Jupitermonde: Bombardement schuf „ungleiche Zwillinge“

Heftiges Bombardement in der Frühzeit des Sonnensystems sorgte dafür, dass sich die beiden Jupitermonde Ganymed und Callisto völlig unterschiedlich entwickelten. Diese jetzt in „Nature Geoscience“ veröffentliche Erkenntnis klärt die seit langem offene Frage, warum die Monde trotz gleicher Ausgangsbedingungen heute völlig verschiedene Oberflächen und innere Strukturen besitzen.

Ganymed ist der dritte Mond des Jupiter und der größte Mond des Sonnensystems. Callisto umkreist den Jupiter gleich außerhalb des Ganymed und ist etwa so groß wie der Planet Merkur. Beide entstanden zur gleichen Zeit, aus der gleichen Region der Urwolke. Doch damit enden heute die Gemeinsamkeiten. Denn während Ganymeds Inneres in einen metallischen Kern und mehrere Schichten differenziert ist, blieb Callisto unvollkommen differenziert und besteht aus einer Mischung aus Silikatgestein und Eis. Und auch die Oberflächenstrukturen der beiden Jupitermonde unterscheiden sich: Einer einheitlichen, ungewöhnlich dunklen Eisoberfläche bei Callisto steht bei Ganymed eine Zweiteilung in eine alte, dunkle Hälfte und eine hellere, durch viele Verwerfungen gekennzeichnete gegenüber.

Schweres Bombardement im jungen Sonnensystem

Seitdem die Voyagersonden vor mittlerweile 30 Jahren die ersten Daten über die beiden Monde sendeten, ist die Frage unbeantwortet, warum Ganymed und Callisto solche Unterschiede aufweisen. Jetzt haben Amy C. Barr und Robin M. Canup vom Southwest Research Institute (SwRI) eine Erklärung gefunden, die die Wurzeln der ungleichen Entwicklung in die Frühzeit des Sonnensystems verlegt.

In dieser Zeit des so genannten „Späten Schweren Bombardements“ vor rund 3,8 Milliarden Jahren wurden die jungen Planeten immer wieder durch Einschläge von kleineren und größeren Gesteinsbrocken – Resten der Planetenbildung – getroffen. Die Forscher modellierten die Ereignisse zu dieser Zeit und analysierten, wie stark wiederholte Treffer einen Himmelskörper von der Größe der beiden Monde aufheizen und aufschmelzen lassen.

Ganymed in der Schusslinie

Es zeigte sich, dass beide Himmelskörper damals ganz unterschiedlich stark vom Bombardement betroffen waren. „Die Einschläge in dieser Periode schmolzen Ganymed so gründlich und tief, dass die gesamte Hitze nicht so schnell entweichen konnte“, erklärt Barr. „Das gesamte Gestein des Mondes sank in sein Zentrum – ähnlich wie Schokoladenstückchen in geschmolzenem Eis auf den Boden sinken. Callisto dagegen erhielt deutlich weniger Treffer und mit weniger Geschwindigkeit und entging damit dem vollständigen Schmelzen.“

Jupiter als Schlüsselfaktor

Aber warum? Eine Schlüsselrolle dafür spielt der Jupiter. Seine starke Anziehungskraft zog die Gesteinsbrocken aus dem All geradezu an. Weil aber Ganymed dem Gasriesen näher ist als Callisto, bekam er auch die größte Dichte der Asteroiden und Kometen ab. Mehr als doppelt so häufig, so die Berechnungen der Wissenschaftler, wurde der große Mond getroffen. Zudem, auch das zeigte die Simulation, waren die Objekte beim Einschlag schneller und damit auch energiereicher. Dadurch heizte sich Ganymed stärker auf und die Energie reichte aus, um den Differenzierungsprozess in Gang zu setzen. Callisto dagegen strahlte die Energie größtenteils wieder ins All ab und blieb daher fest.

Die Ergebnisse erklären damit nicht nur die heutigen Unterschiede der beiden einstigen „Zwillinge“, sie werfen auch neues Licht auf ähnliche Phänomene bei anderen Planeten und Monden, die zwar eigentlich ähnlich sein müssten, es aber nicht sind. „Ähnlich wie Erde und Venus sind Ganymed und Callisto Zwillinge“, so Barr. „Und zu verstehen, wie sie gleich geboren wurden sich aber trotzdem so unterschiedlich entwickelten ist für Planetenforscher von extrem großem Interesse. Unsere Studie zeigt, dass Ganymed und Callisto uns einen Schnappschuss der frühen Evolution unseres Sonnensystems liefern – etwas sehr Spannendes und absolut Unerwartetes.“

(Southwest Research Institute, 25.01.2010 – NPO)