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KURZBERICHTE: Zwergplanet Ceres: Weitere potenzielle Kryovulkane


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 4/2019 vom 15.03.2019

Beim Anflug der Raumsonde Dawn auf den Zwergplaneten Ceres wurde schon in großer Entfernung ein heller Fleck inmitten des Kraters Occator sichtbar. Dort tritt aus tieferen Schichten eisreiches Material zutage. Mittlerweile wurden eine ganze Reihe weiterer Kryovulkane identifiziert.


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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 4/2019

Occator
Ahuna Mons


Die Aufnahme des Zwergplaneten Ceres durch die NASA-Sonde Dawn zeigt sowohl Occator als auch Ahuna Mons, beides Kryovulkane (ganz links). Die Erhebung Ahuna Mons ist mit einer Maximalhöhe von fünf Kilometern der höchste freistehende Berg auf Ceres und verdankt seine Entstehung kryomagmatischer Aktivität. Die ...

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... 3-D-Darstellung von Ahuna Mons wurde aus Farbaufnahmen und Stereodaten der Framing Camera am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung erstellt.


Deutliche Anzeichen für kryovulkanische Aktivität auf der Oberfläche von Ceres – das ist eine der wichtigsten Entdeckungen der Raumsonde Dawn, die den Zwergplaneten bis November 2018 aus der Nähe erforschte und nun nach Ende der Mission in einer stabilen Umlaufbahn um Ceres geparkt bleibt.

Als Kryovulkanismus bezeichnet man eine extraterrestrische Erscheinungsform des Vulkanismus, die bei niedrigen Temperaturen abläuft und zunächst auf den Eismonden im äußeren Sonnensystem entdeckt wurde (siehe SuW 9/2018, S. 16). Kryovulkane speien keine glutflüssige Lava aus, sondern leicht schmelzbare Substanzen wie Methan, Kohlendioxid, Ammoniak oder auch Wasser – Substanzen, die im Inneren des jeweiligen Himmelskörpers im gefrorenen, aber auch im flüssigen Zustand vorkommen.

Auf Ceres sind insbesondere Regionen im Krater Occator, der die berühmten hellen Gebiete aus der Anflugphase beherbergt, sowie der Berg Ahuna Mons, dessen Form derjenigen einer stumpfen Pyramide ähnelt, sehr wahrscheinlich kryomagmatischen Ursprungs. Die markante Erhebung Ahuna Mons liegt auf der Südhalbkugel des Zwergplaneten und ragt im Mittel 4000 Meter aus der Umgebung empor. Auf den steilen Flanken finden sich helle Salzablagerungen, die sich dort durch den Austritt von Sole (salzhaltigem Wasser) abgelagert haben (siehe Bild oben rechts).

Einige Mitglieder des Wissenschaftlerteams der Dawn-Mission stellen nun eine neue Arbeit vor, in der sie weitere Strukturen auf Ceres als Kryovulkane identifizieren. Die Autoren definieren dabei den Kryovulkanismus als einen Ausfluss von eisreichem Material aus der Tiefe. In ihrer Arbeit trugen sie 32 Erhebungen auf Ceres zusammen, die dem bereits zuvor im Detail studierten Berg Ahuna Mons ähneln. Von diesen 32 haben sie 22 genauer untersucht. Die Autoren vermuten, dass es sich bei den von ihnen vermessenen Bergen ebenfalls um Kryovulkane handelt, die sich jedoch über Jahrmillionen hinweg verflachten: Bedingt durch ihren eisigen oder möglicherweise sogar teilflüssigen Aufbau verbreiterte und verflachte die Schwerkraft die Erhebungen nach und nach. Ihr Volumen blieb dabei unverändert.

Um ihre Hypothese zu prüfen, wurde von jedem dieser Funde das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser bestimmt und gegen die geografische Lage – ihre geografische Breite – aufgetragen. Die maximal mögliche Neigung der jeweiligen Böschung wird dabei durch den so genannten Reibungswinkel bestimmt. Wird dieser überschritten, rutscht die Böschung auch ohne einen direkten Auslöser ab. Es zeigte sich, dass die ermittelten Verhältnisse von der Gleichverteilung abweichen: Mit größerem Abstand einer Erhebung zum Äquator existieren steilere Flanken. Diese sind mit zunehmender geografischer Breite stabil, weil die Temperatur zu den Polen hin abnimmt und somit zu einer höheren Festigkeit führt.

Das Histogramm zeigt die Verteilung der Alter von 22 der gefundenen Erhebungen auf Ceres. Ganz links ist der Balken von Ahuna Mons aufgetragen. Diesem Kryovulkan wird relativ zu den anderen Funden das Alter null zugeordnet. Im Mittel bildet sich alle 50 Millionen Jahre ein Kryovulkan auf


In einem zweiten Schritt simulierten die Autoren mit Hilfe eines Computermodells das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser in Abhängigkeit vom Breitengrad und Alter einer Modellerhebung. Als Ausgangspunkt wählten sie einen fiktiven Berg, der den Ausmaßen von Ahuna Mons entspricht. Auf diese Weise wollten die Forscher der Frage nachgehen, wie sich die Erhebungen in Abhängigkeit von ihrem Eisgehalt entwickeln. Das erlaubt Rückschlüsse auf die Beschaffenheit und die zeitlichen Veränderungen der Kryovulkane, die sich tatsächlich auf Ceres finden.

Eisgehalt, Salzablagerungen und Förderrate

Da helle Salzablagerungen auf allen neu untersuchten Bergen fehlen, folgern die Autoren, dass diese mindestens 100 Millionen Jahre alt sein müssen. Helle Salzablagerungen mischen sich mit der Zeit mit dem dunklen Hintergrundmaterial und sind irgendwann nicht mehr zu erkennen, so die Annahme der Autoren. Die Obergrenze des Eisgehalts der Strukturen wurde mit Hilfe der Computersimulationen mit 70 Prozent bestimmt. Wäre der Eisanteil höher, so hätten sich alle Erhebungen bereits bis zur Unkenntlichkeit verflacht.

Die Hypothese, dass sich die Berge wegen viskoser Entspannungen verflacht haben, wird im Wesentlichen durch die Beobachtung gestützt, dass bei älteren Strukturen auf Ceres keine großen Werte für das Verhältnis aus Höhe zu Durchmesser gefunden wurden. Andere Gründe für die Entstehung der Erhebungen, wie zum Beispiel durch einen Diapirismus (auf Grund von Dichteunterschieden aufsteigendes Material), schließen die Autoren aus.

Aus ihren Daten folgern die Wissenschaftler, dass sich in der letzten Milliarde Jahre im Mittel alle 50 Millionen Jahre eine Erhebung wie Ahuna Mons auf Ceres bildete. Dies lässt auf eine Effusionsrate (die Förderrate ausgestoßenen Materials) von 10 000 Kubikmeter pro Jahr schließen. Damit ist die kryomagmatische Aktivität auf Ceres allerdings signifikant kleiner als der silikatische Vulkanismus auf den terrestrischen Planeten.

ANDREAS NATHUES ist Leiter des Dawn Framing Camera Teams am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

Literaturhinweis
Sori, M. M. et al.: Cryovolcanic Rates on Ceres Revealed by Topography. In: Nature Astronomy Letters 2, S. 946 – 950, 2018

Didaktische Materialien:
www.wissenschaft-schulen.de/artikel/1156170


NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA