Quelle: NASA, JPL, 20. Dezember 2024.

20. Dezember 2024, Washington/Pasadena – Die mit Kratern übersäten Oberflächen vieler Himmelskörper in unserem Sonnensystem sind ein deutlicher Beweis dafür, dass sie seit 4,6 Milliarden Jahren von Meteoriten und anderem Weltraummüll zertrümmert werden. Doch auf einigen Welten, darunter der riesige Asteroid Vesta, der von der NASA-Mission Dawn erforscht wurde, weisen die Oberflächen auch tiefe Kanäle oder Rinnen auf, deren Ursprung nicht vollständig geklärt ist.

Eine Haupthypothese besagt, dass sie sich aus trockenen Geröllströmen gebildet haben, die durch geophysikalische Prozesse wie Meteoriteneinschläge und Temperaturschwankungen aufgrund der Sonneneinstrahlung verursacht wurden. Eine kürzlich von der NASA finanzierte Studie liefert jedoch Hinweise darauf, dass die Einschläge auf Vesta einen weniger offensichtlichen geologischen Prozess ausgelöst haben könnten: plötzliche und kurze Wasserströme, die Rinnen aushöhlten und Sedimentfächer ablagerten. In der Studie, die in der Fachzeitschrift Planetary Science Journal veröffentlicht wurde, wurde mit Hilfe von Laborgeräten, die die Bedingungen auf Vesta nachahmen, zum ersten Mal detailliert beschrieben, woraus die Flüssigkeit bestehen könnte und wie lange sie fließt, bevor sie gefriert.

Obwohl die Existenz von gefrorenen Soleablagerungen auf Vesta unbestätigt ist, haben Wissenschaftler zuvor die Hypothese aufgestellt, dass Meteoriteneinschläge Eis, das unter der Oberfläche von Welten wie Vesta lag, freigelegt und geschmolzen haben könnten. In diesem Szenario könnten die aus diesem Prozess resultierenden Ströme Rinnen und andere Oberflächenmerkmale geformt haben, die denen auf der Erde ähneln.

Aber wie könnten luftlose Welten – Himmelskörper ohne Atmosphäre, die dem intensiven Vakuum des Weltraums ausgesetzt sind – Flüssigkeiten lange genug auf ihrer Oberfläche beherbergen, damit sie fließen können? Ein solcher Prozess würde der Erkenntnis zuwiderlaufen, dass sich Flüssigkeiten im Vakuum schnell destabilisieren und in ein Gas verwandeln, wenn der Druck abfällt.

„Einschläge lösen nicht nur einen Flüssigkeitsstrom auf der Oberfläche aus, sondern die Flüssigkeiten sind auch lange genug aktiv, um bestimmte Oberflächenmerkmale zu erzeugen“, so Projektleiterin und Planetenforscherin Jennifer Scully vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, wo die Experimente durchgeführt wurden. „Aber für wie lange? Die meisten Flüssigkeiten werden auf diesen luftlosen Körpern, wo das Vakuum des Weltraums unnachgiebig ist, schnell instabil.“

Der kritische Bestandteil ist Natriumchlorid – Kochsalz. Die Experimente ergaben, dass reines Wasser unter Bedingungen wie denen auf Vesta fast sofort gefriert, während salzhaltige Flüssigkeiten mindestens eine Stunde lang flüssig bleiben. „Das ist lang genug, um die auf Vesta identifizierten Strömungsmerkmale zu bilden, die nach Schätzungen bis zu einer halben Stunde benötigen“, sagte der Hauptautor Michael J. Poston vom Southwest Research Institute in San Antonio.

Die 2007 gestartete Raumsonde Dawn reiste zum Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und umkreiste Vesta 14 Monate lang und Ceres fast vier Jahre lang. Bevor die Mission 2018 endete, entdeckte sie Hinweise darauf, dass Ceres ein unterirdisches Sole-Reservoir beherbergt und möglicherweise immer noch Sole aus seinem Inneren an die Oberfläche transportiert. Die neue Forschung bietet Einblicke in die Prozesse auf Ceres, konzentriert sich aber auf Vesta, wo Eis und Salze eine salzhaltige Flüssigkeit erzeugen können, wenn sie durch einen Einschlag erhitzt werden, so die Wissenschaftler.

Simulation von Vesta

Um Vesta-ähnliche Bedingungen, wie sie nach einem Meteoriteneinschlag auftreten würden, nachzubilden, stützten sich die Wissenschaftler auf eine Testkammer am JPL mit der Bezeichnung Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments (DUSTIE). Indem sie den Luftdruck in der Umgebung von Flüssigkeitsproben schnell verringerten, ahmten sie die Umgebung von Flüssigkeit nach, die an die Oberfläche gelangt. Reines Wasser gefror sofort, wenn es den Vakuumbedingungen ausgesetzt wurde. Salzhaltige Flüssigkeiten hingegen blieben länger in der Nähe und flossen weiter, bevor sie gefroren.

Die Solen, mit denen sie experimentierten, waren etwas mehr als ein paar Zentimeter tief; die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass die Ströme auf Vesta, die mehrere Meter tief sind, noch länger brauchen würden, um wieder einzufrieren.

Die Forscher waren auch in der Lage, die „Deckel“ aus gefrorenem Material nachzubilden, von denen man annimmt, dass sie sich auf Solen bilden. Die Deckel sind im Wesentlichen eine gefrorene Deckschicht, die die darunter liegende Flüssigkeit stabilisiert und sie vor dem Vakuum des Weltraums – oder in diesem Fall dem Vakuum der DUSTIE-Kammer – schützt und dafür sorgt, dass die Flüssigkeit länger fließt, bevor sie wieder gefriert.

Dieses Phänomen ähnelt dem, wie auf der Erde Lava in Lavaröhren weiter fließt, als wenn sie kühlen Oberflächentemperaturen ausgesetzt wäre. Es stimmt auch mit der Modellierungsforschung überein, die im Zusammenhang mit potenziellen Schlammvulkanen auf dem Mars und Vulkanen durchgeführt wurde, die möglicherweise eisiges Material aus Vulkanen auf dem Jupitermond Europa gespuckt haben.

„Unsere Ergebnisse tragen zu einer wachsenden Zahl von Arbeiten bei, die Laborexperimente nutzen, um zu verstehen, wie lange Flüssigkeiten auf einer Vielzahl von Welten bestehen“, sagte Scully.

Weitere Informationen über die Dawn-Mission der NASA finden Sie hier: https://science.nasa.gov/mission/dawn/

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 5. September 2024.

5. September 2024 – Der Zwergplanet Ceres könnte seinen Ursprung im Asteroidengürtel haben – und muss nicht zwingend dorthin vom Rand des Sonnensystems „zugewandert“ sein. Darauf deuten helle, ammoniumreiche Ablagerungen im Consus Krater hin, wie ein Forscherteam unter Leitung des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) heute in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research Planets argumentiert. Die Forschenden haben Messdaten der NASA-Raumsonde Dawn ausgewertet. Dawn hatte schon vor Jahren auf der Ceres-Oberfläche weit verbreitete Ammoniumvorkommen entdeckt. Dies lege nach Meinung einiger Wissenschaftler*innen nahe, dass gefrorenes Ammonium bei der Entstehung des Zwergplaneten eine Rolle gespielt hat. Ammonium ist nur im äußeren Sonnensystem stabil. Die neue Studie findet eine weitere Möglichkeit: Wie auch andere helle Ablagerungen auf Ceres könnte das ammoniumreiche Material im Consus Krater durch Ceres‘ kuriosen Kryovulkanismus aus der Tiefe des Zwergplaneten an die Oberfläche gelangt sein.

Der Zwergplanet Ceres ist ein außergewöhnlicher „Bewohner“ des Asteroidengürtels. Mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern ist er nicht nur der größte Körper zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter; er zeichnet sich auch – anderes als seine eher schlichten „Mitbewohner“ – durch eine äußerst komplexe und vielseitige Geologie aus. Dies weist auf eine bewegte Vergangenheit hin, in der sich Ceres über viele Milliarden Jahre veränderte und weiterentwickelte. Daten der NASA-Raumsonde Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 aus der Nähe untersucht hat, haben unter anderem Hinweise darauf geliefert, dass Ceres bis in jüngste Vergangenheit Schauplatz eines einzigartigen Kryovulkanismus war – und wahrscheinlich noch immer ist. In mehreren Einschlagskratern finden sich helle, weißliche Salzablagerungen. Forschende halten sie für Überbleibsel einer Sole, die über viele Milliarden Jahre aus einer flüssigen Schicht zwischen Mantel und Kruste an die Oberfläche gedrungen ist. Auch in Aufnahmen und Messdaten vom Consus Krater, die das Forscherteam nun so detailliert wie nie zuvor ausgewertet hat, zeigt sich solch helles Material, allerdings zum Teil in gelblicherer Färbung.

Ein Krater im Krater
Der Conus-Krater liegt auf der Südhalbkugel des Zwergplaneten Ceres. Mit einem Durchmesser von etwa 64 Kilometern zählt er nicht zu den besonders großen Einschlagkratern. In Aufnahmen des wissenschaftlichen Kamerasystems von Dawn, das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, zeigt sich eine umlaufende Kraterwand, die etwa 4,5 Kilometer vom Kraterboden in die Höhe ragt und zum Teil nach innen abgerutscht ist. Als auffälligste Struktur umschließt sie einen kleineren Krater, der mit einer Fläche von etwa 15 Kilometern mal elf Kilometern die östliche Hälfte des Consus Kraterbodens dominiert. Das gelbliche, helle Material findet sich in vereinzelten Sprenkeln ausschließlich am Rand des kleineren Kraters und in einem Bereich etwas östlich davon.

