In zwei neuen Studien offenbart der Zwergplanet Ceres dank Daten der NASA-Raumsonde Dawn ein paar seiner gut gehüteten Geheimnisse. Die Studien wurden im Journal Nature veröffentlicht. Sie gewähren erhoffte Einblicke in rätselhafte helle Strukturen, die auf der ganzen Oberfläche des Zwergplaneten gefunden werden. In einer Studie identifizieren Wissenschaftler dieses helle Material als eine Art Salz. Die zweite Studie legt den Nachweis von ammoniakreichem Ton nahe, was Fragen über die Entstehung von Ceres aufwirft.
Über die hellen Flecken
Ceres besitzt mehr als 130 helle Gebiete, und die meisten von ihnen stehen mit Einschlagkratern in Zusammenhang. Die Studienautoren unter Leitung von Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen (Deutschland) schreiben, dass das helle Material mit einem Magnesiumsulfat-Typ namens Hexahydrit übereinstimmt. Ein anderer Magnesiumsulfat-Typ ist auf der Erde als Epsomit (Epsom-Salz) bekannt.
Nathues und seine Kollegen verwendeten Bilder von Dawns Framing Camera, die darauf schließen lassen, dass diese salzreichen Gebiete zurückgelassen wurden, als in der Vergangenheit Wassereis sublimierte. Einschläge von Asteroiden hätten das Gemisch aus Eis und Salz freigelegt, sagen sie.
“Die globale Natur der hellen Flecken auf Ceres spricht dafür, dass diese Welt eine Schicht unter ihrer Oberfläche aufweist, die salziges Wassereis enthält”, sagte Nathues.
Ein neuer Blick auf Occator
Die Oberfläche von Ceres, dessen durchschnittlicher Durchmesser 940 Kilometer beträgt, ist allgemein dunkel – vergleichbar mit der Helligkeit von frischem Asphalt. Die hellen Flecken, die versprenkelt auf der Oberfläche zu finden sind, zeigen einen breiten Helligkeitsumfang, wobei die hellsten Gebiete ungefähr 50 Prozent des Sonnenlichts reflektieren. Aber bislang gab es keinen zweifellosen Nachweis von Wassereis auf Ceres; Daten mit höherer Auflösung sind erforderlich, um diese Frage zu lösen.
Der innere Bereich eines Kraters namens Occator enthält das hellste Material auf Ceres. Occator selbst hat einen Durchmesser von 90 Kilometern, und seine zentrale Vertiefung, die von diesem hellen Material bedeckt wird, ist etwa zehn Kilometer breit und 0,5 Kilometer tief. Dunkle Linien, möglicherweise Brüche, ziehen sich durch die Vertiefung. Überreste eines Zentralbergs, der bis zu 0,5 Kilometer hoch war, sind ebenfalls erkennbar.
Mit seinem scharfen Rand, den Wänden und vielen Terrassen und Rutschungsablagerungen scheint Occator zu den jüngsten Strukturen auf Ceres zu gehören. Wissenschaftler der Dawn-Mission schätzen sein Alter auf etwa 78 Millionen Jahre.
Die Autoren der Studie schreiben, dass einige Bilder von Occator offenbar einen diffusen Dunst nahe der Oberfläche zeigen, der den Boden des Kraters füllt. Das könnte mit Beobachtungen von Wasserdampf auf Ceres zusammenhängen, die im Jahr 2014 vom Weltraumobservatorium Herschel gemacht wurden. Der Dunst scheint auf Bildern während der örtlichen Mittagszeit präsent zu sein und ist bei der Morgen- und Abenddämmerung verschwunden. Das deutet darauf hin, dass das Phänomen der Aktivität auf der Oberfläche eines Kometen ähnelt, wo Wasserdampf winzige Staub- und Eisteilchen nach oben reißt. Zukünftige Daten und Analysen könnten diese Hypothese prüfen und Anhaltspunkte über den Prozess enthüllen, der diese Aktivität verursacht.
“Das Dawn-Wissenschaftsteam diskutiert diese Ergebnisse noch und analysiert die Daten, um besser zu verstehen, was in Occator geschieht”, sagte Chris Russel, der leitende Forscher der Dawn-Mission von der University of California in Los Angeles (UCLA).
