Herschel weist Wasserdampf auf dem Zwergplaneten Ceres nach

Illustration des Zwergplaneten Ceres im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Herschel konnte das Vorhandensein von Wasserdampf eindeutig nachweisen. (ESA / ATG medialab)
Illustration des Zwergplaneten Ceres im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Herschel konnte das Vorhandensein von Wasserdampf eindeutig nachweisen. (ESA / ATG medialab)

Wissenschaftler haben mit dem Weltraumobservatorium Herschel den ersten definitiven Nachweis von Wasserdampf auf dem größten Objekt im Asteroidengürtel – Ceres – erbracht. Man vermutet, dass von Ceres periodische Wasserdampffahnen hochschießen, wenn sich Teile seiner eisigen Oberfläche leicht erwärmen. Ceres ist als Zwergplanet klassifiziert, ein Körper im Sonnensystem, der größer als ein Asteroid und kleiner als ein Planet ist. Herschel ist eine Mission der European Space Agency (ESA) mit wichtigen Beiträgen der NASA.

“Dies ist das erste Mal, dass Wasserdampf auf Ceres oder irgendeinem anderen Objekt im Asteroidengürtel zweifelsfrei nachgewiesen wurde und es liefert den Beweis dafür, dass Ceres eine eisige Oberfläche und eine Atmosphäre besitzt”, sagte Michael Küppers von der ESA in Spanien. Er ist der leitende Autor einer Abhandlung, die im Journal Nature veröffentlicht wird. Die Ergebnisse kommen zur richtigen Zeit für die Dawn-Mission der NASA, die jetzt auf ihrem Weg zu Ceres ist, nachdem sie mehr als ein Jahr lang den großen Asteroiden Vesta umkreiste. Dawn soll im Frühling 2015 Ceres erreichen, wo sie den bislang genauesten Blick auf seine Oberfläche werfen wird.

“Wir haben eine Sonde auf dem Weg zu Ceres, also müssen wir nicht lange warten, bevor wir weitere Informationen über dieses erstaunliche Ergebnis bekommen, direkt von der Quelle selbst”, sagte Carol Raymond, die stellvertretende leitende Wissenschaftlerin der Dawn-Mission vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien). “Dawn wird die Geologie und Zusammensetzung der Oberfläche in hoher Auflösung kartieren und die Prozesse offenbaren, welche die Ausgasungsaktivität antreiben.”

Im letzten Jahrhundert war Ceres als der größte Asteroid unseres Sonnensystems bekannt. Aber im Jahr 2006 ordnete die International Astronomical Union (IAU) ihn wegen seiner Größe neu als Zwergplanet ein. Die IAU ist die Organisation, welche für die Namensgebung planetarer Objekte verantwortlich ist. Der Durchmesser von Ceres beträgt etwa 950 Kilometer. Als er 1801 entdeckt wurde, dachten die Astronomen, es würde sich um einen Planeten handeln, der zwischen Mars und Jupiter die Sonne umkreist. Später wurden andere Himmelskörper mit ähnlichen Umlaufbahnen gefunden, was die Entdeckung des Asteroiden-Hauptgürtels in unserem Sonnensystem markierte.

Wissenschaftler denken, dass Ceres in seinem Inneren Gestein und einen dicken Mantel aus Eis besitzt, der aufgeschmolzen mehr Süßwasser enthalten würde, als auf der Erde vorhanden ist. Die Substanzen, aus denen Ceres besteht, datieren wahrscheinlich auf die ersten paar Millionen Jahre der Existenz unseres Sonnensystems und sammelten sich an, bevor die Planeten entstanden.

Bis jetzt wurde nur vermutet, dass Eis auf Ceres existiert, aber es wurde nicht eindeutig nachgewiesen. Herschels ferninfraroter Blick war erforderlich, um letztendlich eine deutliche Spektralsignatur des Wasserdampfs zu erkennen. Herschel sah allerdings nicht bei jeder Beobachtung Wasser. Das Teleskop registrierte Wasserdampf bei vier verschiedenen Gelegenheiten, aber einmal gab es keine Signatur.