Wie die aktuellen Auswertungen von Daten des Kamerasystems und des Spektrometers VIR nahelegen, ist das gelbliche helle Material im Consus-Krater reich an Ammonium. Die Verbindung, die sich von Ammoniak durch eine zusätzliches Wasserstoff-Ion unterscheidet, ist in Form ammoniumreicher Gesteine in Spuren auf der Ceres-Oberfläche beinahe allgegenwärtig. In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler*innen, dass dieses Gestein nur durch Kontakt mit Ammonium-Eis in der Kälte am äußeren Rand des Sonnensystems entstanden sein könne. Nur dort ist gefrorenes Ammonium über längere Zeiträume stabil; in größerer Nähe zur Sonne verdunstet es rasch. Ceres müsse deshalb am Rand des Sonnensystems entstanden und erst später in den Asteroidengürtel „umgesiedelt“ sein. Die aktuelle Studie zeigt nun erstmals eine Verbindung auf zwischen Ammonium und der salzhaltigen Sole aus dem Inneren der Ceres. Der Ursprung des Zwergplaneten, so argumentiert das Team, müsse deshalb nicht zwingend im äußeren Sonnensystem liegen. Ceres könnte auch ein echtes Kind des Asteroidengürtels sein.

Ammonium aus der Tiefe
Die Forschenden gehen davon aus, dass die Bausteine von Ammonium bereits im ursprünglichen Baumaterial der Ceres enthalten waren. Da Ammonium sich nicht mit den typischen Mineralien im Ceres‘ Mantel verbindet, reicherte es sich nach und nach in einer mächtigen Soleschicht an, die sich global zwischen Mantel und Kruste des Zwergplaneten erstreckte. Durch kryovulkanische Aktivität stieg die ammoniumreiche Sole im Laufe der Jahrmilliarden immer wieder auf und das darin enthaltene Ammonium wechselte nach und nach den „Wirt“: Es drang in die großräumig vorhandenen Schichtsilikate der Ceres-Kruste ein. Schichtsilikate, die sich durch eine lagenartige Kristallstruktur auszeichnen, sind auch auf der Erde etwa in tonhaltigen Böden weitverbreitet. In Kontakt mit einer ammoniumreichen Sole lagern sich bevorzugt Ammonium-Ionen an. „Das Gestein könnte das Ammonium über viele Milliarden Jahre wie eine Art Schwamm aufgenommen haben“, erklärt MPS-Wissenschaftler Dr. Andreas Nathues, Erstautor der aktuellen Studie und früherer Leiter des Kamerateams von Dawn.

Vieles spricht dafür, dass die Konzentration des Ammoniums in tieferliegenden Schichten der Kruste größer ist als nahe der Oberfläche. Die wenigen Stellen auf der Ceres-Oberfläche, an denen sich außerhalb des Consus Kraters auffällige Flecken des gelblich-hellen Materials finden, liegen ebenfalls innerhalb tiefer Krater. Im Consus Krater dürfte – wie die aktuelle Studie detailliert zeigt – der Einschlag, der vor nur 280 Millionen Jahren den kleinen östlichen Krater schuf, Material aus den tiefliegenden, besonders ammoniumhaltigen Schichten freigelegt haben. Bei den gelblich-hellen Sprenkeln östlich des kleineren Kraters handelt es sich um Material, das der Einschlag aus großer Tiefe herausgeschleudert hat.

„Mit seinen 450 Millionen Jahren ist der Consus Krater nach geologischen Maßstäben nicht besonders alt, allerdings ist er einer der ältesten noch erhaltenen Strukturen auf Ceres. Durch seinen tiefen Aushub verschafft er uns Zugang zu Prozessen, die sich über viele Milliarden Jahre im Innern der Ceres abgespielt haben – und ist so eine Art Fenster in die Vergangenheit des Zwergplaneten“, so MPS-Forscher Dr. Ranjan Sarkar, ein Co-Autor der Studie.

Originalveröffentlichung
Andreas Nathues et al.:
Consus Crater on Ceres: ammonium-enriched brines in exchange with phyllosilicates?,
Journal of Geophysical Research: Planets, 5. September 2024
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JE008150

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• Zwergplanet Ceres

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Am 1. Januar 1801 entdeckt der italienische Astronom Giuseppe Piazzi einen neuen Planeten – jedenfalls glaubt er das. Mehrere Jahre hatten Astronomen schon nach dem Himmelskörper gesucht, der sich zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter verstecken soll. Die Freude über den Fund ist allerdings nicht von Dauer: Bald stellt sich heraus, dass er nur einer von vielen kleinen Asteroiden ist, die auf ähnlichen Bahnen um die Sonne kreisen. Ceres verschwindet in Folge für fast 200 Jahre aus dem Rampenlicht, bevor er strahlend zurückkehrt.

Karl erzählt die Geschichte von Ceres, dessen Ansehen in den letzten zwei Jahrzehnten eine enorme Wende erfahren hat. Er wurde genauer beobachtet und bekam Sondenbesuch. Der größte Körper des Asteroidengürtels ist nicht nur zum Zwergplaneten aufgestiegen, sondern entpuppte sich auch geologisch als einer der erstaunlichsten Körper des Sonnensystems.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: Landeshauptstadt Stuttgart 22. Juni 2022.

22. Juni 2022 – Am 28. und 29. Juni 2022 lädt das Planetarium zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft‐ und Raumfahrt (DLR) Schulklassen jeweils um 10 und um 12 Uhr zu einem „interaktiven Weltraum‐Kino“ ein − mit faszinierenden Bildern aus dem All. Außerdem gibt Ulrich Köhler vom DLR‐Institut für Planetenforschung unter dem Titel „Ritt auf dem Ionenstrahl zu den Asteroiden“ anlässlich des Asteroid Day am Donnerstag, 30. Juni 2022, 19 Uhr einen interessanten Einblick in die Welt der Kleinplaneten.

In den vergangenen Jahren wurden riesige Fortschritte bei der Erkundung der Asteroiden erzielt. Ulrich Köhler zeigt in seinem Vortrag am 30. Juni 2022 Highlights der bisherigen Missionen zu den Asteroiden. Außerdem gibt er einen Ausblick auf die neuen Projekte der nächsten Jahre.

Schulklassen der 3. bis 6. Klasse sind am 28. Juni 2022 eingeladen zu „Best of Space“ – mit einem Mix aus spannenden Videos von den Mondlandungen bis zur Internationalen Raumstation ISS. Am 29. Juni 2022 geht es für Schülerinnen und Schüler ab der Klasse 7 im Planetarium auf eine „Reise durch das Sonnensystem“. Neben der virtuellen Expedition zu den Planeten berichtet Ulrich Köhler vom DLR unter anderem über die Erkundung unseres Nachbarplaneten Mars. Im Anschluss können die Schülerinnen und Schüler ihre Fragen rund um das Weltall stellen und erhalten fachkundige und altersgerechte Erklärungen von Expertinnen und Experten des DLR.

Der Eintritt zu den Veranstaltungen ist frei. Schulklassen sollten sich für die Veranstaltungen im Planetarium unter Telefon 216−89015 anmelden. Die Shows am 28./29. Juni 2022 können auch von allen weiteren Interessierten besucht werden. Alle aktuellen Informationen sowie der Spielplan des Planetariums unter https://www.planetarium-stuttgart.de/startseite .

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

22. Februar 2022 – Der drittgrößte Krater auf dem Zwergplaneten Ceres war viele Millionen Jahre nach seiner Entstehung noch mindestens einmal geologisch aktiv. In einer aktuellen Studie, die heute in der Fachzeitschrift Nature Communications erscheint, legen Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und des National Institute of Science Education and Research (NISER) in Indien die bisher detailreichste Untersuchung des Urvara-Kraters vor. Dafür werteten sie erstmals Kamera-Aufnahmen aus der letzten Phase der NASA-Weltraummission Dawn aus, die geologische Strukturen von nur einigen Metern Größe erkennen lässt. Die Raumsonde Dawn war 2015 in eine Umlaufbahn um den Zwergplaneten eingeschwenkt und hatte ihn etwa dreieinhalb Jahre lang aus der Nähe untersucht.

Zahlreiche große Krater zeigen sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten Ceres, der mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern der größte Körper im Asteroidengürtel ist. Der wohl auffälligste dieser Krater heißt Occator und liegt auf der Nordhalbkugel. Die hellen Flecken in seinem Innern, die sich schon in der Anflugphase deutlich zeigten, entpuppten sich als salzhaltige Überbleibsel einer unterirdischen Sole, die bis in jüngster geologischer Zeit durch kryovulkanische Prozesse an die Oberfläche drangen. In einem anderen großen Krater, genannt Ernutet, finden sich Hinweise auf freiliegende organische Verbindungen und somit auf eine sehr komplexe Chemie. In ihrer jüngsten Veröffentlichung wenden sich die Forscher unter Leitung des MPS nun dem Urvara-Krater zu. Auf der Südhalbkugel gelegen, ist er mit einem Durchmesser von 170 Kilometern der drittgrößte Ceres-Krater. Der Einschlag, durch den er vor etwa 250 Millionen Jahren entstand, dürfte Material aus bis zu 50 Kilometern Tiefe zu Tage gefördert haben.

