Eisvulkanaktivität auf dem Zwergplaneten Ceres

Eine neue Studie, die von der Universität von Arizona durchgeführt wurde, kommt zu dem Ergebnis, dass auf Ceres jedes Jahr von den Eisvulkanen im Durchschnitt Material produziert wird, das vier olympische Schwimmbecken füllen könnte.

Die vom UA-Planetenforscher Michael Sori geleitete Studie hat erstmals die kryovulkanische Aktivität anhand von Beobachtungen berechnet. Diese Ergebnisse könnten helfen, das Rätsel um die fehlenden Berge auf Ceres zu lösen.

Der rund 4,8 Kilometer hohe Eisvulkan Ahuna Mons, der 2015 von der Raumsonde Dawn entdeckt wurde, erhebt sich einsam über die Oberfläche von Ceres. Der Berg ist geologisch jung, höchstens 200 Millionen Jahre alt, was bedeutet, dass er – obwohl er nicht mehr ausbricht – in jüngster Vergangenheit aktiv gewesen sein muss.

Ahuna Mons Jugend und Einsamkeit waren ein Rätsel. Es schien unwahrscheinlich, dass Ceres für Äonen geschlafen hat und plötzlich an einer Stelle ausbrach. Aber wenn in früheren Zeiten andere Eisvulkane aus der Ceres-Oberfläche aufgestiegen sind, wo sind diese Vulkane jetzt? Warum ist Ahuna Mons so allein?

Sori und seine Co-Autoren, darunter UA-Wissenschaftler Ali Bramson und der Planetologie-Professor Shane Byrne versuchten diese Fragen zu beantworten.

In einem Paper, das letztes Jahr veröffentlicht wurde, theoretisierten sie, dass die Beweise von älteren Vulkanen auf dem Zwergplaneten im Laufe der Zeit durch einen natürlichen Prozess, der „viscous relaxation“ genannt wird, ausgelöscht wurden. Viskose Materialien wie Honig oder Kitt, können als dicker Klumpen beginnen, aber das Gewicht des Klumpens bewirkt, dass er im Laufe der Zeit in eine flachere Form sickert.

„Felsen tun das nicht unter normalen Temperaturen und Zeitskalen, aber Eis macht es“, sagte Sori.

Weil Ceres sowohl aus Gestein als auch aus Eis besteht, verfolgte Sori die Theorie, dass Formationen auf dem Zwergplaneten sich unter ihrem eigenen Gewicht bewegen und fließen, ähnlich wie sich Gletscher auf der Erde bewegen und die im übrigen auch verschwinden können.

Obwohl es auf Ceres nie wärmer wird als -34 Grad Celsius, variiert die Temperatur auf des Zwergplaneten Oberfläche.

An den Pole von Ceres ist es so kalt, dass die Eisformationen erhalten bleiben, aber der Äquator ist warm genug, dass ein Eisberg über geologische Zeiträume hinweg verschwinden könnte.

Computersimulationen zeigen, dass Soris Theorie passen könnte. Kryovulkan-Modelle an den Polen von Ceres blieben für Ewigkeiten an Ort und Stelle eingefroren. Auf anderen Breitengraden begannen Kryovulkan-Modelle das Leben hoch und steil, wurden aber mit der Zeit kleiner, breiter und abgerundeter.

Um zu beweisen, dass sich die Computersimulationen in der Realität abgespielt haben könnten, durchsuchte Sori topographische Beobachtungen der Raumsonde Dawn, die seit 2015 Ceres umkreist, um Geländeformen zu finden, die zu den Modellen passen.

Auf der ein paar Millionen Quadratkilometer großen Ceres-Oberfläche fanden Sori und sein Team 22 Berge, darunter Ahuna Mons, die genau wie die Vorhersagen in der Simulation aussehen.

„Wirklich aufregend war jener Teil der uns glauben lässt, dass wir recht haben, weil wir nur einen Berg am Pol gefunden haben“, sagte Sori.

Obwohl er alt und von Einschlägen gezeichnet ist, hat der polare Berg mit Namen Yamor Mons die gleiche Gesamtform wie Ahuna Mons. Er ist fünfmal breiter als hoch und hat ein Seitenverhältnis von 0,2. Berge die anderswo auf Ceres gefunden wurden, haben niedrigere Seitenverhältnisse, genau wie die Modelle vorhergesagt haben: Sie sind viel breiter als sie hoch sind.

Indem Sori die echten Berge mit den Modellbergen in Einklang brachte, konnte er das Alter vieler dieser Berge bestimmen. Das Volumen der Vulkane wurde durch Untersuchung ihrer Topographie geschätzt und durch Kombination von Alter und Volumen war Soris Team in der Lage, die Geschwindigkeit zu berechnen, mit der sich Kryovulkane auf Ceres bilden.

„Wir fanden heraus, dass sich alle 50 Millionen Jahre ein Vulkan bildet“, sagte Sori.

Dies entspricht einer Durchschnittsmenge von mehr als 10.000 Kubikmetern Kryovulkan-Material pro Jahr – genug, um einen Kinosaal oder vier olympische Schwimmbecken zu füllen. Dies ist viel weniger vulkanische Aktivität als auf der Erde, wo steinige Vulkane rund 0,7 Milliarden Kubikmeter Material pro Jahr erzeugen.

Die Vulkanausbrüche auf Ceres sind nicht nur weniger produktiv, sondern auch zäher als auf der Erde. Statt explosiver Eruptionen bilden Kryovulkane das eisige Äquivalent eines Lavadoms: Das Kryomagma – eine salzige Mischung aus Gestein, Eis und anderen flüchtigen Stoffen wie Ammoniak – sickert aus dem Vulkan und gefriert an der Oberfläche. Die meisten der einst mächtigen Kryovulkane auf Ceres bildeten sich wahrscheinlich auf diese Weise.

Die Ursachen der kryovulkanischen Eruptionen auf Ceres sind immer noch ein Rätsel, aber zukünftige Forschung könnte Antworten liefern, da Anzeichen von Eisvulkanen auch auf anderen Objekten im Sonnensystem von Raumsonden entdeckt wurden. Ceres ist das erste kryovulkanische Objekt, den eine Mission umkreiste, aber Europa und Enceladus, Monde von Jupiter und Saturn, sind vermutlich auch Kandidaten für Kryovulkanismus, ebenso wie Pluto und sein Mond Charon. Europa ist von besonderem Interesse, weil man annimmt, dass der Mond unter einer dicken Eisschale, in der manche Forscher Eisvulkane vermuten, einen flüssigen Ozean hat. „Es könnte Ähnlichkeiten zwischen Europa und Ceres geben, aber wir müssen die nächste Mission dorthin abwarten, bevor wir es mit Sicherheit sagen können“, sagte Sori.

Das Paper „Cryovolcanic rates on Ceres revealed by topography“ wurde vor kurzem in Nature Astronomy veröffentlicht.

21. September 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte