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Saturnmond

Ein warmer Ozean im Inneren von Enceladus

Feinste Staubteilchen aus Siliziumdioxid weisen auf einen mindestens 90 Grad Celsius warmen Ozean im Inneren des Saturnmonds Enceladus hin. Sie wurden von den aktiven Wasserdampfgeysiren am Südpol des Trabanten ausgestoßen und von der Raumsonde Cassini im E-Ring des Saturn nachgewiesen.
Aktive Geysire am Südpol des Saturnmonds Enceladus

Vor rund einem Jahrzehnt stieß die Raumsonde Cassini bei ihrer Erkundung des Saturn und seiner zahlreichen Monde auf Hinweise, dass der nur rund 500 Kilometer große Trabant Enceladus geologisch aktiv ist. Die Sonde konnte aktive Geysire aus Wasserdampf nachweisen, die von einer eng begrenzten Region am Südpol des Monds ausgehen. Nach wie vor ist nicht völlig geklärt, wie diese Aktivität auf dem kleinen Himmelskörper zu Stande kommt. Nun hat eine Forschergruppe um Hsiang-Wen Hsu von der University of Boulder in Colorado, an der auch deutsche Wissenschaftler beteiligt sind, einen weiteren Hinweis auf die Ursache der Aktivität gefunden. Sie stießen mit dem Staubdetektor der Raumsonde Cassini auf feine Staubteilchen aus Siliziumdioxid im E-Ring des Saturn. Dieser äußerst dünne, aber riesige Ring ist aus feinen Eispartikeln aufgebaut, die von Enceladus freigesetzt wurden und sich entlang seiner Umlaufbahn ansammeln.

Das Innere des Saturnmonds Enceladus (Grafik)
Das Innere des Saturnmonds Enceladus | Das Innere des Saturnmonds Enceladus zeigt sich in dieser künstlerischen Darstellung. Im Zentrum des rund 500 Kilometer großen Saturnmonds befindet sich ein Kern mit einem größeren Anteil an silikatischen Gesteinen, die hier dunkel erscheinen. Darüber befindet sich ein Mantel aus dem gleichen Material, der vom Wasser des darüberliegenden Ozeans durchdrungen wird. Dort, wo Wärme aus dem Inneren des Monds mit dem Wasser in Berührung kommt, finden hydrothermale Reaktionen statt, in deren Folge sich feine Partikel aus Siliziumdioxid bilden. Sie dringen in den etwa zehn Kilometer tiefen Ozean ein. Das über den warmen Regionen aufsteigende Wasser dringt durch Spalten an die Oberfläche des Monds und bricht als Gasfontäne aus. Dabei werden die darin befindlichen Staubpartikel zunächst im Umfeld von Enceladus verstreut und anschließend Teil des E-Rings.

Die neu entdeckten Teilchen aus Siliziumdioxid sind nur zwischen 12 und 18 Nanometer groß (ein Nanometer ist ein milliardstel Meter = 10-9 Meter). Ihr Nachweis ist ein Beleg dafür, dass im Inneren von Enceladus chemische Vorgänge ablaufen, bei dem silikathaltiges Gestein mit flüssigem Wasser reagiert. Für eine solche hydrothermale Reaktion werden Temperaturen von mindestens +90 Grad Celsius benötigt. Die Forscher um Hsu vermuten, dass flüssiges Wasser am Grund eines im Inneren von Enceladus befindlichen Ozeans mit Gestein reagiert. Frühere Messungen und theoretische Modelle wiesen bereits darauf hin, dass sich unterhalb einer rund 40 Kilometer dicken Eiskruste ein mindestens zehn Kilometer tiefer Ozean aus flüssigem Wasser befinden muss. Dabei ist nicht klar, ob dieser Ozean sich unter der gesamten Kruste erstreckt oder nur unter dem Südpol des Monds.

Die Forscher gehen davon aus, dass am Grund des Ozeans geothermische Prozesse ablaufen, also wärmere Gesteinspartien mit dem Ozeanwasser in chemischer Wechselwirkung stehen. Die Wärme in dieser Gesteinsschicht dürfte überwiegend durch Gezeitenreibung mit den Nachbarmonden, vor allem Dione, erzeugt werden. Bei den chemischen Reaktionen wird Siliziumdioxid aus den silikathaltigen Gesteinen im Inneren des Monds herausgelöst. Die beobachtete Teilchengröße belegt, dass die dabei entstandenen Teilchen rasch, das heißt innerhalb von Monaten bis wenigen Jahren, die Ausbruchstellen an der Oberfläche von Enceladus erreichen müssen. Sonst würden sie durch weitere chemische Reaktionen wachsen und beträchtlich größer ausfallen als beobachtet. Dass die Siliziumdioxidpartikel bei den Eruptionen mechanisch zerkleinert werden, schließen die Forscher aus.

Die nun entdeckten Partikel erlauben Aussagen über die Eigenschaften des Ozeanwassers von Enceladus. Es ist mit einem pH-Wert von mehr 8,5 alkalisch, und der Salzgehalt sollte weniger als vier Prozent betragen. Zum Vergleich: Die irdischen Ozeane haben einen pH-Wert zwischen 7,5 und 8,4 sowie einen mittleren Salzgehalt von 3,5 Prozent. Das Wasser von Enceladus ist also dem irdischen Meerwasser recht ähnlich. Anteile von Natriumchlorid (Kochsalz) wurden schon vor rund fünf Jahren mittels Cassini nachgewiesen.

10. KW 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10. KW 2015

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