„Die großen Impaktstrukturen auf Ceres verschaffen uns Zugang zu den tieferliegenden Schichten des Zwergplaneten“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, Erstautor der aktuellen Studie und wissenschaftlicher Leiter des Kamera-Teams von Dawn. „Wie sich zeigt, ist die heutige Topographie und mineralogische Zusammensetzung einiger großer Ceres-Krater das Ergebnis komplexer und langanhaltender geologischer Prozesse, die die Oberfläche des Zwergplaneten verändert haben“, fügt er hinzu.

Um diese Prozesse möglichst genau nachvollziehen zu können, sind hochaufgelöste Aufnahmen und spektroskopische Daten notwendig. Die präzisesten Messdaten des Urvara-Kraters entstanden in der „Verlängerung“ der Dawn-Mission: Nach Ablauf der zunächst auf zwei Jahre ausgelegten Primärmission, reichten die verbleibenden Treibstoffreste, um auf wagemutigeren, stark elliptischen Bahnen die Oberfläche des Zwergplaneten stellenweise in einem Abstand von nur 35 Kilometern zu überfliegen. Mit Hilfe der beiden Dawn Framing Cameras, dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Mission, entstanden dabei Aufnahmen, in denen sich Strukturen von einigen Metern Größe erkennen lassen. Das Kamerasystem wurde unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut und während der Mission betrieben.

Steilhänge, Senken und helles Material
Die hochaufgelösten Aufnahmen des Urvara-Kraters offenbaren eine geologisch ausgesprochen vielfältige Landschaft. Mehrfach terrassierte Steilhänge umschließen das Einschlagsbecken; als markantestes Merkmal ragt etwas abseits der Kratermitte eine etwa 25 Kilometer lange und 3 Kilometer hohe Bergkette empor. An ihrer südlichen Flanke finden sich schroffe Klippen, ausgedehnte Geröllfelder – und vereinzelt helles Material, das an die berühmten Flecken des Occator-Kraters erinnert. Des Weiteren zeigen die Bilder eine tiefe Senke, Gebiete mit auffallend glatter Oberfläche und solche, die von zahlreichen kleineren, runden Vertiefungen übersät sind.

„Unsere Auswertungen ergeben, dass verschiedene Bereiche des Kraters sehr unterschiedlich alt sind“, so Dr. Nico Schmedemann vom Institut für Planetologie der WWU. „Der Altersunterschied beträgt bis zu 100 Millionen Jahre. Das deutet darauf hin, dass dort Prozesse am Werk waren, die noch lange nach der eigentlichen Entstehung des Kraters gewirkt haben“, fügt er hinzu. Für Untersuchungen dieser Art zählen Forscherinnen und Forscher die kleinen Krater, die jede Oberfläche atmosphäreloser Körper überziehen. Da ältere Oberflächen mehr Zeit hatten, solche Einschläge kleinerer Brocken aus dem Weltall „anzusammeln“, weisen sie mehr Krater auf als jüngere. Bei der genauen Altersbestimmung spielen zudem Modelle von der Stärke des Bombardements zu verschiedenen Zeiten eine Rolle.

Die ursprünglichsten Gebiete im Urvara-Krater sind demnach etwa 250 Millionen Jahre alt. Dieser Zeitpunkt markiert die Entstehung des Kraters selbst. Zu den jüngeren Oberflächen innerhalb des Kraters zählen ausgedehnte glatte, dunkle Gebiete sowie Senktrichter, die wahrscheinlich durch Gasaustritt im Untergrund entstanden sind.

Salze und organische Verbindungen aus der Tiefe
Weitere Hinweise auf die bewegte Vergangenheit des Kraters enthalten die Bilder, die mit Hilfe der Farbfilter des Kamerasystems aufgenommen wurden. Sie erlauben Rückschlüsse darauf, welche Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichtes bestimmte Oberflächen ins All reflektieren – und damit auf ihre mineralogische Zusammensetzung. Wie sich zeigt, handelt es sich bei dem hellen Material um Salze. Daten des Dawn-Spektrometers VIR, das von der italienischen Weltraumagentur ASI zur Mission beigesteuert wurde, deuten zudem darauf hin, dass sich an einem Hang westlich der zentralen Bergkette organische Verbindungen zusammen mit Salzen abgelagert haben. Eine solche Kombination aus markanten Salzablagerungen und organischen Verbindungen wurde zuvor noch nicht beobachtet. Auch die Ablagerungen organischer Verbindungen sind offenbar vergleichsweise jung.

„Die Frage nach dem Ursprung und der Entstehung organischer Stoffe auf Ceres ist nach wie vor offen. Ihre Antwort hat Auswirkungen auf unser Verständnis der gesamten geologischen Geschichte von Ceres und mögliche Verbindungen zu Fragen der Astrobiologie und Habitabilität“, erklärt NISER-Wissenschaftler Dr. Guneshwar Thangjam. „Die organischen Verbindungen, die wir möglicherweise im Urvara-Krater auf der Südhalbkugel gefunden haben, unterschieden sich deutlich von den Gebieten im Ernutet-Krater auf der Nordhalbkugel, die reich an organischen Verbindungen sind“, fügt er hinzu. Und weiter: „Das Team arbeitet an diesen Fragen, indem es sowohl FC- als auch VIR-Spektraldaten auswertet.“

„Insgesamt zeigt sich uns im Urvara-Krater ein ausgesprochen komplexes Bild, das wir noch nicht vollständig verstehen und das Raum für zwei Interpretationen lässt“, fasst Andreas Nathues die Ergebnisse zusammen. So könnte etwa der Einschlag, der den Urvara-Krater formte, Salze aus dem Innern des Zwergplaneten an die Oberfläche befördert haben. Einiges spricht jedoch dafür, dass stattdessen eine salzhaltige Sole im Spiel war, die aus dem Innern nach oben stieg und weitere Prozesse in Gang setzte. Ob die Sole die Oberfläche erreichte oder sich lediglich dicht darunter anreicherte, ist unklar.

Unabhängig von der genauen Interpretation bekräftigen die aktuellen Ergebnisse das Bild des Zwergplaneten, das die Dawn-Mission in den vergangenen Jahren von Ceres gezeichnet hat: ein geologisch aktiver Körper, unter dessen Kruste sich in verschiedenen Tiefen salzhaltige Schichten erstrecken. Diese könnten in Verbindung stehen mit einem früheren, in der Tiefe gelegenen Ozean, der auch organische Verbindungen enthielt. Trotz Ceres‘ gewaltigen Sonnenabstandes und der damit verbundenen Kälte könnte diese Sole dank der gelösten Salze noch heute in großen flüssigen Reservoirs in etwa 40 Kilometern Tiefe überdauern.

Originalveröffentlichung
A. Nathues, M. Hoffmann, N. Schmedemann, R. Sakar, G. Thangjam, K. Mengel, J. Hernandez, H. Hiesinger, J.H. Pasckert:
The Urvara basin on Ceres – brine residues and organics,
Nature Communications, 22. Februar 2022
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28570-8
https://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-28570-8

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• Zwergplanet Ceres

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Quelle: DLR.

30. September 2021 – Die etwa 500 Kilometer große Vesta ist der größte Asteroid. Wie ihre zahlreichen Begleiter im Asteroidengürtel gehört sie zur ‚Urmaterie‘ des Sonnensystems. Eine in Nature Astronomy veröffentlichte Studie kommt nun zu dem Schluss: Vesta war sehr viel früher einer zweiten umfangreichen Einschlagserie großer Gesteinskörper ausgesetzt als bislang angenommen. Dies lässt den Rückschluss zu, dass das ganze innere Sonnensystem deutlich zeitiger von diesem sogenannten späten ‚Bombardement‘ betroffen war und damit alle erdähnlichen Planeten. Diese Beobachtung liefert damit auch wichtige Erkenntnisse zur Frühphase unserer Erde. Zu dieser Schlussfolgerung kommt ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung von Geowissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Universität Heidelberg, der Freien Universität Berlin und dem Museum für Naturkunde Berlin. Bereits während der Entstehung erlebte Vesta ein erstes großes Bombardement-Ereignis, das aber nicht die Zusammensetzung des Mantels erklären kann.

Für die heute veröffentlichte Studie führte Dr. Wladimir Neumann vom DLR-Institut für Planetenforschung sowie dem Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg zahlreiche Modellrechnungen der thermischen Entwicklung Vestas durch. Dadurch konnte der Zeitraum der frühen Einschläge besser eingegrenzt werden. „Damit das Material der einschlagenden Körper dem Gesteinsmantel der jungen Vesta überhaupt einigermaßen homogen beigemischt werden kann, muss dieser heiß genug sein und sich, von der inneren Wärme angetrieben, konvektiv umwälzen“, erklärt Dr. Neumann die Analysen. „Unsere Modelle haben ergeben, dass dies nur für Einschläge innerhalb der kurzen Zeitspanne vor 4,56 bis etwa 4,50 Milliarden Jahren zutrifft, also fast unmittelbar nach der Entstehung der Planeten im inneren Sonnensystem.“

Seltene Meteoriten liefern wichtige Indizien

Bislang ging man davon aus, dass die Hauptphase dieser Bombardierung erst einige hundert Millionen Jahre später erfolgte, etwa zu der Zeit, als auf dem Mond einige der großen Einschlagskrater entstanden. Für den Erdmond und wohl auch für die anderen terrestrischen Planeten zeichnet sich durch diese Untersuchung jedoch ab: Die Hauptmasse dieser ‚Bombardierung‘ erreichte die Planeten sehr früh nach ihrer Entstehung ähnlich wie bei Vesta.

