scinexx | Unterirdisches Meer auf Saturnmond Enceladus: Wissenschaftler finden in Vulkanfontänen salzhaltige Eispartikel - Saturn, Herr der Ringe, Monde, Enceladus, Eisvulkane, Meerwasser, Salz, Leben, All, Weltraum, Raumsonde, Cassini

Samstag, 11.02.2012

Unterirdisches Meer auf Saturnmond Enceladus

Wissenschaftler finden in Vulkanfontänen salzhaltige Eispartikel

Die Vulkane des Saturnmonds Enceladus stoßen stark salzhaltige Eispartikel aus - sehr wahrscheinlich gefrorene Meerwassertröpfchen. Unter der Eiskruste von Enceladus muss es also einen Ozean geben, der mit Fels in Kontakt steht. Das haben jetzt Messungen der Raumsonde Cassini gezeigt, über die die beteiligten Wissenschaftler in „Nature“ berichten.


	Fontänen aus Dampf und Eispartikeln © NASA/JPL/ Space Science Institute

Mit rund 500 Kilometer Durchmesser gehört Enceladus zu den eher kleinen Trabanten des Saturn. Dennoch rückte der Eismond in den vergangenen Jahren in den Brennpunkt der Planetenforschung - als möglicher Hort des Lebens: Mehrere Vorbeiflüge der NASA/ESA-Raumsonde Cassini brachten die Wissenschaftler auf die Spur organischer Verbindungen. Und es gab Hinweise auf flüssiges Wasser, die allerdings heftig umstritten waren.

Saturns Anziehungskraft knetet Enceladus durch
Enceladus ist sehr aktiv. Denn Saturns Anziehungskraft knetet den Himmelskörper durch, ähnlich wie Sonne und Mond auf der Erde die Gezeiten verursachen. Aber welche Vorgänge genau dazu führen, dass in der Gegend von Enceladus` Südpol Eisvulkane aktiv sind, ist noch nicht geklärt. Die Vulkane stoßen Fontänen von Wasserdampf und Eispartikeln aus und speisen damit den diffusen äußeren E-Ring um Saturn.

Nun haben Forscher die weniger als einen Mikrometer (tausendstel Millimeter) großen Eispartikel im Ring genauer unter die Lupe genommen. Dazu nutzten sie die Fähigkeit des Cosmic Dust Analyzers (CDA) des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg an Bord der Raumsonde Cassini, nicht nur Einschläge von Staubkörnchen zu zählen, sondern auch einzelne Teilchen chemisch zu analysieren.

Zwei Prozent Natriumsalze
Prallen solche Partikel auf ein metallisches Target, zerstieben sie in einer Gaswolke. Darin enthaltene Ionen, also geladene Teilchen, werden in einem elektrischen Feld beschleunigt. Und aus der Flugzeit der Ionen bis zu einem Detektor lässt sich ihre Masse ableiten.

Bisher hatten die Wissenschaftler reine Eispartikel und solche mit Einschlüssen aus organischen Verbindungen oder Silikaten identifiziert. Jetzt fanden sie eine dritte Sorte: Teilchen, die bis zu zwei Prozent Natriumsalze enthalten, insbesondere Kochsalz und Natriumcarbonat nebst Spuren von Kaliumsalzen.

„Deuteten unsere früheren Ergebnisse bereits auf Wasser hin, das aber inzwischen gefroren sein könnte, so beweisen die nun gefundenen Natriumsalze, dass flüssiges Wasser auf Enceladus derzeit vorhanden sein muss“, sagt Frank Postberg vom Max-Planck-Institut für Kernphysik. Denn beim langsamen Gefrieren von Meerwasser bleibt das Salz - im Gegensatz zu vielen organischen Verbindungen und Silikat - im Wasser, und das Eis ist praktisch salzfrei.


Modell des Ozeans © MPI für Kernphysik

Überraschende Vielfalt an Natriumverbindungen
Zur richtigen Interpretation der Messergebnisse haben wesentlich Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen und von der Universität Göttingen beigetragen. Denn die Eisteilchen im Saturnring offenbarten eine zunächst überraschende Vielfalt an Natriumverbindungen: Teilchen mit geringer Natriumkonzentration zeigten von Wassermolekülen umgebene Natriumionen, Teilchen mit hoher Natriumkonzentration Verbindungen mit Hydroxid, Chlorid und Karbonat. Wie dieser Unterschied zustande kommt, war zunächst völlig unklar.

„In unseren Experimenten mit Wasser und Natrium haben wir im Labor die Vorgänge am Saturn seit Jahren nachgestellt - ohne es zu wissen“, sagt Udo Buck vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. Denn eigentlich erforschte der Wissenschaftler bisher die grundlegenden Prinzipien der Clusterphysik. Dafür beschoss er im Vakuum einzelne Wassercluster - mikroskopische Klumpen aus wenigen Wassermolekülen - mit Natriumatomen. Die Verbindungen, die dabei entstanden, konnte Buck genau untersuchen.

Bedingungen auf Enceladus simuliert
Zusammen mit Forschern der Universität Göttingen simulierten die Max-Planck-Wissenschaftler die Bedingungen auf Enceladus. Mit einem Laser zerstäubten sie einen Wasserstrahl, der verschiedene Konzentrationen von Natriumchlorid und Natriumcarbonat enthielt. „Der Wasserstrahl übernimmt dabei die Rolle des Ozeans, der Laser simuliert die Ladungstrennung beim Einschlag auf den Detektor“, erläutert Buck.

Bei ungefähr je einem Prozent Natriumchlorid und Natriumcarbonat stimmten die Ergebnisse der Laborexperimente mit denen des CDA auf der Raumsonde Cassini perfekt überein. Modellrechnungen der Arizona State University für einen Ozean zwischen der Eiskruste und dem felsigen Kern des Enceladus ergaben sehr ähnliche Konzentrationen.

Gasblasen unter einem Vulkanschlot
„Vermutlich versprühen aufsteigende Gasblasen unter einem Vulkanschlot Salzwassertröpfchen, die gefrieren, während sie durch den Kanal an die Oberfläche transportiert werden“, sagt Postberg. Diese Eispartikel stammten aus einem Reservoir, das in Kontakt mit dem Ozean zwischen Eiskruste und Gesteinskern steht, und enthielten deshalb viel Natrium. Andere Partikel entstünden aus dem Wasserdampf oberhalb des Reservoirs und seien arm an Salzen.

Postberg: „Einzelne Eisvulkane sind jahrelang aktiv und stoßen so viel Dampf aus, dass wir die Wasseroberfläche unter einem großen Dampfreservoir in einer Höhle mit kaminartigem Schlot annehmen müssen.“

(MPG, 25.06.2009 - DLO)

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