Das Eis in Ceres` schattigen Kratern ist eng mit der Geschichte der Achsenneigung verknüpft

Der Zwergplanet Ceres mag Hunderte Millionen Kilometer von Jupiter und noch weiter von Saturn entfernt sein, aber dennoch hat der ungeheure Einfluss von der Schwerkraft dieser Gasriesen eine spürbare Wirkung auf die Ausrichtung von Ceres. In einer neuen Studie berechneten Forscher von der Dawn-Mission, dass die axiale Neigung von Ceres – der Neigungswinkel, in welchem sie sich dreht, während sie um die Sonne wandert – im Laufe von etwa 24.500 Jahren stark variiert. Astronomen halten dies für eine überraschend kurze Zeitspanne für solch dramatische Abweichungen.

Veränderungen in der axialen Neigung oder „Schiefstellung“ im Lauf der Geschichte von Ceres, werfen die Frage auf, wo gefrorenes Wasser auf der Ceres-Oberfläche gefunden werden könnte, berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift Geophysical Research Letters. Angesichts der Bedingungen auf Ceres würde Eis nur bei extrem niedrigen Temperaturen überleben können – zum Beispiel in Gebieten, die niemals die Sonne sehen.

„Wir fanden eine Korrelation zwischen Gebieten, die bei maximaler Schieflage im Schatten bleiben und hellen Ablagerungen, die wahrscheinlich Wassereis sind“, sagte Anton Ermakov, Postdoktorand am JPL in Pasadena, Kalifornien und leitender Autor der Studie. „Regionen, die über Millionen von Jahren kein Sonnenlicht sehen, haben eher solche Ablagerungen.

Zyklen der Schiefstellung

Berechnungen zeigen, dass Ceres während der letzten drei Millionen Jahr einige Zyklen durchlief, bei denen die Neigung von etwa 2 Grad bis zu 20 Grad reichte.

„Wir können die Veränderungen in der Ausrichtung von Ceres im Laufe der Zeit nicht direkt beobachten, deshalb haben wir die Messungen, welche die Raumsonde Dawn von Form und Schwerkraft des Zwergplaneten gemacht hat verwendet, um die dynamische Geschichte genau zu rekonstruieren“, sagte Erwan Mazarico vom Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, und Co-Autor der Studie.

Das letzte Mal, dass der Zwergplanet eine maximale Neigung erreichte - die etwa 19 Grad betrug - war vor 14 000 Jahren, sagten die Forscher. Zum Vergleich; die Erde ist um 23,5 Grad geneigt. Diese bedeutsame Neigung beschert unserem Planeten Jahreszeiten. Die nördliche Hemisphäre erlebt den Sommer, wenn sie zur Sonne ausgerichtet ist, und den Winter, wenn sie von der Sonne weggeneigt ist. Im Gegensatz dazu ist die aktuelle Neigung von Ceres etwa 4 Grad, so dass es keine starken saisonalen Effekte im Lauf eines Jahres gibt (das sind rund 4,6 Erdjahre).

Relation von Schieflage zu Eis

Wenn die axiale Neigung klein ist, bekommen relativ große Bereiche auf Ceres niemals direktes Sonnenlicht, vor allem nicht an den Polen. Diese beharrlich im Schatten liegenden Gebiete umfassen eine Fläche von rund 2.000 Quadratkilometern. Aber wenn die Schieflage zunimmt, erhalten mehr Krater in den Polargebieten direkte Sonneneinstrahlung und die anhaltend im Schatten liegende Gebiete sind dann nur mehr etwa 1 bis 10 Quadratkilometer groß. Diese Bereiche auf der Oberfläche von Ceres, die auch bei großer Schieflage im Schatten bleiben, können kalt genug sein um Oberflächeneis aufrecht zu erhalten, sagen die Dawn-Wissenschaftler.

Jene Krater, die über lange Zeiträume im Schatten bleiben, werden als „kalte Fallen“ bezeichnet, weil sie so kalt und dunkel sind, dass leicht verdampfende flüchtige Stoffe in diese Gebiete migrieren können und dort rund eine Milliarde an Jahren festsitzen. Eine Untersuchung der Dawn-Mannschaft, die im Jahr 2016 in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, fand helles Material in 10 dieser Krater und Daten von Dawns Mapping-Spektrometer für das sichtbare und das infrarote Licht zeigen, dass einer dieser Krater Eis enthält.

Die neue Studie konzentrierte sich auf polare Krater und modellierte, wie die Schattenbildung fortschreitet, während die axiale Neigung von Ceres variiert. In der nördlichen Hemisphäre bleiben nur zwei Gebiete beharrlich im Schatten, wenn Ceres die maximale 20-Grad-Neigung hat. Beide Regionen haben heute helle Ablagerungen. In der südlichen Hemisphäre gibt es auch zwei beharrlich beschattete Gebiete bei größter Schieflage. Und eines dieser Gebiete hat eindeutig eine helle Ablagerung.

Schattenregionen im Kontext

Ceres ist das dritte Objekte im Sonnensystem, bei dem dauerhaft im Schatten liegende Regionen gefunden wurden. Merkur und der Erdmond sind die anderen beiden Objekte und die Wissenschaftler glauben, dass diese ihr Eis durch das Einschlagen von Objekten erhielten. Allerdings haben Merkur und Mond keine so große Variabilität in ihrer Achsenneigung, weil sie den stabilisierenden Gravitationseinfluss von Sonne und Erde haben. Der Ursprung des Eises in Ceres` kalten Fallen ist geheimnisvoller – es kann von Ceres selbst stammen oder durch Einschläge von Asteroiden und Kometen geliefert werden. Unabhängig davon könnte die Anwesenheit von Eis in den kalten Fallen mit einer schwachen Wasseratmosphäre zusammenhängen, die von ESAs Weltraumteleskop Herschel in den Jahren 2012-13 entdeckt wurde. Wassermoleküle, die die Oberfläche verlassen, würden auf Ceres zurückfallen und sich in den kalten Fallen ansammeln.

„Die Idee, dass Eis auf Ceres über lange Zeiträume hinweg überleben könnte ist wichtig, da wir fortfahren, die geologische Geschichte des Zwergplaneten zu rekonstruieren, einschließlich der Abgabe von Wasserdampf“ sagte Carol Raymond, stellvertretende Projektleiterin der Mission Dawn und Co-Autorin der Studie beim JPL.


29. März 2017/SP
Verein Kuffner-Sternwarte