Dieser Befund beruht neben Modellierungen auf Analysen von Meteoriten irdischer Sammlungen, deren Mutterkörper mit großer Wahrscheinlichkeit Vesta ist – die sogenannten ‚HED-Meteoriten‘. Die Abkürzung beruht auf den Anfangsbuchstaben einer Untergruppe seltener Steinmeteoriten, den Howarditen, Eukriten und Diogeniten, die Ähnlichkeiten mit magmatischen Gesteinen auf der Erde aufweisen. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung müssen sie von einem schon „differenzierten‘ planetaren Körper stammen, in dem sich schwere, metallische Elemente in einem Kern angereichert haben, der von einem leichteren Gesteinsmantel und einer noch leichteren Kruste umgeben war und magmatische Prozesse Veränderungen verursacht haben.

Planetare Körper wuchsen durch das Bombardement weiter

Numerische Simulationen und Untersuchungen mit der NASA-Raumsonde Dawn aus den Jahren 2011 und 2012 an Vesta zeigen heute ein neues Bild von der Chronologie der Kollisionsgeschichte im frühen Sonnensystem. Die erdähnlichen Planeten im frühen Sonnensystem wuchsen zunächst durch das Zusammenballen winziger, aneinanderhaftender Staubkörner, im Endstadium dann durch Einschläge immer größerer Gesteinskörper. Dies trifft auch auf den Asteroiden Vesta zu. Während des Wachstumsprozesses heizte sich Vesta in der Frühphase ihrer Entwicklung immer stärker auf, so dass ein oberflächennaher Magmaozean aus geschmolzenem Silikatgestein sowie ein flüssiger metallischer Kern im Inneren entstanden.

Im Laufe der Zeit schlugen andere Körper auf der Kruste von Vesta ein, wodurch auch Material ins All geschleudert und ins innere Sonnensystem transportiert wurde. So gelangten gelegentlich Gesteinstrümmer von Vesta als Meteorite auf die Erde. Chemische Analysen dieser Meteorite haben gezeigt, dass auch nach der Bildung von Vestas Kern weitere kosmische Einschläge die Zusammensetzung von Kruste und Mantel des Asteroiden verändert haben. „Diese Materialzufuhr war in der Frühphase jedoch deutlich größer als danach“ erläutert Professor Harry Becker von der Freien Universität Berlin, einer der Autoren der Untersuchung. Vesta wurde von mindestens zwei sehr großen Körpern aus dem Asteroiden-Hauptgürtel getroffen, wovon zwei mehrere hundert Kilometer große Einschlagsbecken am Südpol zeugen, die mit einer vom DLR und der Max-Planck-Gesellschaft entwickelten Kamera an Bord der Dawn-Mission entdeckt wurden.

Auch die Erde hatte einen Magmaozean und eine glühend heiße Atmosphäre

Zudem stammen die einschlagenden Körper offenbar nicht, wie bislang vermutet, aus dem heutigen Asteroidengürtel, sondern aus dem inneren Sonnensystem, in dem sich die erdähnlichen Planeten gebildet haben. „Für unsere Erde unterstreicht dies nochmals die Bedeutung einer frühen heißen Phase mit einem Magmaozean, der durch große Einschläge fortlaufend erneuert wurde. In dieser Zeit war die erste Atmosphäre der Erde über viele Millionen Jahre glühend heiß. Erst viel später konnten sich Wasserozeane bilden, indem der heiße Wasserdampf abkühlte und abregnete“, erläutert Prof. Dr. Kai Wünnemann vom Museum für Naturkunde und der FU Berlin.

Die Forschungsarbeiten an der Universität Heidelberg wurden von der Klaus Tschira Stiftung gefördert. Die Beiträge aus Berlin und Münster sind Teil des Sonderforschungsbereichs-Transregio TRR 170 ‚Late Accretion onto Terrestrial Planets‘ der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. An der internationalen Studie beteiligt waren außerdem Wissenschaftler der Macau University of Science and Technology (Macau), der Université de Nice Sophia-Antipolis (Frankreich), der University of California at Davis und der University of California San Diego (beide USA), der Universität Bayreuth, dem Planetary Science Institute in Tucson (USA), und dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Originalpublikation:

M.-H. Zhu, A. Morbidelli, W. Neumann, Q.-Z. Yin, J.M.D. Day, D.C. Rubie, G.J. Archer, N. Artemieva, H. Becker, K. Wünnemann: Common feedstocks of late accretion for the terrestrial planets. Nature Astronomy (30 September 2021)

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• Asteroidengürtel

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Quelle: DLR.

In diesen Tagen jährt sich die erste Entdeckung eines Asteroiden zum 220. Mal. In der Nacht vom 1. auf den 2. Januar 1801 fiel Giuseppe Piazzi, dem Leiter der Sternwarte von Palermo, an der Schulter des „Stiers“ im gleichnamigen Sternbild ein ‚Stern‘ auf, dessen Position sich von Nacht zu Nacht änderte. Er hatte Ceres entdeckt, den größten Körper im weiten Raum zwischen den Planeten Mars und Jupiter. Ceres, inzwischen zu einem Zwergplaneten ‚befördert‘, war nach dem Asteroiden Vesta zwischen 2015 und 2018 das zweite Ziel der NASA-Mission Dawn. Auf den Ceres-Bildern der deutschen Kamera an Bord des Orbiters und in den Spektralmessungen fielen einige Stellen durch eine ungewöhnliche Blaufärbung auf, deren Ursprung bis heute rätselhaft blieb. Laborexperimente eines Teams um den DLR-Planetenforscher Stefan Schröder dürften das Rätsel nun gelöst haben: Einschläge in der jüngeren Vergangenheit haben mit Eis gemischtes Material an die Oberfläche befördert. Anschließend sublimierte das in der Kristallstruktur von darin enthaltenen Tonmineralen eingelagerte Wassereis. Zurück blieb ein feinporöser Staub, der aufgrund seiner ’schaumigen‘ Struktur das Sonnenlicht bläulich reflektiert.

„Ceres hat keine Atmosphäre, deshalb ist Wassereis an der Oberfläche nicht stabil und sublimiert rasch, geht also direkt von der festen Phase in die gasförmige über“, erläutert Dr. Stefan Schröder vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Im Labor konnten wir jetzt simulieren, was passiert, wenn Wassereis, das beispielsweise durch Einschläge auf Ceres zunächst in die Kristallstruktur von ganz bestimmten Mineralen eingebaut und an die Oberfläche verfrachtet wurde, von dort ins All entweicht. Zurück bleibt auf Ceres eine feinporöse, fast schaumige Staubschicht, die für die bläulich schimmernden Flächen an einigen jungen Einschlagskratern verantwortlich ist.“ Zu diesem Ergebnis kamen Schröder und seine Kollegen von der Universität Grenoble und dem Institut für Astrophysik und Planetologie in Rom mit einem Experiment. Dafür beobachteten sie im Labor unter Vakuumbedingungen und Temperaturen wie im äußeren Asteroidengürtel über den Zeitraum von knapp einer Woche wassereishaltiges Material, das jenem an den auffallend ‚blauen‘ Stellen von Ceres entspricht. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der heutigen Ausgabe von Nature Communications.

Helle, ‚blaue‘ Flecken auf Ceres stellten die Forscher vor ein Rätsel
Der knapp tausend Kilometer große, fast kugelförmige Zwergplanet Ceres umrundet die Sonne in Entfernungen zwischen 382 und 445 Millionen Kilometer auf einer elliptischen Umlaufbahn nahe dem äußeren Rand des Asteroidengürtels. Im Gegensatz zu den weiter innen kreisenden, fast ausschließlich ‚felsigen‘ Asteroiden enthalten die Kleinkörper am äußeren Rand des Asteroidengürtels einen signifikanten Anteil an Wassereis. In der Kruste von Ceres könnten beträchtliche Anteile davon gespeichert sein, die Schätzungen reichen von einem Zehntel bis zur Hälfte des Volumens. Eis könnte also bereits wenige Meter unter der Oberfläche anzutreffen sein.

Äußerlich unterscheidet sich Ceres nicht wesentlich von anderen kraterübersäten Körpern. Sein Antlitz ähnelt der Rückseite des Mondes oder dem zahlreicher eisiger Trabanten von Jupiter oder Saturn. Schon aus diesem Grund waren zum einen außergewöhnlich helle, das Sonnenlicht stark reflektierende Flächen in jungen Impaktkratern sowie blaue Flächen in deren Umgebung seit Ankunft der Dawn-Raumsonde eines der am meisten diskutierten Phänomene auf Ceres. Helle Flächen wie beispielsweise im Krater Occator rühren von Mineralsalzen her. Diese Erklärung greift jedoch nicht bei den blauen Flächen. Auffallend ‚blaue‘ Spektren zeigte zum Beispiel ein mehrere tausend Quadratkilometer großes Gebiet am vermutlich nur zwei Millionen Jahre jungen Krater Haulani. Ganz offensichtlich führt jeder Impakt eines Körpers auf die Oberfläche von Ceres zu einem Aufschmelzen von Eis in der Kruste und einem Durchmischen mit den Mineralen im Regolith, der Staubschicht an der Oberfläche des Körpers.

