Enceladus: Ozean unter der Eiskruste bestätigt

Unter der Eiskruste des Saturnmonds Enceladus existiert ein Ozean aus flüssigem Salzwasser. Das bestätigen jetzt Analysendaten der NASA-Sonde Cassini, die diese beim Durchfliegen der aus Eisspalten aufschießenden Eisfontänen sammelte. Wie ein deutsches Forscherteam in „Nature“ berichtet, besteht ein Großteil der Eispartikel aus schockgefrostetem Meerwasser aus einem großen Salzwasserreservoir unter der Kruste.

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Existiert auf Enceladus ein Ozean oder nicht? Diese Frage beschäftigt Forscher, seitdem die Raumsonde Cassini in der südpolaren Eiskruste des Saturnmondes Brüche entdeckte, aus denen Fontänen von Wasserdampf und Eiskörnchen schießen. Frühere Messungen der Zusammensetzung der Eispartikel mit dem Staubdetektor des Max-Planck-Instituts für Kernphysik zeigten, dass wohl unter der Eiskruste von Enceladus ein flüssiger Ozean existiert. Andere Wissenschaftler äußerten aber Zweifel an dieser Interpretation. Neue Daten von einem nahen Vorbeiflug von Cassini am Enceladus-Südpol haben diese Zweifel nun ausgeräumt.

Enceladus‘ Fontänen speisen E-Ring des Saturn

Mit rund 500 Kilometern Durchmesser gehört Enceladus zu den eher kleinen Saturnmonden. Sein felsiger Kern ist unter einer rund 80 Kilometer dicken Eiskruste verborgen. In der Südpolregion weist seine Oberfläche eine Serie von Brüchen und Spalten auf. Diese „Tigerstreifen“ stoßen Fontänen von Wasserdampf und winzigen Eispartikeln aus, wobei aus einzelnen „Düsen“ der Wasserdampf mit Überschallgeschwindigkeit strömt, und speisen damit den diffusen äußeren E-Ring um den Saturn.

Bereits 2009 veröffentlichten Forscher eine Analyse der chemischen Zusammensetzung von Eispartikeln im E-Ring, die die Cassini-Sonde mit Hilfe ihres Cosmic Dust Analyzer (CDA) durchgeführt hatte. Dabei fanden die Wissenschaftler drei Sorten von Eispartikeln, von denen eine Salze enthielt. Menge und Zusammensetzung dieser Salze könnte für einen Ozean zwischen Eiskruste und felsigem Kern sprechen. In der Folge entbrannte allerdings eine Debatte darüber, ob die salzhaltigen Eispartikel nicht auch ohne flüssiges Wasser entstehen können.

Eispartikel aus Fontänen analysiert

Ein erneuter Vorbeiflug von Cassini am Saturnmond hat diese Diskussion nun möglicherweise endgültig beendet: als die Sonde in einer Höhe von nur 21 Kilometern über dem Südpol von Enceladus durch die Fontänen flog, bot sich die Gelegenheit, die frisch ausgestoßenen Eiskörnchen direkt unter die Lupe zu nehmen.

Das Ergebnis: 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 dran dominieren die salzhaltigen Eispartikel, während weiter entfernt wie im E-Ring die reinen Eispartikel überwiegen. 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 Fontäne flog, registrierte der CDA einen erhöhten Anteil der kleinen salzfreien Partikel im Vergleich zum Auswurf der übrigen Tigerstreifen.

Schockgefrostetes Meerwasser

Die einzig plausible Erklärung für diese Befunde sind, so Frank Postberg vom Max-Planck-Institut für Kernphysik und der Universität Heidelberg, große Salzwasserreservoire, gespeist von einem Ozean zwischen Eiskruste und felsigem Kern von Enceladus, als Quellen der Fontänen. 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. (Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10175)

(Max-Planck-Institut für Kernphysik, 27.06.2011 – NPO)