Zuletzt verabschiedeten wir uns von der Cassini-Raumsonde, die nach 13 Jahren treuen Dienstes an der Umlaufbahn des Saturn und seiner Satelliten direkt in den Abgrund der Atmosphäre des Riesenplaneten hinabstieg. Der Grund für dieses große Finale war die Warnung vor der Möglichkeit, dass der Cassini gegen einen der Saturnmonde stößt - insbesondere gegen Enceladus.
Enceladus ist einzigartig für seinen Vorhang aus Geysiren und Binnenmeer. Heute wird dieser winzige eisige Mond als potenzieller Lebensraum für das Leben angesehen, daher konnten wir nicht zulassen, dass er durch das Cassini-Raumschiff kontaminiert wird. Neue Forschungsergebnisse, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, legen nahe, dass dieser Ozean schon sehr lange unter der Oberfläche von Enceladus existiert - lange genug, um die Bedingungen für die Entwicklung des Lebens zu schaffen.
Enceladus-Geysire sind Emissionen von salzigen Wasser-Eis-Gemischen mit Spuren von Kohlendioxid, Ammoniak, Methan und anderen Kohlenwasserstoffen, die aus Rissen in der südpolaren Region von Enceladus entstehen. Aufgrund dieser Geysire entschieden die Wissenschaftler, dass Enceladus einen unterirdischen Ozean haben sollte und dass dieser Ozean aktiv (konvektiv) ist. Die anschließende Beobachtung zeigte, dass Wasserstoff in den Emissionen vorhanden war, was zu einer zusätzlichen Schlussfolgerung über die hydrothermale Aktivität führte - chemische Reaktionen aufgrund der Wechselwirkung von Wasser und Gestein. Wissenschaftler konnten jedoch nicht erklären, welche Art von Wärmequelle zu dieser Aktivität führen könnte.
Mit zusätzlichen Beobachtungen verschärfte sich das Geheimnis der fehlenden Wärmequelle nur. Geysire werden mit den sogenannten "Tigerstreifen" assoziiert - einer Reihe von vier parallelen Verwerfungen an der Oberfläche, 100 Kilometer lang und 500 Meter tief. Diese Bänder sind heißer als der Rest der Eiskruste, daher wurde angenommen, dass es sich um Risse im Eis handeln muss. Im Bereich der Tigerstreifen gibt es fast keine Einschlagkrater, daher müssen sie in der Größenordnung von einer Million Jahren sehr jung sein. Jedes Modell, das die Wärmequelle erklären könnte, müsste auch ihre fokussierte Natur berücksichtigen - den Ozean der Welt, aber warum ist nur die Südpolregion aktiv?
Mehrere Jahre hintereinander bevorzugten Wissenschaftler die Erklärung der "Gezeitenerwärmung" - das Ergebnis der Wechselwirkung von Körpern planetarischer Größe. Zum Beispiel ist die Gezeiteninteraktion mit unserem eigenen Mond für das Auf und Ab des Wassers auf der Erde verantwortlich. Enceladus befindet sich in Orbitalresonanz mit dem Mond Dione, was die Form der Umlaufbahn von Enceladus um den Saturn beeinflusst. Dieser Einfluss reicht jedoch nicht aus, um die Leistung zu erklären, die erforderlich ist, um die Geysire aktiv zu halten - etwa 5 GW. Es würde für eine Stadt von der Größe von St. Petersburg ausreichen.
Poröser Kern
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Wissenschaftler näherten sich der Lösung des Rätsels, als sie die innere Struktur von Enceladus betrachteten. Dieser Mond hat eine ausreichend niedrige Dichte, dass er hauptsächlich aus Eis mit einem kleinen festen Kern besteht. Dies wurde viele Jahre lang in Betracht gezogen, da Voyager 2 die ersten Bilder von Enceladus machte und seinen Radius und dann sein Volumen bestimmte. Die Anziehungskraft von Enceladus auf die Cassini ermöglichte es, die Masse des Mondes abzuschätzen und den Wert der Körperdichte abzuleiten. Cassinis Messungen zeigten auch, dass der Kern eine geringe Dichte aufweist, was den Schluss zulässt, dass der Kern porös ist und Poren mit Eis gefüllt sind.
Die neue Reihe von Berechnungen füllt die Kernporen eher mit Wasser als mit Eis, da die mit dem Wasser in den Poren verbundenen Gezeitenkräfte mehr als genug sind, um zu erklären, wie die Wärme von Enceladus erzeugt wird. Das Modell ist insofern ausgezeichnet, als es nicht nur die Porosität des Kerns erklärt, sondern auch seine Permeabilität (wie leicht Flüssigkeit durch ihn hindurchgeht) und Festigkeit (wird es beim Passieren der Flüssigkeit reißen?).
Die Kombination all dieser Parameter in einer Gleichung ermöglicht die Lösung eines eleganten Modells des Wärmeflusses in Enceladus.
Die Autoren der Arbeit erstellen ein dreidimensionales Bild davon, wo und wann die Wärme von Gezeitenbewegungen in porösen Räumen auf den unterirdischen Ozean übertragen wird. Die Wärmeverteilung im Kern ist nicht gleichmäßig, sondern im Prozess verbundener enger Aufschwünge, hauptsächlich am Südpol. Und weil die Wärmequellen (die 85 Grad Celsius erreichen) so konzentriert sind, muss in ihrer Nähe eine erhöhte hydrothermale Aktivität auftreten, was den Wasserstoff bei den Eruptionen erklärt.
Die bemerkenswerte Beobachtung, die bei der Analyse dieses Modells gemacht werden kann, ist schließlich, dass die durch die innere Flut erzeugte Wärmemenge ausreicht, um den unterirdischen Ozean von Enceladus Milliarden von Jahren lang zu erhalten. Eine andere Frage stellt sich: Was bedeutet das alles für das Leben auf Enceladus? Der warme Weltozean, der seit mehreren Milliarden Jahren existiert, würde eine wunderbare Wiege des Lebens werden - auf der Erde dauerte es nur 640 Millionen Jahre, bis er von der Form von Mikroben zu Säugetieren überging. Leider kann Enceladus selbst noch recht jung sein - er hat sich möglicherweise erst vor 100 Millionen Jahren gebildet. Ist das genug Zeit zum Leben?
Vielleicht. Höchstwahrscheinlich hat sich das Leben auf der Erde über mehrere hundert Millionen Jahre unter viel härteren Bedingungen schwerer Bombardierung gebildet. Aber dann dauerte es weitere 3500 Millionen Jahre, um seine Einflussbereiche zu erweitern. Vielleicht ist dies die Zukunft von Enceladus. Vielleicht wird dieser Satellit nicht der Planet der Affen, sondern der Planet der Meerjungfrauen?
Ilya Khel