Dawn-Spektralmessungen aus der Umlaufbahn haben gezeigt, dass an diesen Stellen sogenannte Schicht- oder Phyllosilikate (von phyllos, griechisch für Blatt) als wesentliche gesteinsbildende Minerale vorhanden sein müssten. Auch Salze dürften in wässrigen Lösungen aus geschmolzenem Eis nach oben gedrungen sein. Schichtsilikate sind auf der Erde als Glimmer weit verbreitet, schwarzer Biotit oder hell schimmernder Muskovit in Granitgestein zum Beispiel. Bei der Verwitterung von Basalt, dem häufigsten vulkanischen Gestein, entstehen im Kontakt mit Wasser Tonminerale, wie etwa die Phyllosilikatgruppe der Smektite (das Mineral Montmorillonit ist ein etwas bekannterer Vertreter). Solche Schichtsilikate haben die Eigenschaft, dass sie durch die in ihnen enthaltene Wassermoleküle quellen können, also ihr Volumen größer wird – das war der Ansatz für das Laborexperiment der Planetenforscher.

Von grau zu blau – verdampftes Wasser verändert Mineralstruktur
In einen Probenbehälter füllten sie ein Smektit-Präparat, das chemisch-mineralogisch und hinsichtlich seiner spektralen Eigenschaften (Farbe, Helligkeit) dem Material auf der Oberfläche von Ceres sehr ähnlich ist. Beim Experiment wurde die Probe im Labor des Instituts für Planetologie und Astrophysik der Universität Grenoble für 133 Stunden einem Hochvakuum und tiefen Temperaturen von minus 100 Grad Celsius wie bei Ceres ausgesetzt. Wie erwartet sublimierte das Wassereis und entwich aus der Probe. Die Feinstruktur der Schichtsilikate aber blieb erhalten und dabei blieb ein skelettartiges, porenreiches Restsubstrat zurück. Wegen der mikroskopisch kleinen Hohlräume vergrößerte sich das Volumen der blasigen, fast schaumartigen Struktur der Mineralprobe sogar ganz erheblich. Und dabei veränderten sich auch dessen spektrale Eigenschaften: Das zuvor mehr oder weniger kontinuierliche Spektrum, das dem ‚weißen‘ Sonnenlicht mit seinen Blau-, Grün- und Rotanteilen bis ins nahe Infrarot (Wärmestrahlung) entsprach, zeigte nun deutliche Reflexionen der blauen Lichtanteile.

„Das ist vergleichbar mit dem Phänomen, dass uns der Himmel auf der Erde blau erscheint“, erklärt Stefan Schröder. „Das vergleichsweise langwellige Sonnenlicht wird an den winzigen Molekülen der Erdatmosphäre in Abhängigkeit von der Wellenlänge mehr oder weniger stark gestreut. Die höherfrequenten Anteile des Lichts, die blauen Wellenlängen, werden stärker gestreut, als die niederfrequenteren Anteile des Lichts, die grünen und roten Wellenlängen. Als Folge davon erscheint uns der Himmel blau. Ganz ähnlich findet dieser Effekt, auch ‚Rayleigh-Streuung‘ genannt, an den Hohlräumen der Schichtsilikate auf Ceres statt, aus denen das Wasser entwichen ist.“ Die Substanz reflektierte etwa 40 Prozent mehr Licht, was die auffallende Helligkeit dieser Flächen auf Ceres erklärt, außerdem ist der Anteil von blauem Licht deutlich höher. „Vermutlich sind es vor allem die winzigen Hohlräume und die weniger als einen Mikrometer großen Filamente, durch die sie miteinander verbunden sind, die eine Rayleigh-Streuung ermöglichen und wir deshalb mehr Anteile des energiereicheren blauen Lichts reflektiert sehen“, so Schröder.

Die Gebiete mit einem erhöhtem Anteil an reflektierten blauen Anteilen des Lichts auf Ceres sind nicht so hell wie die weißen Flächen, deren Ursprung auf das Empordringen von Mineralsalzen in Wasser-Eis-Gemischen, sogenannten ‚Solen‘ zurückgeht. Das Experiment der Wissenschaftler mit der Simulation von Sublimationsvorgängen im Oberflächenmaterial an jungen Kratern auf Ceres hat gezeigt, dass das Verdampfen von Wasser aus Tonmineralen mikroskopisch der Mechanismus ist, der die winzigen Strukturen im Regolith erzeugt, die ursächlich für die Blaufärbung sind: An den im Vergleich zur Wellenlänge des sichtbaren Lichts und dem nahen Infrarot sehr viel kleineren Hohlräumen und ihrer Verbindungen führt der Rayleigh-Effekt zur Blaufärbung des Mineralstaubs.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B
• Zwergplanet Ceres

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Der Zwergplanet Ceres, der größte Körper im Asteroidengürtel, war bis vor eine Million Jahren Schauplatz kryovulkanischer Ausbrüche: Unterhalb des Einschlagskraters Occator drängte unterirdische Sole an die Oberfläche; das Wasser verdunstete und hinterließ helle, salzhaltige Ablagerungen. Dieser Prozess dauert wahrscheinlich noch immer an. Zu diesem Schluss kommt ein Forscherteam unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen nach Auswertung hochaufgelöster Kamera-Aufnahmen von Ceres aus der letzten Phase der NASA-Mission Dawn. Die Fachzeitschriften Nature Astronomy, Nature Geoscience und Nature Communications widmen diesen und weiteren Ergebnissen der Dawn-Mission heute insgesamt sieben Artikel. Die Veröffentlichungen zeichnen das Bild einer einzigartigen Welt, in deren Innern sich bis heute Reste eines globalen Ozeans finden und dessen sonderbarer Kryovulkanismus wahrscheinlich noch immer aktiv ist.

Kryovulkanismus galt lange Zeit als ein Phänomen des äußeren Sonnensystems, das ausschließlich auf einigen Eismonden von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun auftritt. Durchgewalkt von den gewaltigen Gravitationskräften ihrer Mutterplaneten bieten diese Monde in ihrem Innern so viel Wärme, dass dort Wasser trotz der beachtlichen Entfernung von der Sonne nicht vollständig gefriert und in zum Teil spektakulären Fontänen ins Weltall sprüht. Ganz anders dürfte es im Asteroidengürtel zugehen. Die vielen Millionen größerer und kleinerer Brocken, die dort zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, gelten gemeinhin als einfach aufgebaute, wasserlose und inaktive Körper.

Dass sich diese Sichtweise nicht aufrechterhalten lässt, beweisen jetzt die aktuellen Veröffentlichungen. Ceres, der mit einem Durchmesser von 950 Kilometern größte Bewohner des Asteroidengürtels, entpuppt sich darin als rätselhafter Sonderling. Die Ergebnisse der Forscherinnen und Forscher beruhen in erster Linie auf Messdaten aus der letzten Phase der NASA-Mission Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 aus der Nähe untersuchte. Auf einer stark elliptischen Umlaufbahn wagte sich die Raumsonde in ihren letzten fünf Monaten bis auf 35 Kilometer an die Oberfläche heran – näher als je zuvor. Dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Dawn-Sonde, das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, gelangen in dieser Zeit einzigartige Aufnahmen.

Besonderes Augenmerk richteten die Autorinnen und Autoren der aktuellen Veröffentlichungen, zu denen auch Forscher der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) in Münster und des National Institute of Science Education and Research in Bhubaneswar (Indien) zählen, auf den Occator-Krater, einen markanten Einschlagskrater auf der Nordhalbkugel von Ceres. Mit einem Durchmesser von etwa 92 Kilometern übertreffen seine Ausmaße selbst die der allermeisten irdischen Krater. Noch auffälliger ist seine zum Teil leuchtend weiße Färbung, die bereits in der Anflugphase auf Ceres zu Spekulationen um etwaige Wasservorkommen anregte. „Genau betrachtet hat der Occator-Krater eine sehr komplexe Struktur mit Erhöhungen, Absenkungen, Ablagerungen, Rissen und Furchen. In allen Einzelheiten ist dies erst in der letzten Missionsphase deutlich geworden“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, wissenschaftlicher Leiter des Kamerateams von Dawn. „Aus der heutigen Morphologie des Kraters können wir seine Entstehungsgeschichte rekonstruieren – und so einen Blick in die bewegte Vergangenheit von Ceres werfen“, fügt er hinzu.

Die hochaufgelösten Aufnahmen lassen es zu, das Alter der einzelnen Kraterbereiche zu bestimmen. Zu diesem Zweck analysieren die Forscher Anzahl und Beschaffenheit kleinerer Einschläge, die jeden Körper im Sonnensystem überziehen. Je jünger eine Oberfläche ist, desto weniger Mini-Krater weist sie auf.

Wie sich zeigte, entstand der Occator-Krater vor etwa 22 Millionen Jahren durch einen großen Einschlag. Wie in vielen anderen Einschlagskratern auf der Erde und auf anderen Planeten bildete sich dabei ein Zentralberg, der allerdings nach einiger Zeit wieder einstürzte. Vor etwa 7,5 Millionen Jahren stieg unter den Resten des Zentralbergs Sole aus dem Innern an die Oberfläche empor. Das Wasser verdunstete und bestimmte Salze, so genannte Karbonate, lagerten sich ab. Sie sind für die markanten hellen Ablagerungen, genannt Cerealia Facula, im Zentrum des Occator-Kraters verantwortlich. Durch den Materialverlust im Innern sackte der innere Teil des Kraters ab. Es bildete sich eine runde Vertiefung mit einem Durchmesser von etwa 15 Kilometern.

