Im Jahr 1997 waren Forscher auf ungewöhnlich hohe Gehalte an Wasserdampf in der Hochatmosphäre des Ringplaneten Saturn gestoßen, als sie Spektren des europäischen Infrarotsatelliten ISO auswerteten. Diese Wasservorkommen waren eine Überraschung, da in diesen Bereichen der Saturnatmosphäre die ultraviolette Strahlung der Sonne den Wasserdampf in seine Atome aufspaltet und das Wasser somit zersetzt wird. Daher muss es ständig nachgeliefert werden. Nun konnte ein Forscherteam um Paul Hartogh am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung mit Messdaten des europäischen Weltraumteleskops Herschel zeigen, dass dieser Wasserdampf ursprünglich vom Saturnmond Enceladus stammt.

Die Wasserfontänen von Enceladus
© NASA, JPL / SSI
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Sie liefern das Wasser in den hohen Schichten der Saturnatmosphäre: die Wasserdampffontänen des Saturnmonds Enceladus. Der Mond verliert pro Sekunde rund 250 Kilogramm Wasser in Form von von Eispartikeln und Dampf, die sich in einem Torus entlang der Umlaufbahn des Mondes ansammeln. Von diesem strömt ein kleiner Teil des Wasserdampfs in die Hochatmosphäre des Ringplaneten über.
Dieser Mond ist vulkanisch aktiv und stößt pro Sekunde rund 250 Kilogramm Wasser in Form von Dampf und Eispartikeln aus Spalten an seinem Südpol aus, die im Jahr 2005 von der Raumsonde Cassini entdeckt wurden. Der Wasserdampf verteilt sich entlang der Umlaufbahn des Mondes ringförmig um Saturn, er bildet einen Torus mit einer Breite um 600 000 Kilometern und einer Höhe von 60 000 Kilometern. Aus diesem Torus kann dann Wasserdampf auf die Oberfläche von Saturn strömen. Aus den Eispartikeln wiederum bildet sich entlang der Enceladus-Umlaufbahn der dünne E-Ring, einer der größten und ausgedehntesten Ringe das Gasriesen. Der Mond umrundet Saturn in einem Abstand von rund vier Saturnradien oder 240 000 Kilometern.

Den Sensoren der Saturnsonde Cassini war dieser Torus bislang weitgehend entgangen, da er im sichtbaren Licht und im nahen Infraroten völlig transparent und auch insgesamt betrachtet sehr dünn ist. Dagegen zeigt er sich deutlich in den Saturn-Spektren von Herschel, die im langwelligeren Infrarot aufgenommen wurden. Aus den Messdaten von Herschel leiten die Forscher ab, dass drei bis fünf Prozent des von Enceladus ausgestoßenen Wassers auf Saturn strömen und seine Hochatmosphäre anreichern. Dieser Effekt ist einzigartig und tritt bei keinem der drei anderen Gasriesen Jupiter, Uranus und Neptun auf.

Obwohl sich das meiste von Enceladus ausgestoßene Wasser schließlich im Weltraum verliert, reicht der auf Saturn strömende Anteil völlig aus, die beobachteten Wasserkonzentrationen zu erklären. Zudem bietet dieser Wasserzustrom auch die Erklärung für das Vorkommen sauerstoffreicher Verbindungen wie Kohlendioxid in der Saturnatmosphäre, die bei den dort vorherrschenden Temperaturen sofort ausfrieren und als feste Partikel in tiefere Atmosphärenschichten fallen müssten. (ta)