Im Brennpunkt - Kristallines Eis auf einem Kuiper Gürtel Objekt

Reflektions-Spektrum von Quaoar im Nahen Infrarot. Die schwarze Linie stammt von Subaru/CISCO-Daten. Die überzeichnete rote Linie zeigt zum Vergleich das Spektrum von Wassereis. Die breiten Minima bei 1,5 und 2,0 Mikron zeigen Wassereis an der Oberfläche von Quaoar. Ein deutliches Minimum bei 1,65 Mikron weist eher auf kristallines, denn auf amorphes Eis hin. Die Wellenlängen, die sich oberhalb der dicken, schwarzen, horizontalen Balken befinden, wurden von der Erdatmosphäre großteils absorbiert. Daten bei diesen Wellenlängen sind nicht sehr aussagekräftig.

Kristallines Eis auf einem Kuiper Gürtel Objekt

David Jewitt und Jane Luu haben mit Hilfe des CISCO Spektrometers am 8-m-Subaru Teleskop auf Hawaii das erste aussagekräftige Spektrum vom relativ hellen Kuiper-Gürtel-Objekt (50 000) Quaoar gewonnen.

Die Oberflächentemperatur auf Quaoar beträgt nur 50 Kelvin (-220ºC). Bei diesen niederen Temperaturen ist die thermodynamisch bevorzugte Form von Eis amorph (strukturlos). Die Wassermoleküle erstarren in unregelmäßigen Strukturen. Kristallines Eis, in welchem die Wassermoleküle gitterähnliche Strukturen haben, kann nur bei Temperaturen über 110 Kelvin (-160ºC) entstehen. Es müssen also hin und wieder die Temperaturen auf Quaoar über die kritische 110 Kelvin-Marke ansteigen.

Dafür kann es zwei Erklärungen geben:

1) Kyrovulkanismus, der durch den Zerfall radioaktiver Elemente im inneren des KBO`s ausgelöst wird und explosionsartig relativ warmes Eis durch Vulkanschlote an die Oberfläche befördert.

2) Impakte von Mikrometeoriten könnten die Oberflächentemperatur auf über 110 Kelvin anheben.

Der besondere Kick ist, dass dieses kristalline Eis, wie es auch immer auf die Oberfläche von Quaoar kam, instabil ist. Bombardements energiereicher Partikel des Sonnenwindes und durch kosmische Strahlen zerstören die kristalline Gitterstruktur des Eises; es wird amorph.
Den Zeitraum, in welchem sich kristallines Eis wieder in amorphes Eis rückverwandelt, ist noch ungewiss. Vermutlich dauert es etwa 10 Millionen Jahre, was im Vergleich zum Alter des Sonnensystems von 4,6 Mrd. Jahren relativ kurz ist. Das heißt, was immer die Ursache für das Vorhandensein von kristallinem Eis ist, entweder aufheizen durch Impakt oder durch kyrovulkanische Entgasung; war in der Vergangenheit aktiv und ist es vermutlich auch noch heute.

Ein Szenario in zwei Schritten scheint denkbar

Erstens: Eis, tief im Inneren von Quaoar gelegen, wurde durch radioaktiven Zerfall erhitzt. Ammoniak im Eis drückte die Schmelztemperatur, da mit Ammoniak versehenes Wasser erst bei -100º C gefriert, und kristallines Wasser begann an die Oberfläche zu wandern. Dies geschah vermutlich vor Milliarden von Jahren, als die Radioaktivität noch stärker war als heute.

Zweitens: Einige Erneuerungsprozesse an der Oberfläche sind denkbar (Umgrabung durch Impakte oder durch Eiskristalle, die mit den Gasausstößen an die Oberfläche sickern), könnten das optische Erscheinungsbild der Oberfläche in wesentlich kürzerer Zeit verändern (< 10 Mio. Jahre) und die destruktiven Effekte des Bombardements energiereicher Partikel zunichte machen.

Jane Luu und David Jewitt sind der Meinung, dass zwar die Interpretationen eher spekulativen Charakter haben, es aber dennoch eine gute Neuigkeit ist, dass erstmals ein verwertbares Spektrum von der Oberfläche Quaoars erstellt werden konnte.

Jane Luu und David Jewitt haben zu diesem Thema einen ausführlichen Artikel in der Zeitschrift Nature vom 9. Dezember 2004 veröffentlicht.

11. Dezember 2004/SP
Verein Kuffner-Sternwarte