In den folgenden Jahrmillionen konzentrierte sich die Aktivität vor allem auf den östlichen Bereich des Kraterbodens. Durch Risse und Furchen quoll auch dort Sole an die Oberfläche und erzeugte weitere helle Ablagerungen, die Vinalia Faculae. Vor etwa 2 Millionen Jahren wachte das Zentrum des Kraters wieder auf: Erneut drang Sole an die Oberfläche, innerhalb der zentralen Vertiefung wölbte sich eine Kuppe aus hellem Material nach oben. „Dieser Prozess dürfte mindestens bis vor einer Million Jahre angedauert haben“, fasst Dr. Nico Schmedemann von der WWU die Ergebnisse zusammen.

„Bemerkenswert ist vor allem, wie lange der Occator-Krater aktiv war und möglicherweise noch immer ist“, so Nathues. Theorien, wonach die ausgetretene Flüssigkeit ausschließlich auf Schmelzwasser vom ursprünglichen Einschlag zurückzuführen ist, sieht er dadurch widerlegt. Die Wärme, die bei einem solchen Einschlag entsteht, hätte sich nicht über so viele Millionen Jahre im Inneren halten können.

Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sich tief unterhalb des Occator-Kraters Reste eines globalen, salzigen Ozeans finden. Ähnlich wie Streusalz im Winter sorgt das gelöste Salz dafür, dass die Sole trotz der tiefen Temperaturen im Inneren des Körpers flüssig bleibt. Diese Interpretation stützt ein zweiter Artikel, der heute veröffentlicht wurde und an dem ebenfalls das MPS beteiligt ist. Darin werten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA Dawns Gravitationsmessungen aus. Ihrer Analyse zu Folge liegt eine Blase aus flüssiger Sole etwa 40 Kilometer unterhalb des Occator-Kraters.

Möglich ist sogar, dass aus dem Zwergplaneten noch immer Wasser austritt und verdampft. Bereits 2014 hatten Messungen mit dem Weltraumteleskop Herschel Anzeichen einer extrem dünnen, wasserhaltigen und möglicherweise nur sporadisch auftretenden Exosphäre gefunden. Im Zuge der späteren Dawn-Mission fanden Nathues und sein Team Hinweise auf eine Art dünnen Dunst, der täglich über dem Occator-Krater liegt. Zu diesen Puzzlestücken gesellt sich nun die Veröffentlichung des Spektrometer-Teams von Dawn unter Leitung des Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica in Rom. Die Forscherinnen und Forscher konnten in dem hellen, abgelagerten Material unter anderem Salzverbindungen nachweisen, die Wasser enthalten. Das nur leicht gebundene Wasser verdunstet an der Oberfläche von Ceres jedoch innerhalb von Wochen; die Ablagerungen können somit nicht alt sein.

„Wir gehen davon aus, dass Ceres noch immer gelegentlich kryovulkanisch aktiv ist“, folgert Nathues. Während einiges dafür spricht, dass die Ausbrüche in der frühen Entwicklungsphase des Occator-Vulkanismus teilweise geradezu explosiv waren, dürfte sich Ceres‘ Kryovulkanismus mittlerweile deutlich beruhigt haben. Die Forscherinnen und Forscher vermuten, dass Wasser nun in erster Linie durch Verdampfen entweicht. „Ein solcher Kryovulkanismus ist nach bisherigem Kenntnisstand im Sonnensystem einzigartig“, so Schmedemann.

Originalveröffentlichungen mit MPS-Beteiligung
1.
Andreas Nathues, Nico Schmedemann, Guneshwar Thangjam et al.: Recent cryovolcanic activity at Occator on Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020
DOI

2.
Carol A. Raymond et al.: Impact-Driven Mobilization of Deep Crustal Brines on Dwarf Planet Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020
DOI

3.
Paul Schenk et al.: Impact heat driven volatile redistribution at Occator crater on Ceres as a comparative planetary process,
Nature Communications, 10. August 2020
DOI

4.
Britney Schmidt et al.: Post-impact cryo-hydrologic formation of small mounds and hills in Ceres’s Occator crater,
Nature Geoscience, 10. August 2020
DOI

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• Zwergplanet Ceres

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Sieben Jahre lang hat die Raumsonde Dawn den Asteroidengürtel erforscht und mit ihren Messdaten unsere Vorstellungen von dieser Region des Sonnensystems erheblich erweitert. Für seine wissenschaftlichen Beiträge zur Erforschung des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres hat die amerikanische Weltraumagentur NASA Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) jetzt mit der NASA Exceptional Scientific Achievement Medaille, der höchsten NASA-Auszeichnung für wissenschaftliche Leistungen, geehrt. Der MPS-Forscher leitet das Team um das Kamerasystem von Dawn, das in den vergangenen Jahren die mehr als 100.000 Aufnahmen des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres ausgewertet hat. Darin entdeckten die Forscherinnen und Forscher Hinweise auf den inneren Aufbau beider Körper sowie im Falle von Ceres Belege für Kryovulkanismus und Ansammlungen organischen Materials.

Die mehr als eine Million „Bewohner“ des Asteroidengürtels, der Region zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, gelten gemeinhin als eher schlichte Körper: unregelmäßig geformte Brocken, die sich in einer frühen Phase des Sonnensystems bildeten und danach kaum weiterentwickelten. Dass diese Vorstellung längst nicht auf alle Asteroiden zutrifft, hat die NASA-Mission Dawn, die von 2011 bis 2018 vor Ort Messdaten sammelte, bewiesen. Die beiden Ziele der Mission, der Asteroid Vesta und der Zwergplanet Ceres (der ebenfalls im Asteroidengürtel seine Bahnen zieht), entpuppten sich als komplexe Mini-Welten, die eher an Planeten denn an primitive Gesteinsbrocken erinnern. Entscheidende Messdaten lieferten die beiden wissenschaftlichen Kameras an Bord, die unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut sowie während der Mission betrieben wurden.

„Die beiden baugleichen Kameras von Dawn lieferten mehr als nur Fotos“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, der das Kamerateam von Dawn seit 2010 leitet. Beide Instrumente sind mit mehreren Farbfiltern ausgestattet. Mit ihrer Hilfe lassen sich wellenlängenabhängig die Intensitäten des Lichtes, das Vesta und Ceres ins All reflektieren, bestimmen. Das erlaubt Rückschlüsse auf mineralogische Zusammensetzung und die Beschaffenheit der Oberfläche. Andreas Nathues und sein Team konnten so erstmals von beiden Körpern hochaufgelöste geologische Karten anfertigen.

Wie sich zeigt, sind besonders Krater auf den Oberflächen interessant. Durch die zum Teil sehr heftigen Einschläge liegt dort mancherorts Material aus tieferen Schichten frei und erlaubt einen Blick in das „Innenleben“ beider Körper. Für Vesta ließ sich auf diese Weise eine innere Schichtstruktur aus Mantel und Gesteinskruste nachweisen, ganz ähnlich wie die der Erde. Der etwa 530 Kilometer große Körper muss nach seiner Entstehung zunächst eine vergleichbare Entwicklung durchlaufen haben wie die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars.

Ceres lieferte noch größere Überraschungen. In einigen Gebieten findet sich dort organisches Material, das möglicherweise von einem Kometeneinschlag stammt. Zudem zeigen die Kameradaten Kryovulkane, aus denen bis vor geologisch kurzer Zeit salzhaltige Lösung austrat. Ceres beherbergt offenbar stellenweise Wasserreservoirs unter ihrer Oberfläche – und gleicht damit eher den wasserreichen Jupiter- und Saturnmonden, die eigentlich in deutlich größerer Entfernung zur Sonne zuhause sind. „Der Nachweis, dass es auf Ceres zumindest Reste eines unterirdischen Ozeans gibt, hat unsere Sicht auf den Asteroidengürtel und seine Entstehung deutlich verändert“, so Nathues. Möglicherweise nahm Ceres ihren Ursprung weiter draußen im Sonnensystem und wanderte erst später in den Asteroidengürtel ein.

Trotz des Endes der Mission vor einem Jahr gehen die wissenschaftlichen Arbeiten weiter. Dem Team um Andreas Nathues ist es zuletzt gelungen, den vorliegenden Daten neue und detailliertere Informationen zu entlocken. Schlüssel dazu waren Kalibrationsmessungen, die in der letzten Missionsphase aus einer Umlaufbahn um Ceres möglich wurden.

Bereits vor dem Start ins All untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie alle Pixel des Kamera-CCDs auf dieselbe Lichtmenge und –art reagieren. Nur so lassen sich die aufgenommenen Bilder später wissenschaftlich exakt interpretieren. Doch der mehr als zehnjährige Flug durchs All geht an dem CCD der Kamera nicht spurlos vorüber; das Verhalten einzelner Pixel verändert sich. In den letzten Monaten der Mission konnte das MPS-Team ihre Kameras durch Aufnahmen eines bekannten Sternes neu eichen. Die Datenauswertungen, die auf dieser aktualisierten Eichung beruhen, präzisieren die bisher bekannten Karten beider besuchten Objekte, offenbaren viele zusätzliche Details – und zeigen Vesta und Ceres in beeindruckender Schönheit.

Dr. Andreas Nathues hat an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster Geophysik studiert und an der Freien Universität Berlin promoviert. Seit 1999 arbeitet er am MPS. Andreas Nathues war an den Mondmissionen SMART-1 und Chandrayaan-1 beteiligt und leitet seit 2010 das Kamerateam der Asteroidenmission Dawn.

Die NASA vergibt die Exceptional Scientific Achievement Medaille jährlich an ausgewählte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die durch ihre Arbeiten grundlegende neue wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert haben und ihr Forschungsfeld fundamental verändert haben. Die Medaille ist die höchste Auszeichnung der NASA für wissenschaftliche Leistungen.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B

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Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: NASA.

