ENCELADUS
Woher kommen die Geysire des Saturnmonds?
Redaktion / Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft
astronews.com
25. Juni 2009

Gibt es unter dem Eis des Saturnmonds Enceladus einen Ozean? Wer in die heutige Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature schaut, dürfte anschließend kaum klarer sehen: Ein Wissenschaftlerteam berichtet darin über die Entdeckung  salzhaltiger Eispartikel in den Fontänen des Mondes und wertet dies als Indiz für einen Untergrundozean. Ein anderes Forscherteam allerdings kommt wenige Seiten später zu einem ganz anderen Ergebnis.

Der Saturnmond Enceladus mit seinen eindrucksvollen Fontänen.  Bild: 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.

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) an Bord der Raumsonde Cassini, nicht nur Einschläge von Staubkörnchen zu zählen, sondern auch einzelne Teilchen chemisch zu analysieren. 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.

Zur Interpretation der Messergebnisse haben wesentlich Forscher des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen und 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.

Zusammen mit Forschern der Universität Göttingen simulierten die 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.

"Vermutlich versprühen aufsteigende Gasblasen unter einem Vulkanschlot Salzwassertröpfchen, die gefrieren, während sie durch den Kanal an die Oberfläche transportiert werden", meint 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. "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", so Postberg.

Die Schlussfolgerung der deutschen Wissenschaftler steht in einem gewissen Kontrast zu Ergebnissen eines amerikanischen Forscherteams, die in der gleichen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature veröffentlicht wurden wie die Cassini-Resultate. Mit dem 10-Meter Keck 1-Teleskop und dem 4-Meter Anglo-Australian Telescope suchten sie nach Salzspuren im Wasserdampf der Fontänen des Saturnmonds. So wollten sie die Hypothese bestätigen, dass sich die Geysire aus einem unterirdischen Ozean speisen.

Die Wissenschaftler fanden allerdings bestenfalls Spuren von Salz: "Es wäre faszinierend gewesen, die Geysir-Hypothese so zu bestätigen, aber Mutter Natur scheint uns etwas anderes zu sagen", interpretiert Nicholas Schneider, Professor am Laboratory for Atmospheric and Space Physics der University of Colorado in Boulder die Ergebnisse.

Die sich auf den ersten Blick widersprechenden Resultate könnten eventuell auf besondere Bedingungen in dem Ozean unter der Kruste von Enceladus hindeuten, so Schneider. Das Wasser könnte beispielsweise in tiefen Kavernen unter der Oberfläche existieren und nur sehr langsam verdampfen. Dann würde der entstehende Dampf nur wenig oder kein Salz enthalten.

Allerdings so Schneider, würde es auch noch zahlreiche weitere Erklärungsmöglichkeiten für die eindrucksvollen Fontänen auf dem Saturnmond geben: So könnte es sich immer noch um auftauendes Eis handeln oder aber Gezeitenkräften, die an einigen Stellen für Reibung und damit Wärme sorgen, könnten für die Entstehung von flüssigem Wasser verantwortlich sein, das dann verdampfen würde. "All das sind Hypothesen, von denen wir keine mit den vorliegenden Ergebnissen verifizieren können."