Die Wissenschaftler nehmen an, dass folgendes passiert: Wenn sich Ceres in dem Bereich seiner Umlaufbahn befindet, der näher an der Sonne liegt, wird ein Teil seiner eisigen Oberfläche warm genug, damit Wasserdampf mit einer Rate von etwa sechs Kilogramm pro Sekunde in Gasfahnen entweichen kann. Wenn Ceres in den kälteren Bereichen seiner Umlaufbahn ist, entweicht kein Wasser.

Diese Abbildung zeigt die Stärke der Wasserabsorption in Bezug auf die Oberfläche von Ceres. Das Absorptionssignal war im Bereich zweier dunkler Flecken am stärksten. (ESA / NASA / Adapted from Küppers et al.)
Diese Abbildung zeigt die Stärke der Wasserabsorption in Bezug auf die Oberfläche von Ceres. Das Absorptionssignal war im Bereich zweier dunkler Flecken am stärksten. (ESA / NASA / Adapted from Küppers et al.)

Die Stärke des Signals veränderte sich auch über Stunden, Wochen und Monate, weil die Wasserdampffahnen in Herschels Blickfeld hinein und aus ihm heraus rotierten, während sich das Objekt um seine Achse drehte. Das ermöglichte den Forschern, die Wasserquelle auf zwei dunklere Flecken auf der Oberfläche von Ceres einzugrenzen, die zuvor vom Hubble Space Telescope der NASA und von bodenbasierten Teleskopen beobachtet wurden. Die dunklen Flecken könnten eher zu Ausgasungen neigen, weil sich dunkles Material schneller erwärmt als helles Material. Wenn die Dawn-Sonde Ceres erreicht, wird sie auch diese Strukturen untersuchen können.

Die Ergebnisse sind ein bisschen unerwartet, weil Kometen – die eisreicheren Cousins der Asteroiden – dafür bekannt sind, Jets und Fahnen auszustoßen, während Objekte im Asteroidengürtel dies nicht tun. “Die Grenze zwischen Kometen und Asteroiden verwischt immer mehr”, sagte Seungwon Lee vom Jet Propulsion Laboratory, der gemeinsam mit Paul von Allmen (ebenfalls JPL) an der Entwicklung der Wasserdampfmodelle mitarbeitete. “Uns waren bereits Hauptgürtelasteroiden bekannt, die eine kometenähnliche Aktivität zeigten, aber dies ist der erste Nachweis von Wasserdampf bei einem asteroidenähnlichen Objekt.”

Die Forschungsarbeit ist Teil der Messungen von elf Asteroiden und Kometen im Rahmen des Herschel-Programms MACH-11. Das Programm verwendete Herschel, um kleine Himmelskörper zu beobachten, die von Raumsonden bereits besucht wurden oder noch besucht werden. Dazu zählen auch die Ziele der NASA-Mission Deep Impact und des geplanten Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Exlorer (OSIRIS-Rex). Laurence O’Rourke von der ESA ist der leitende Wissenschaftler des MACH-11-Programms.

Herschel ist eine Mission der European Space Agency, die wissenschaftlichen Instrumente wurden von einem Konsortium europäischer Institute mit wichtigen Beiträgen der NASA bereitgestellt. Obwohl das Observatorium seit April 2013 keine wissenschaftlichen Beobachtungen mehr macht, weil das Kühlmittel wie erwartet aufgebraucht war, analysieren Forscher weiterhin seine Daten. Das Herschel Project Office der NASA hat seinen Sitz am Jet Propulsion Laboratory. Das JPL steuerte Technologien für zwei der drei wissenschaftlichen Instrumente Herschels bei. Das Herschel Science Center der NASA gehört zum Infrared Processing and Analysis Center am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena und unterstützt die astronomische Gemeinschaft in den Vereinigten Staaten.

Die Dawn-Mission wird vom JPL für das Science Mission Directorate in Washington betrieben. Dawn ist ein Projekt des Discovery-Programms, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) geleitet wird. Die University of California in Los Angeles (UCLA) ist für sämtliche wissenschaftlichen Operationen Dawns verantwortlich. Orbital Science Corp. in Dulles (Virginia) entwickelte und konstruierte die Raumsonde. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, die Italian Space Agency und das Italian National Astrophysical Institute sind internationale Partner des Missionsteams. Das Caltech betreibt das JPL für die NASA.

Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-020

(THK)

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