Computermodell erklärt anhaltende Eruptionen auf eisigem Saturnmond
Die Raumsonde Cassini beobachtet schon seit dem Jahr 2005 die tätigen Geysire auf dem Saturnmond Enceladus. Aber der Prozess, der die Eruptionen antreibt, ist bis jetzt ein Geheimnis geblieben. Jetzt haben Wissenschaftler von der Universität in Chicago einen Mechanismus gefunden, durch den die zyklischen Gezeiten die vom Saturn ausgehen, Spannungen auf Enceladus ausüben und die langlebigen Eruptionen verursachen.
„Auf der Erde neigen Ausbrüche nicht dazu länger zu dauern“, sagte Edwin Kite, Professor für Geophysik an der Universität in Chicago. „Wenn wir Eruptionen sehen, die sich über eine längere Zeit fortsetzen, geschieht dies durch lokale röhrenförmige Öffnungen die einen weitem Abstand zueinander haben.“
Aber auf Enceladus, der wahrscheinlich einen Ozean unter seiner eisigen Oberfläche hat, gibt mehrere Risse entlang seines Südpols. Diese „Tigerstreifen“ entstanden durch kontinuierlich ausbrechenden Dampf und winziger Frostpartikel entlang ihrer gesamten Länge und das über Jahrzehnte und wahrscheinlich noch viel länger.
„Es ist ein Rätsel, warum dieses System aus Rissen sich nicht mit seinem eigenen Frost verstopft“, sagte Kite. „Und es gibt Erklärungsbedarf, warum sich die Energie aus dem Grundwasserspiegel bei der Abkühlung durch Verdampfung auflöst, so wie die Eispartikel.
Was wir brauchen ist eine Energiequelle, welche die Abkühlung durch Verdampfung ausbalanciert. „Wir glauben, dass die Energiequelle ein neuer Mechanismus von Gezeiten-Fragmentation ist, der bisher nicht in Betracht gezogen wurde“ sagte Kite. Er und Allan Rubin von der Princeton Universität präsentierten ihre Ergebnisse in der Woche vom 28. März in einer Proceedings-Ausgabe der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Astrobiologie-Experiment
Enceladus, den Kite „eine Chance für das beste Astrobiologie-Experiment im Sonnensystem“ nennt, gilt als führender Kandidat für außerirdisches Leben. Daten von Cassini weisen stark darauf hin, dass die kryovulkanischen Dampfwolken auf Enceladus wahrscheinlich aus einer biomolekül- freundlichen ozeanischen Umgebung stammen.
Kryovulkanismus hat vermutlich auch die Oberfläche vom Jupitermond Europa geformt. Europas Oberfläche hat viele Ähnlichkeiten mit der Oberfläche von Enceladus und so hoffen die Forscher, dass dieses Modell auch für Europa von Nutzen sein wird.
Eines der Probleme die Kite und Rubin haben, ist die anomale Gezeiten-Reaktion der Ausbrüche auf Enceladus. Die Eruptionen erreichen ihren Höhepunkt etwa fünf Stunden später als erwartet, sogar unter Berücksichtigung der 40 Minuten, welche die ausgebrochenen Teilchen benötigen, um die Höhe zu erreichen, bei der Cassini sie entdecken kann. Andere Wissenschaftler hatten zuvor Gründe für die Verzögerung vorgeschlagen, welche unter anderem eine matschige, langsam reagierende Eiskruste für die verspäteten Eruptionen verantwortlich macht.
„Der neue Vorschlag ist wirklich ein Weg um eine Verzögerung bei den Ausbrüchen zu bekommen. Wir brauchen keine furchtbar matschige Eisschale für eine Erklärung“ sagte Carolyn Porco, führende Forscherin von Cassinis Imaging Science Team.
Kite und Rubin wollten auch wissen, warum Enceladus den Level an kryovulkanischer Aktivität beibehält, auch wenn er am Punkt seiner Umlaufbahn ist, wo die Risse sich schließen und die Eruptionen abklingen sollten. Weitere wichtige Fragen: Warum erzeugt das vulkanische System fünf Gigawatt an Leistung anstelle viel mehr oder viel weniger? Warum vereisen oder gefrieren die Eruptionen nicht?
Das Kite-Rubin-Modell scheint alle Fragen des Enceladus-Systems zu beantworten. Ihr Modell besteht aus einer Serie von nahezu parallelen vertikalen Schlitzen, die ins Innere bis zum Wasser reichen. Sie verwendeten Satuns Gezeiten-Spannungen für ihr Modell auf einem Desktop-Computer und beobachteten was passiert.
Der schwierige Teil
„Der einzige schwierige Teil waren die Berechnungen der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Spalten und die unterschiedlichen Wasserpegel in jedem Spalt als Reaktion auf die Gezeiten-Spannungen“, erklärte Kite. Bei breiten Spalten reagieren die Eruptionen schneller auf die Gezeitenkräfte. Bei schmalen Spalten treten die Eruptionen erst acht Stunden, nach dem die Gezeitenkräfte ihren Höhepunkt erreichen, auf.
„Dazwischen gibt es einen Sweet-Spot“, sagte Kite, wo die Gezeitenkräfte die Bewegung des Wassers in Wärme umwandeln und genügend Energie für Eruptionen erzeugen, die der beobachteten fünfstündigen Verzögerung entsprechen.
Gezeitenkräfte erwärmen über Turbulenzen das Wasser und die Eisschale. Kite und Rubin schlugen vor, dass neue Cassini-Daten diese Idee testen, ob die Eisschale in der Südpolregion warm ist oder nicht.
„Wenn der neue Mechanismus ein wesentlicher Faktor für die Wärme sein sollte, die aus den Brüchen aufsteigt, dann wird das südliche Polareis zwischen den Brüchen in der Tat kalt sein“, sagte Proco. Das letzte Wort ist noch nicht gesprochen, erst bis die Ergebnisse des letzten Vorbeiflugs an Enceladus vom vergangenen Jahr vollständig analysiert sind, werden wir es genau wissen.“
1. April 2016/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