Die Bedeutung von Ammoniak
In der zweiten Studie untersuchten Mitglieder des Dawn-Wissenschaftsteams die Zusammensetzung von Ceres und fanden Hinweise auf ammoniakreichen Ton. Sie nutzten Daten des Visible and Infrared Mapping Spectrometer. Dieses Instrument misst, wie verschiedene Wellenlängen von der Oberfläche reflektiert werden, was die Identifizierung der Minerale erlaubt.
Ammoniakeis selbst würde heute auf Ceres sublimieren, weil der Zwergplanet zu warm ist. Die Ammoniakmoleküle könnten aber stabil sein, wenn sie gemeinsam mit anderen Mineralen vorkommen (das heißt, wenn sie chemisch an sie gebunden sind).
Die Präsenz von Ammoniakverbindungen wirft die Möglichkeit auf, dass Ceres nicht im Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter entstand, wo sich der Zwergplanet gegenwärtig befindet, sondern stattdessen im äußeren Sonnensystem entstanden sein könnte. Eine andere Theorie besagt, dass Ceres nah an seiner heutigen Position entstand und Material ansammelte, das aus dem äußeren Sonnensystem – nahe der Neptunumlaufbahn – eintraf, wo Stickstoffeis thermal stabil sind.
“Das Vorhandensein von ammoniakhaltigen Substanzen spricht dafür, dass Ceres aus Material besteht, welches in einer Umgebung zusammenfand, wo Ammoniak und Stickstoff häufig vorkamen. Daher vermuten wir, dass dieses Material aus dem äußeren, kalten Sonnensystem stammt”, sagte Maria Christina De Sanctis vom National Institute of Astrophysics in Rom (Italien), die Hauptautorin der Studie.
Durch Vergleiche der Spektren des reflektierten Lichts von Ceres mit dem von Meteoriten fanden die Wissenschaftler einige Gemeinsamkeiten. Sie konzentrierten sich insbesondere auf die chemischen Fingerabdrücke von kohlenstoffreichen Chondriten – ein Meteoritentyp, der als relevantes Analogon für den Zwergplaneten angesehen wird. Aber diese Chondriten liefern keine guten Übereinstimmungen für alle Wellenlängen, die das Instrument untersuchte. Es gab Absorptionsbänder, die zu Gemischen aus ammoniakhaltigen Mineralen passen, welche mit Wellenlängen verbunden sind, die von erdbasierten Teleskopen nicht beobachtet werden können.
Ein anderer Unterschied ist, dass diese kohlenstoffreichen Chondrite einen Wassergehalt von 15-20 Prozent aufweisen, während der Wassergehalt von Ceres 30 Prozent beträgt. “Ceres könnte mehr flüchtige Substanzen behalten haben als diese Meteoriten, oder der Zwergplanet könnte das Wasser aus Material mit einem hohen Gehalt an flüchtigen Substanzen angesammelt haben”, sagte De Sanctis.
Die Studie zeigt außerdem, dass die Tagestemperaturen auf der Ceresoberfläche von 180 bis 240 Kelvin reichen. Die höchsten Temperaturen wurden in der Äquatorregion gemessen. Die Temperaturen am und nahe des Äquators seien normalerweise zu hoch, um Eis auf der Oberfläche langfristig zu halten, sagen die Autoren, aber Daten aus Dawns nächster Umkreisung werden weitere Details preisgeben.
Diese Woche hat Dawn die endgültige Höhe ihrer Umlaufbahn erreicht, etwa 385 Kilometer über der Oberfläche des Zwergplaneten. Mitte Dezember wird Dawn mit Beobachtungen aus dieser Umlaufbahn beginnen und unter anderem Bilder mit einer Auflösung von 35 Metern pro Pixel machen, sowie Infrarot-, Gamma- und Neutronenspektren anfertigen und hochaufgelöste Gravitationsdaten sammeln.
Die Dawn-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) für die NASA betrieben. Dawn ist ein Projekt des Discovery Program, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) geleitet wird. Die UCLA ist verantwortlich für sämtliche wissenschaftlichen Belange der Mission. Orbital ATK, Inc. in Dulles (Virginia) entwickelte und konstruierte die Raumsonde. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, die Italian Space Agency und das Italian National Astrophysical Institute sind internationale Partner des Missionsteams.
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4785
(THK)
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