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Zwergplanet Ceres: Wasserdampf und Magnesiumsalze auf Ceres

Untersuchungen der Raumsonde Dawn im Umlauf um Ceres weisen darauf hin, dass der Zwergplanet an manchen Stellen Wasserdampf freisetzt. Zudem wurden größere Mengen an wasserhaltigen Magnesiumsalzen auf seiner Oberfläche gefunden.
Weiße Flecken auf Ceres

Schon auf den unscharfen Bildern des Weltraumteleskops Hubble waren auf der Oberfläche des rund 950 Kilometer großen Zwergplaneten Ceres helle Flecken aufgefallen, die wesentlich heller leuchteten als der restliche Himmelskörper. Besonders einer von ihnen dominierte auch die Bilder der US-Raumsonde Dawn bei ihrem Anflug auf den Zwergplaneten Anfang 2015. Er stellte sich als eine ganze Ansammlung sehr heller Flecken heraus, die sich im Inneren eines Einschlagkraters befinden, der den Namen Occator erhielt. Nun stellen Forscher um Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen ihre Untersuchungsergebnisse über die hellen Flecken auf Ceres vor.

Die globale Verteilung der hellen Flecken auf Ceres | Die meisten der rund 130 auf dem Zwergplaneten Ceres entdeckten hellen Flecken befinden sich im Inneren von Einschlagkratern (rote Markierungen). Die Detailausschnitte zeigen drei prominente Flecken. Besonders auffällig sind diese im Krater Occator (oben, links).

Insgesamt mehr als 130 helle Stellen konnten die Forscher auf Ceres identifizieren, davon stechen die Flecken im Krater Occator und in einem Gebiet mit der vorläufigen Bezeichnung "Feature A" besonders heraus. Im Allgemeinen ist die Oberfläche von Ceres sehr dunkel und erinnert damit an frischen Asphalt. Dagegen wirft der hellste Fleck im Occator-Krater rund 25 Prozent des auftreffenden Sonnenlichts zurück ins All. Er ist damit etwa so hell wie frisches Meereis, während die vielen anderen Flecken ungefähr die Helligkeit von frischem Beton haben.

Mysteriöser weißer Fleck im Krater Occator | Im Inneren des rund 90 Kilometer großen Einschlagkraters Occator auf Ceres befinden sich helle Ablagerungen aus Natriumkarbonaten. Sie wurden durch kryovulkanische Aktivität an die Oberfläche des Zwergplaneten gebracht, bei der salzhaltige wässrige Lösungen aufstiegen. Das Wasser verdampfte, so dass sich die Salze in fester Form ablagerten.

Der Krater Occator hat einen Durchmesser von 90,5 Kilometern und ist etwa vier Kilometer tief. Der hellste Fleck befindet sich in seinem Zentrum in einer etwa zehn Kilometer großen Einsenkung von ungefähr 500 Meter Tiefe. An seinem Rand zeigen sich die Überreste des Zentralbergs von Occator, die rund 500 Meter hoch sind. Eine Altersdatierung weist auf ein Alter von 78 Millionen Jahren hin. Dies entspräche auf der Erde etwa der mittleren Kreidezeit, als die Dinosaurier noch lebten. Somit ist Occator im Vergleich zum Gesamtalter des Zwergplaneten von rund 4,5 Milliarden Jahren noch sehr jung.

Mittels spektroskopischer Untersuchungen versuchten die Forscher um Nathues, die Zusammensetzung der hellen Flecken in Occator zu ermitteln. Aus den Bilddaten der Kamera von Dawn und dem ebenfalls an Bord befindlichen Visible Infrared Mapping Spectrometer (VIR) ergibt sich, dass die hellen Flecken wohl aus wasserhaltigen Magnesiumsulfatsalzen bestehen. Der wahrscheinlichste Kandidat ist das Mineral Hexahydrit, also Mg(SO4) x 6H2O. Dieses Mineral ist thermisch nicht sehr stabil und gibt bei Erwärmung leicht einen Teil des in seiner Struktur gebundenen Wassers ab. Tatsächlich wurden mit den Kameras von Dawn flache Dunstschichten im Krater Occator nachgewiesen, die immer nach Tagesanbruch entstanden, zur Mittagszeit am deutlichsten waren und zum Abend hin wieder verschwanden. Ceres rotiert in rund neun Stunden einmal um ihre Achse.

Diese Aktivität verläuft sehr ruhig und ist nicht etwa auf Kryovulkanismus zurückzuführen wie beim Saturnmond Enceladus. Die Forscher konnten keine aufsteigenden Dampfwolken über Ceres nachweisen, die Freisetzung des Wasserdampfs ist ein sehr sanfter Vorgang, der sich durch Sublimation, also die direkte Freisetzung von Wasserdampf ohne die Anwesenheit flüssigen Wassers, erklären lässt. Dabei werden Eispartikel und Staubpartikel angehoben und bilden kurzlebige Dunstschichten im Inneren des Kraters Occator. Ähnliche Vorgänge sichteten die Forscher auch im Gebiet von "Feature A", das sich als ein zehn Kilometer großer Einschlagkrater herausstellte.

Schon mehr als ein Jahr vor der Ankunft von Dawn bei Ceres hatten Anfang 2014 Beobachtungen mit dem Infrarotteleskop Herschel der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA auf die Freisetzung von Wasserdampf auf Ceres hingewiesen. Die damaligen Messungen zeigten, dass der Zwergplanet pro Sekunde etwa vier Kilogramm Wasserdampf freisetzt, wenn der Krater Occator in Richtung zur Sonne weist. Zur damaligen Zeit war dieser natürlich noch nicht als solcher bekannt, es gab nur die sehr groben Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble.

In einer weiteren Arbeit präsentieren die Wissenschaftler um Maria Cristina de Sanctis vom Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali in Rom ihre Auswertungen der Messdaten des schon oben erwähnten "Visible Infrared Mapping Spectrometer" im Detail. Sie stellten fest, dass auf der Oberfläche von Ceres große Mengen an ammoniumhaltigen Schichtsilikaten, also Tonminerale vorkommen, die auch große Mengen an gebundenem Wasser enthalten. Dagegen konnten die Forscher kein Wassereis unmittelbar an der Oberfläche nachweisen. Anhand ihrer Befunde vermuten die Forscher, dass Ceres größere Mengen an Material aus dem äußeren Sonnensystem enthält.

Dunst im Krater Occator | Wenn das Sonnenlicht die hellen Flecken im 90 Kilometer großen Einschlagkrater Occator erreicht, bildet sich eine bodennahe Dunstschicht um diese aus. Sie kann nur aus sehr flachen Blickwinkeln wie diesem erkannt werden.
Dazu passt die mit 2,2 Gramm pro Kubikzentimeter eher geringe mittlere Dichte von Ceres, die auf einen Wasseranteil von bis zu 25 Massenprozent im Inneren des Himmelskörpers hinweist. Ein nur aus silikatischen Gesteinen bestehender Asteroid hätte dagegen eine mittlere Dichte von mehr als drei Gramm pro Kubikzentimeter. Die Forscher um de Sanctis halten es sogar für nicht ausgeschlossen, dass sich Ceres in der Frühzeit des Sonnensystems weit außerhalb ihrer jetzigen Bahn bildete und erst später in den Asteroidengürtel zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter gelangte.

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