Schockgefrostetes Meerwasser sprüht aus Enceladus

Existiert auf Enceladus ein Ozean oder nicht? Diese Frage beschäftigte Forscher, seitdem die Raumsonde Cassini in der südpolaren Eiskruste des Saturnmonds Brüche entdeckte, aus denen Fontänen von Wasserdampf und Eiskörnchen schießen. Frühere Messungen der Zusammensetzung dieser Partikel mit dem Staubdetektor des Max-Planck-Instituts für Kernphysik lieferten Indizien für einen flüssigen Ozean. Andere Wissenschaftler dagegen lehnten diese Erklärung ab. Neue Daten von einem nahen Vorbeiflug am Enceladus haben diese Zweifel nun ausgeräumt.

Mit rund 500 Kilometern Durchmesser gehört Enceladus zu den eher kleinen Saturnmonden. Er hat einen felsigen Kern unter einer rund 80 Kilometer dicken Eiskruste. In der Südpolregion weist seine Oberfläche eine Serie von Brüchen und Spalten auf. Diese „Tigerstreifen“ stoßen Fontänen von Wasserdampf und winzigen Eispartikeln aus. Dabei strömt aus einzelnen Düsen der Wasserdampf mit Überschallgeschwindigkeit und speist damit den diffusen äußeren E-Ring um den Riesenplaneten.

Im Jahr 2009 veröffentlichten Wissenschaftler die Analyse der chemischen Zusammensetzung von Eispartikeln im E-Ring des Saturn. In den Daten, gewonnen mit dem Cosmic Dust Analyzer (CDA) des Max-Planck-Instituts für Kernphysik an Bord der Raumsonde Cassini, fanden die Forscher drei Sorten von Eispartikeln. Eine davon enthält Salze – und zwar in einer Menge und Zusammensetzung, die für einen Ozean zwischen Eiskruste und felsigem Kern spricht. In der Folge entbrannte eine Debatte darüber, ob die salzhaltigen Eispartikel nicht auch ohne flüssiges Wasser entstehen könnten.

Als Cassini in einer Höhe von nur 21 Kilometer über dem Südpol von Enceladus durch die Fontänen flog, bot sich die Gelegenheit, die frisch ausgestoßenen Eiskörnchen direkt unter die Lupe zu nehmen. Der Staubdetektor fand die gleichen drei Sorten von Eispartikeln wie im E-Ring, deren Anteile sich aber mit dem Abstand von der Quelle markant verändern: Nahe daran dominieren die salzhaltigen Teilchen; weiter entfernt überwiegen die reinen Eispartikel (ebenso wie im E-Ring).

Der Anteil der Silikat oder organisches Material enthaltenden Partikel ist in den Fontänen leicht erhöht. Außerdem sind die salzhaltigen Eiskörnchen größer und langsamer als die salzfreien. Wenn Cassini durch den Überschall-Jet einer Düse flog, registrierte der CDA einen erhöhten Anteil der kleinen salzfreien Partikel im Vergleich zum Auswurf der übrigen „Tigerstreifen“.

Für Frank Postberg, Forscher am Max-Planck-Institut für Kernphysik und an der Universität Heidelberg, gibt es für diese Befunde und für die Quellen der Fontänen nur eine einzige plausible Erklärung: große Salzwasserreservoire, gespeist von einem Ozean zwischen Eiskruste und felsigem Kern von Enceladus. Die salzhaltigen Eispartikel sind schockgefrostetes Meerwasserspray und stellen den Löwenanteil der ausgestoßenen Körnchen, während die reinen Eispartikel aus Wasserdampf – hauptsächlich in den Düsen – entstehen. Weil sie leichter sind, werden sie vom Dampfstrahl stärker mitgerissen und erreichen den E-Ring. Dagegen fallen die schwereren salzigen Partikel größtenteils auf die Enceladusoberfläche zurück.

Ansprechpartner
Dr. Gertrud Hönes
Pressestelle
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Telefon: +49 6221 516-572
E-Mail: info@mpi-hd.mpg.de
Dr. Frank Postberg
Universität Heidelberg
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Telefon: +49 6221 516-543
E-Mail: frank.postberg@mpi-hd.mpg.de
Originalveröffentlichungen
F. Postberg, J. Schmidt, J. Hillier, S. Kempf & R. Srama
A salt-water reservoir as the source of a compositionally stratified plume on Enceladus

Nature, 22. Juni 2011 (doi:10.1038/nature10175)

F. Postberg, S. Kempf, J. Schmidt, N. Brilliantov, A. Beinsen, B. Abel, U. Buck & R. Srama

Sodium salts in E-ring ice grains from an ocean below the surface of Enceladus
Nature 459, 1098-1101, 2009 (doi:10.1038/nature08046)