Während der kommenden Monate soll Dawn näher als bisher an Ceres alias A899 OF und 1943 XB herankommen. Die 2007 gestartete Sonde kreist nach einem Besuch des großen Asteroiden Vesta seit dem 6. März 2015 um den Zwergplaneten Ceres.

Aktuell untersuchen Dawns Flugdynamiker Wege, Dawn in eine Bahn zu steuer, deren der Oberfläche von Ceres nächstliegender Bahnpunkt bei unter 200 Kilometer liegen soll. Bisher war Dawn maximal bis auf rund 240 Kilometer der Oberfläche des Zwergplaneten nahegekommen.

Die Priorität der Forschungen im Rahmen der zweiten Missionserweiterung bei Ceres liegt nach einer Meldung des Labors für Strahlantrieb (Jet Propulsion Laboratory, JPL) der NASA mit Datum vom 19. Oktober 2017 bei der Sammlung von Daten durch Dawns Gamma- und Neutronspektrometer (Gamma Ray and Neutron Detector, GRaND), das vom Los Alamos National Laboratory (LANL) in den USA entwickelt worden war. Das Instrument ist in der Lage, Menge und Energie von Gamma- und Neutronenstrahlung zu bestimmen. Die Informationen, die man von dem Instrument erhalten kann, sind wichtig für das Verständnis der Zusammensetzung der obersten Schichten der Atmosphäre von Ceres und die Beantwortung der Frage, wie viel Eis es dort gibt.

Fortsetzen will man auch die Beobachtung von Ceres und seinen geologischen Oberflächenstrukturen im Bereich des für den Menschen sichtbaren Lichts mit den beiden in Deutschland entstandenen Framing Cameras (FC) vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof. Ebenfalls weiterführen möchte man mineralogische Untersuchungen, in deren Rahmen ein von der Italienischen Raumfahrtagentur (Agenzia Spaziale Italiana, ASI) beigesteuertes Spektrometer für sichtbares Licht und Infrarotstrahlung (Visible & Infrared Spectrometer, VIR) zum Einsatz kommt.

Die neuerliche Missionserweiterung erlaubt es auch, Dawn einzusetzen, während Ceres sich durch das Perihel, die größte Annäherung an die Sonne, bewegt. Im April 2018 erreicht Ceres auf seiner Bahn um die Sonne, auf der er für eine Runde etwa 1.682 Erdtage benötigt, das nächste Perihel.

Je näher Ceres an die Sonne herankommt, desto mehr Eis von seiner Oberfläche könnte sich in Wasserdampf verwandeln, was bei der vom ESA-Weltraumteleskop Herschel vor der Ankunft von Dawn bei Ceres beobachteten veränderlichen dünnen Atmosphäre eine Rolle spielen könnte. Bislang von Dawn gelieferte Daten werden derart interpretiert, dass der Wasserdampf in der Atmosphäre entsteht, wenn energiereiche Teichen von der Sonne mit Eis auf der Oberfläche von Ceres interagieren. Während des Durchgangs durch das Perihel soll Ceres auch von am Erdboden stationierten Teleskopen beobachtet werden. Die Informationen von den Teleskopen und der Raumsonde möchte man anschließend zusammen betrachten und auswerten.

Aktuell rechnen die Missionsplaner damit, Dawn bis in die zweite Hälfte des Jahres 2018 hinein nutzbringend einsetzen zu können. Irgendwann allerdings wird die Mission der Sonde sicher enden. Im Rahmen von Bestrebungen, Ceres vor Kontaminationen von der Erde zu schützen, soll Dawn schließlich in einen auf lange Zeit sicheren Orbit um Ceres gebracht werden, aus dem heraus auf absehbare Zeit kein Absturz auf Ceres erfolgen kann, auch wenn (dann später) schon lange kein Hydrazin und Xenon für Dawns Triebwerke an Bord mehr vorhanden ist. Nach der letzten Bahnänderung will man die Sonde noch solange weiter betreiben, wie es ihr Zustand zulässt.

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Der Beitrag Missionsverlängerung für Dawn im Orbit um Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: NASA.

Während der Vorbereitung von Beobachtungen bei einer bestimmten Opposition genannten Konstellation, bei der Dawn sich im Bereich zwischen der Sonne und Ceres bewegte, wurde am 23. April 2017 ein sogenannter Sicherheitsmodus („safemode“) ausgelöst, bei dem die Sonde in einen Zustand eingeschränkter Aktivität mit definiertem Kommunikationsverhalten versetzt worden ist.

Im Verlauf einer turnusmäßigen Kommunikationssitzung übermittelte die Sonde am 24. April 2017 Informationen zur Erde, aus denen hervorging, dass die Sonde nun auch das dritte von vier Reaktionsrädern an Bord – relativ schwere, scheibenförmige Massen, die elektromotorisch angetrieben die Lage der Sonde im Raum verändern können – verloren hatte. Der Fehler war aufgetreten, nachdem Dawn am 22. April 2017 eine fünfstündige angetriebene Flugphase unter Nutzung ihres elektrischen, Xenon ausstoßenden Triebwerkssystems absolviert hatte. Wegen des Ausfalls kamen weitere, kürzere angetriebene Flugphasen am 23. und 24. April 2017 nicht zu Stande.

Nachdem die Bodenkontrolle auf der Erde Kenntnis von dem Problem an Bord der Sonde erlangt hatte, gelang es am 25. April 2017 die Sonde wieder in ein Standartbetriebsregime mit einer Lageregelung durch kleine, Hydrazin katalytisch zersetzende Triebwerke zu versetzen. Die Bahn der Sonde würde es nach Angaben der NASA auch erlauben, die während der Opposition vorgesehenen Messungen durchzuführen. Außerdem werde es im verbleibenden Teil der erweiterten Mission von Dawn im Orbit um Ceres laut NASA durch den Ausfall des Reaktionsrades keine signifikanten Beeinträchtigungen geben.

Dawn war im Jahre 2007 gestartet worden. Vor Erreichen des Zwergplaneten Ceres konnte Dawn bereits den großen Asteroiden Vesta intensiv untersuchen. 2016 schloss Dawn ihre Primärmission im Orbit um Ceres ab. Aktuell wird die Sonde im Rahmen einer Missionserweiterung betrieben.

Auf den Ausfall des Reaktionsrades war man – auch wegen bereits gewonnener Erfahrungen – vorbereitet. Das erste Reaktionsrad hatte im Juni 2010 – etwa ein Jahr vor Ankunft bei Vesta – seine Arbeit eingestellt, ein weiteres im August 2012 im Orbit um Vesta. Zunächst wurden die Hydrazin-Triebwerke benutzt, um den Verlust der Reaktionsräder zu kompensieren. 12 dieser 0,9 Newton starken Triebwerke sind um den Hauptkörper der Sonde herum verteilt.

NASAs Labor für Strahlantrieb (JPL) aus Pasadena in Kalifornien und der Hersteller der Sonde, die Orbital ATK Inc. aus Dulles im US-Bundesstaat Virginia, entwickelten eine Software für einen hybriden Kontrollmodus, der die eingeschränkte Nutzbarkeit der Reaktionsräder berücksichtigte. Diese Software war dann im April 2011 auf der Sonde installiert worden.

Wegen der beschränkten Menge von Hydrazin an Bord entwarf man außerdem eine Strategie, in deren Rahmen man beim Orbiteinschuss bei Ceres möglichst wenig Treibstoff einsetzen wollte.

Für den weiteren Weg zu Ceres und beim anschließenden Orbiteinschuss benötigte man schließlich statt der ursprünglich projektierten 12,5 Kilogramm nur 4,4 Kilogramm Hydrazin. Gestartet war Dawn mit 45,6 Kilogramm Hydrazin an Bord, beim Abflug von Vesta waren noch 32,3 Kilogramm verfügbar.

Die Mission der Sonde wird im Orbit um Ceres beendet. Es gab Überlegungen, den Ionenantrieb der Sonde zu benutzen, um sie in Richtung eines weiteren Objektes im Asteroidengürtel, (145) Adeona, zu beschleunigen. Ein Verbleib bei Ceres betrachtete man schließlich als wissenschaftlich nachhaltiger.

Das verbliebene Hydrazin an Bord wird man weiter verwenden, um die Sonde während geplanter Kommunikationssitzungen so auszurichten, dass ihre Kommunikationsantenne zur Erde senden kann. Außerdem muss die Sonde während der Beobachtung von Ceres so gesteuert werden, dass ihre Solarzellenausleger ausreichend Sonnenlicht einfangen können. Verliert man die Möglichkeit zu einer entsprechenden Ausrichtung, kann das Missionsende zügig kommen. Erwartet wird, dass Dawn noch Jahrzehnte nach Betriebsende als künstlicher Mond um Ceres kreisen wird.

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Der Beitrag Einradsonde Dawn erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, JPL.

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres.

Seit dem 23. April umkreiste DAWN ihr Zielobjekt dabei zunächst in einem Abstand von rund 13.600 Kilometern und fertigte im Rahmen dieser als „RC3“ – so die Abkürzung für die der Beobachtung und Kartierung von Ceres dienenden „Rotation Characterization Phase 3“ – bezeichneten Missionsphase mit der Framing Camera – dem unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Kameraexperiment an Bord der Raumsonde – fast 2.000 Aufnahmen an, welche die gesamte Oberfläche des Zwergplaneten abdeckten.

