Wassereis in ewiger Polarnacht
Die Kameras der Raumsonde Dawn untersuchen das nördliche Polargebiet des Zwergplaneten Ceres
Zwischen Mars und Jupiter umkreist seit März 2015 die US-Raumsonde Dawn den Zwergplaneten Ceres. Mit ihren identischen Bordkameras aus dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen hat die Sonde den Himmelskörper dabei ins Visier genommen – und ihn praktisch vollständig kartiert. In einer aktuellen Studie berichtet ein Team, geleitet von Göttinger Wissenschaftlern, über Ceres' hohen Norden. Denn dort haben die Kameras ein besonderes Kunststück vollbracht: An Stellen nahezu ewiger Dunkelheit konnten sie Ablagerungen aus Wassereis ablichten.
Blick auf den Nordpol: Die Farben zeigen die Höhenverhältnisse in der Landschaft auf Ceres. Zehn Krater sind beziffert, dort haben die Framing Cameras aus dem Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Wassereis entdeckt.
Thomas Platz ist Erstautor der Studie im neuen Fachjournal Nature Astronomy. „Wir haben mit unseren Kameras die Krater in der Nordpolarregion angeschaut, und zwar zwischen 65 und 90 Grad nördlicher Breite. Manche dieser Krater liegen zumindest teilweise in ewiger Dunkelheit, das heißt, sie werden nicht von der Sonne beschienen. Der Grund dafür ist die Neigung der Drehachse von Ceres, die nur 4,028 Grad beträgt“, sagt das Mitglied des Framing-Camera-Teams am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.
Durch diese geringe Achsenneigung steigt die Sonne am Himmel in Ceres' Polargebieten nie weit über den Horizont. Hindernisse, etwa Kraterwälle, werfen deshalb dort lange Schatten, beträchtliche Areale des Polgebiets sind sogar in dauerhafte Nacht gehüllt. Diese Stellen werden zwar nie direkt von der Sonne beschienen, geringe Mengen Streulicht fallen jedoch trotzdem dorthin, beispielsweise reflektiert von direkt beleuchteten Kraterwällen in der Nähe. Dieses schwache Licht haben die Kameras genutzt und in die Dunkelheit gespäht. Dabei sind sie auf mehrere helle Ablagerungen gestoßen: Wassereis.
Die Fahndung nach den Eisablagerungen ähnelt einer Fleißarbeit: Von den 634 identifizierten Kratern mit permanenten Dunkelgebieten fanden die Forscher auf den Bildern der Framing Cameras zehn Krater, die auffällig helle Stellen in ihrem Innern zeigen. Ein namenloser, verhältnismäßig junger Krater, Nummer 2 genannt, spielt dabei eine besondere Rolle; er liegt auf 69,9 Grad nördlicher Breite und hat einen Durchmesser von 3,8 Kilometern. Dort reichen die hellen Ablagerungen über das permanente Dunkel hinaus – bis in die Region, in die manchmal auch direktes Sonnenlicht fällt.
Der Krater Nr. 1 mit einem großen permanenten Dunkelgebiet in seinem Innern (a). Im schwachen Streulicht können die Framing Cameras dort helle Eisablagerungen ausmachen (b). Krater Nr. 2 mit seinem Dunkelgebiet zeigen die Bilder (c) bis (e). Dort reicht das Eis, in (d) dargestellt, bis in den direkt beleuchteten Bereich (e).
„Das eröffnet die Möglichkeit, das von dort reflektierte Licht mit dem Bordinstrument VIR der italienischen Raumfahrtbehörde zu analysieren“, sagt der Leiter des Framing-Camera-Experiments, Andreas Nathues. „Wir sehen dort die spektrale Signatur von Wassereis, andere gefrorene Gase konnten hingegen nicht gefunden werden“, so der Max-Planck-Wissenschaftler. Er und seine Kollegen gehen davon aus, dass auch die anderen hellen Ablagerungen überwiegend aus Wassereis bestehen.
Ceres steht wegen ihrer geringen Dichte von 2,162 Gramm pro Kubikzentimeter bereits länger unter Verdacht, viel Wasser in ihrem Innern zu enthalten. Nun wurde zum zweiten Mal Wassereis direkt auf der Oberfläche aufgespürt. Die aktuellen Resultate reihen sich in Messungen des europäischen Herschel-Teleskops ein, das im Jahr 2014 Wasserdampf in der Nähe von Ceres gemessen hat. Zudem konnten im Dezember 2015 Göttinger Max-Planck-Forscher mit den Framing Cameras Dunst über zwei Äquator-näheren Kratern messen – ebenfalls ein Hinweis auf dampfförmiges Wasser.
Eisvorkommen auf Ceres sind an Stellen der Oberfläche, die direkter Sonnenstrahlung ausgesetzt sind, über lange geologische Zeiträume instabil. Denn auf dem atmosphärelosen Zwergplaneten sublimiert das Eis im Lauf von relativ kurzer Zeit, sobald es an die Oberfläche gelangt. Es geht also übergangslos vom eis- in den gasförmigen Zustand über. An permanent dunklen und damit extrem kalten Stellen, wo die Temperaturen minus 163 Grad Celsius unterschreiten, kann Eis hingegen geologische Zeiträume überdauern.
„Eisvorkommen sind von den Polgebieten unseres Mondes und des Planeten Merkur bekannt, beide Körper sind ebenfalls atmosphärelos. Diese Eisablagerungen werden durch externe Einflüsse erklärt, etwa durch Einschläge eishaltiger Körper wie Kometen“, sagt Andreas Nathues. „Auf Ceres hingegen ist das Eis in den polnahen Kratern wahrscheinlich einheimisch, das heißt, es stammt ursprünglich überwiegend von Ceres selbst“, ergänzt Thomas Platz.
So belegten Co-Autoren der Studie von der Freien Universität Berlin mit einer Simulationsrechnung, dass etwa der Einschlag, der einst den Krater Oxo schuf, eishaltiges, unter der Oberfläche existierendes Bodenmaterial frei gesprengt und bis in die Polregion geschleudert haben könnte.
TD
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Die Dawn-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. JPL ist eine Abteilung des California Institute of Technology in Pasadena. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Teil der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter Leitung des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kamera-Projekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und NASA/JPL unterstützt.
