Planetenforschung: Taumelbewegung und Gezeitenkräfte erhitzen den eisigen Saturnmond Enceladus
© NASA, JPL / SSI (Ausschnitt)
Aufnahmen der Cassini-Sonde aus dem Jahr 2005 zeigten mehrere riesige Fontänen von Eispartikeln auf dem Saturnmond Enceladus, die aus der Oberfläche seines Südpols herausschießen. Dies war ein Rätsel für die Planetenforscher, denn bis dahin hatte man kein Wasser auf dem Saturnmond vermutet. Auf seiner vereisten Oberfläche herrschen -197 Grad Celsius und mit seinen 800 Kilometern Durchmesser ist der Enceladus zu klein, als dass sein Inneres noch genug Restwärme von seiner Entstehung besitzen könnte, um Wasser unter der Oberfläche flüssig zu halten. Doch Untersuchungen der Wasserfontäne ergaben, dass das Wasser salzig ist und es sich folglich um eine große Menge, vielleicht sogar um einen ganzen untergründigen Ozean handeln muss. Außerdem zeigen die Cassini-Daten, dass die Erwärmung der Oberfläche des Südpols einer permanenten Leistung von 13 Milliarden Watt entspricht.
Seitdem hat ein Forscherteam von mehreren amerikanischen Instituten nach einer Erklärung für die lokale Erhitzung und damit für die Existenz von flüssigem Wasser auf dem sonst so eisigen Enceladus gesucht. Zunächst wurde die Erwärmung durch den Zerfall von radioaktiven Elementen in Betracht gezogen. In kleinen Monden wie Enceladus sind solche Elemente jedoch für gewöhnlich nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, als dass sie die erforderliche Wärme über einen langen Zeitraum hinweg abgeben könnten.
Eine mögliche Ursache für die Erhitzung könnten aber die Gezeitenkräfte sein, die durch die Gravitation zwischen Saturn und Enceladus auf den Mond wirken. Die Umlaufbahn von Enceladus um den Planeten ist elliptisch. Durch die periodisch wechselnden Abstände zum Planeten ändert sich damit auch die Stärke der Gezeitenkraft, die auf den Mond wirkt. Dadurch wird Enceladus kontinuierlich leicht verformt. Dieser Prozess erzeugt Reibungswärme in seinem Inneren. Die Verformung erzeugt an der Oberfläche Risse, wie zum Beispiel am Südpol, wo durch Spalten die Wassereisfontänen austreten. Andererseits reiben die Ränder dieser Spalten durch die Gezeitenkraft aneinander und somit erwärmt sich an diesen Stellen auch die Oberfläche.
Um die Theorie der Erwärmung durch Gezeitenkräfte zu überprüfen, erstellte das Forscherteam eine Karte, die die resultierenden Spannnungen auf der Mondkruste zeigt. Diese verglichen sie mit einer Karte, auf der die Warmzonen der Oberfläche nach den Cassini-Daten aufgetragen sind. Die Karten stimmten an vielen, jedoch nicht an allen Stellen überein. Die wärmsten Orte auf Enceladus waren nicht unbedingt auch die am stärksten durch die Gezeitenkraft beanspruchten Stellen.
Die Wissenschaftler denken, die Abweichung mit einer Taumelbewegung des Mondes erklären zu können. Das leichte Schwanken von Enceladus bei seiner gebundenen Rotation könnte von seiner nicht ganz kugelförmigen Gestalt herrühren. Wegen dieser Form erzeugt die Anziehung des Saturns ein kleines Drehmoment des Monds. Eine Computersimulation zeigte, dass ein Schwanken von 0,75 bis 2 Grad eine Wirkung der Gezeitenkräfte auf die Oberfläche erzeugt, die besser zur Lage der Warmzonen passt. Außerdem würde die aus der Taumelbewegung resultierende Gezeitenreibung den Mond zusätzlich aufheizen. Der Ozean könnte damit schon seit langer Zeit bestehen. Diese Tatsache ist für die Suche nach Leben in seinem unter der Oberfläche verborgenen Ozean bedeutsam, da eine stabile Umgebung Voraussetzung für die Entwicklung von Leben ist.
Barbara Wolfart
Seitdem hat ein Forscherteam von mehreren amerikanischen Instituten nach einer Erklärung für die lokale Erhitzung und damit für die Existenz von flüssigem Wasser auf dem sonst so eisigen Enceladus gesucht. Zunächst wurde die Erwärmung durch den Zerfall von radioaktiven Elementen in Betracht gezogen. In kleinen Monden wie Enceladus sind solche Elemente jedoch für gewöhnlich nicht in ausreichenden Mengen vorhanden, als dass sie die erforderliche Wärme über einen langen Zeitraum hinweg abgeben könnten.
Eine mögliche Ursache für die Erhitzung könnten aber die Gezeitenkräfte sein, die durch die Gravitation zwischen Saturn und Enceladus auf den Mond wirken. Die Umlaufbahn von Enceladus um den Planeten ist elliptisch. Durch die periodisch wechselnden Abstände zum Planeten ändert sich damit auch die Stärke der Gezeitenkraft, die auf den Mond wirkt. Dadurch wird Enceladus kontinuierlich leicht verformt. Dieser Prozess erzeugt Reibungswärme in seinem Inneren. Die Verformung erzeugt an der Oberfläche Risse, wie zum Beispiel am Südpol, wo durch Spalten die Wassereisfontänen austreten. Andererseits reiben die Ränder dieser Spalten durch die Gezeitenkraft aneinander und somit erwärmt sich an diesen Stellen auch die Oberfläche.
Um die Theorie der Erwärmung durch Gezeitenkräfte zu überprüfen, erstellte das Forscherteam eine Karte, die die resultierenden Spannnungen auf der Mondkruste zeigt. Diese verglichen sie mit einer Karte, auf der die Warmzonen der Oberfläche nach den Cassini-Daten aufgetragen sind. Die Karten stimmten an vielen, jedoch nicht an allen Stellen überein. Die wärmsten Orte auf Enceladus waren nicht unbedingt auch die am stärksten durch die Gezeitenkraft beanspruchten Stellen.
Die Wissenschaftler denken, die Abweichung mit einer Taumelbewegung des Mondes erklären zu können. Das leichte Schwanken von Enceladus bei seiner gebundenen Rotation könnte von seiner nicht ganz kugelförmigen Gestalt herrühren. Wegen dieser Form erzeugt die Anziehung des Saturns ein kleines Drehmoment des Monds. Eine Computersimulation zeigte, dass ein Schwanken von 0,75 bis 2 Grad eine Wirkung der Gezeitenkräfte auf die Oberfläche erzeugt, die besser zur Lage der Warmzonen passt. Außerdem würde die aus der Taumelbewegung resultierende Gezeitenreibung den Mond zusätzlich aufheizen. Der Ozean könnte damit schon seit langer Zeit bestehen. Diese Tatsache ist für die Suche nach Leben in seinem unter der Oberfläche verborgenen Ozean bedeutsam, da eine stabile Umgebung Voraussetzung für die Entwicklung von Leben ist.
Barbara Wolfart
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