rings. In der Nähe des Mondes hat "Cassini" jedoch relativ große und salzreiche Partikel gefunden. Mehr als 99 Prozent der Masse scheinen in Form solcher salzreicher Partikel ausgeworfen zu werden, wie der Heidelberger Wissenschaftler erläutert. "Die meisten von ihnen sind jedoch zu schwer und fallen zurück auf die Mondoberfläche. Sie schaffen es nicht in den E-Ring." 

Eispartikel mit "ozeanartiger" Zusammensetzung
Die salzhaltigen Eispartikel haben eine "ozeanartige" Zusammensetzung, die dann zu erwarten ist, wenn das Eis aus einem flüssigen Salzwasser-Reservoir stammt und nicht von der gefrorenen Eisoberfläche des Mondes. "Wenn Salzwasser langsam gefriert, wird das Salz aus der Eisstruktur verdrängt, sodass reines Wassereis zurückbleibt. Wenn also die Fontänen aus Oberflächeneis bestehen würden, müssten wir von einem nur geringen Salzgehalt ausgehen. Gegenwärtig gibt es kein anderes plausibles Szenario, als den stetigen Auswurf salzreicher Eispartikel überall aus den Tigerstreifen mit Salzwasser unter der eisigen Oberfläche des Enceladus zu erklären", sagt Postberg, der am Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg und am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg forscht.

Das Forscherteam geht davon aus, dass sich etwa 80 Kilometer unter der Enceladus-Oberfläche eine Wasserschicht zwischen dem felsigen Kern und dem eisigen Mantel erstreckt. Diese wird durch Gezeitenkräfte von Saturn und Nachbarmonden sowie durch Zerfallswärme radioaktiver Elemente im flüssigen Zustand gehalten. Salz aus dem Gestein löst sich im Wasser, das sich dann in flüssigen Reservoiren unter der Kruste ansammelt. Wenn sich in der äußeren Eisschicht Spalten öffnen, gerät das Reservoir in Kontakt mit dem Weltraum. Durch den Druckabfall verdampft die Flüssigkeit, ein Bruchteil davon wird in Form salziger Eisteilchen schockgefrostet und als Fontänen ausgespien.

Wasserdampf wird aus "Düsen" geschleudert
Wie andere Forschungsarbeiten zeigen, werden neben den Eispartikeln jede Sekunde rund 200 Kilogramm Wasserdampf aus "Düsen" in den Tigerstreifen geschleudert. Nach den Berechnungen der Heidelberger Wissenschaftler müssen die Wasserreservoire große Oberflächen haben, an denen die Verdampfungsprozesse stattfinden. "Andernfalls würden sie leicht zufrieren und die Fontänen versiegen", erklärt Postberg.

Fotos: NASA/JPL/Space Science Institute