Bereits am 9. Mai 2015 hatte DAWN den zuvor für die RC3-Phase eingenommenen Orbit verlassen und näherte sich der Ceres-Oberfläche weiter an. Am 3. Juni erreichte die Raumsonde dabei schließlich den so genannten „Survey Orbit“, welcher in einer Höhe von nur noch 4.400 Kilometern über der Oberfläche von Ceres verläuft. Drei Tage später begann eine weitere Beobachtungskampagne, in deren Verlauf die Framing Camera die Oberfläche des Zwergplaneten mit einer räumlichen Auflösung von 410 Metern pro Pixel abbilden kann. Bei diesen Fotos handelt es sich um die am höchsten aufgelösten Aufnahmen, welche bisher von Ceres angefertigt wurden. Auf ihnen zeigen sich nicht nur weitere rätselhafte ‚helle Flecken‘, sondern auch ein auf einem ebenen Gelände befindlicher pyramidenförmiger Berg, welcher laut den Schätzungen der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler rund fünf Kilometer in die Höhe ragt.

Die rätselhaften ‚hellen Flecken‘ im Detail
Bereits während der Annäherungsphase an Ceres konnte die Raumsonde mehrfach diverse ‚helle Flecken‘ abbilden (Raumfahrer.net berichtete). Eine eindeutige Erklärung für diese räumlich eng begrenzten und stark reflektierenden Regionen auf der Oberfläche des Zwergplaneten konnte bisher noch nicht gefunden werden. Die derzeitigen Vermutungen gehen jedoch nach wie vor in die Richtung, dass es sich bei diesen auffälligen Strukturen um Ablagerungen von Wassereis handelt, welches sich in einem größeren Umfang unmittelbar unter der Oberfläche des Zwergplaneten befinden könnte und das in diesen speziellen Fällen infolge von – eventuell sogar erst kürzlich erfolgten – Impaktereignissen freigelegt wurde.

Auf Aufnahmen, welche bereits am 9. Juni angefertigt wurden, ist erneut eine markante Gruppierung diverser Flecken erkennbar, welche sich im Inneren eines etwa 92 Kilometer durchmessenden Kraters auf der nördlichen Hemisphäre des Zwergplaneten befinden. Bei der Analyse der entsprechenden Fotos entdeckten die beteiligten Planetologen mindestens acht weitere Flecken, welche zuvor aufgrund der bisherigen geringen Oberflächenauflösung der Ceres-Aufnahmen nicht erkennbar waren. Die neu entdeckten Strukturen befinden sich in der Nähe eines besonders hellen Gebietes im Zentrum des Kraters, welches über einen Durchmesser von rund neun Kilometern verfügt.

Im weiteren Verlauf der Mission wollen die beteiligten Wissenschaftler die Natur dieser Flecken mit Spektralmessungen entschlüsseln. Hierbei werden die beiden anderen Instrumente von DAWN – ein im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitendes Spektrometer (abgekürzt „VIR“) und ein Gamma- und Neutronenspektrometer (abgekürzt „GRAND“) – zum Einsatz kommen.

Ein pyramidenförmiger Berg
Die jüngsten Aufnahmen des Kamerasystems verdeutlichen zudem erneut, dass die Oberfläche des rund 975 x 909 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten von einer Vielzahl an Impaktkratern dominiert wird, welche allerdings nicht gleichförmig verteilt sind. Zudem weisen diese Krater unterschiedliche Formen auf. Neben zahlreichen eher kleineren und anscheinend ‚flachen‘ Kratern zeigen die Bilder auch von Kraterwällen umgebene Impaktstrukturen und auffallend viele Krater, in deren Zentrum sich ein Zentralberg befindet.

Neben den besagten hellen Flecken und Impaktkratern zeigen die Aufnahmen der Framing Camera zudem auch erstmals deutlich einen steilen, pyramidenförmigen Berg. Dieser befindet sich auf einem relativ flachen Gelände und überragt das umgebende Terrain um etwa fünf Kilometer.

Des weiteren entdecken die Planetenforscher auf den Ceres-Aufnahmen inzwischen immer mehr Hinweise auf geologische Aktivitäten, welche sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten abgespielt haben müssen. Hierzu zählen fließförmige beziehungsweise eingesunkene Strukturen sowie diverse Hangrutschungen. Ceres, so die bisherige Einschätzung der Wissenschaftler, scheint damit deutlich mehr Überbleibsel einer früheren oder gar einer erst vor Kurzem erfolgten Aktivität zu zeigen als der Asteroid (4) Vesta, den die Raumsonde DAWN vom Juli 2011 bis zum August 2012 erkundete.

„Die doch beachtliche Anzahl an hellen Ablagerungen lassen vermuten, dass auf Ceres frisches Material an die Oberfläche gelangt. Auch der sehr steile Berg ist ein Beleg für besondere Aktivitäten in der Kruste“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. „Ceres scheint durch viel komplexere geologische Prozesse geprägt worden zu sein als bisher vermutet.“

DAWN wird noch bis zum 30. Juni 2015 in dem derzeitigen Beobachtungsorbit verbleiben und Ceres dabei auf einer über dessen beide Pole verlaufenden Umlaufbahn alle drei Tage in einer Entfernung von etwa 4.400 Kilometern umrunden. Anschließend wird die Raumsonde diesen Orbit verlassen und sich der Oberfläche bis zum 4. August 2015 bis auf 1.450 Kilometer Entfernung nähern.

Aus diesem „High Altitude Mapping Orbit“ (kurz „HAMO“) heraus wird es dann möglich sein, Oberflächenaufnahmen mit einer Auflösung von 140 Metern pro Pixel anzufertigen. Der HAMO ist dabei besonders für die weitere Optimierung eines dreidimensionalen Geländemodells der Ceres-Oberfläche von Bedeutung mit dem alle geologischen Formationen auf der Oberfläche des Zwergplaneten erkennbar sein werden.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Ceres: DAWN bildet vermeintliche Kraterketten ab (29. Mai 2015)
• Ceres: DAWN hat die erste Erkundungsphase beendet (14. Mai 2015)
• Raumsonde DAWN – Neue Aufnahmen von Ceres (21. April 2015)
• Raumsonde DAWN – Im Bann des Zwergplaneten Ceres (6. März 2015)
• Raumsonde DAWN ist auf der Zielgeraden (3. März 2015)

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• Asteroidengürtel
• Mission DAWN

NASA Press-Kit:

• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

Der Beitrag Raumsonde DAWN: Ein pyramidenförmiger Berg auf Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres. Seit dem April 2015 fertigt die Framing Camera – das unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelte und betriebene Kameraexperiment an Bord der Raumsonde – Aufnahmen von der Oberfläche des Zwergplaneten an, welche eine zuvor nicht erreichte Auflösung der dortigen Strukturen erlauben und die für jede Menge Diskussionsbedarf unter den an dieser Mission beteiligten Wissenschaftlern sorgen.

Ein Beispiel hierfür sind diverse helle Flecken auf der Oberfläche von Ceres, bei denen es sich sehr wahrscheinlich um lokal begrenzte Eisablagerungen handelt. Neben gefrorenem Wasser, welches die Planetologen auch unter der Oberfläche von Ceres vermuten, kommen hierfür jedoch auch helle Salzminerale in Frage (Raumfahrer.net berichtete). Aber auch eine Aufnahme, welche bereits am 23. Mai 2015 aus einer Entfernung von 5.100 Kilometern angefertigt und mit dem eine Auflösung von 480 Metern pro Pixel erreicht wurde, zeigt Oberflächenstrukturen, welche zurzeit noch nicht eindeutig erklärt werden können. Eigentlich wurde die entsprechende Aufnahme für Navigationszwecke angefertigt, um die Raumsonde sicher und auf einer vorbestimmten Route an ihr Ziel zu dirigieren. Trotzdem enthüllen die zu diesem Zweck angefertigten Aufnahmen auch wissenschaftlich relevante Informationen.

„Wir erkennen eine ungewöhnlich große Ansammlung von kleinen runden Strukturen auf engem Raum – dazu gehören kleinere so genannte Sekundär-Krater, die bei großen Einschlägen durch das dadurch ausgeworfene Material entstanden sind, aber auch längere linienförmige Anordnungen und sehr wahrscheinlich Einsturzsenken“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der DAWN-Mission. „Ähnliche Strukturen gibt es zwar auf den Eismonden von Jupiter und Saturn, aber nicht in dieser Dichte.“
Einer der am 23. Mai 2015 von der Framing Camera abgebildeten Impaktkrater – es handelt sich dabei um einen der größeren Krater auf der nördlichen Hemisphäre von Ceres sowie die unmittelbar südlich davon gelegene Region zwischen 13 und 51 Grad nördlicher Breite und 182 und 228 Grad östlicher Länge – verfügt über einen Durchmesser von etwa 110 Kilometern. In seinem Inneren sind zahlreiche weitere, allerdings deutlich kleinere Krater sowie ein ausgeprägter Riss auf der Oberfläche zu erkennen.

Bei einer genaueren Betrachtung lassen sich unterhalb des großen Kraters zudem verschiedene Ketten kleinerer Krater erkennen. Zum Teil liegen diese so dicht bei einander, dass sie wie in die Länge gezogene ‚Schrammen‘ erscheinen. Derartige Kraterketten treten auch auf anderen Himmelskörpern innerhalb unseres Sonnensystems wie zum Beispiel dem Mond der Erde, dem Mars und mehreren Asteroiden und weiteren Monden auf. Auch der Protoplanet (4) Vesta – das erste Ziel der DAWN-Mission – verfügt über derartige Strukturen.
Oftmals entstehen derartige Kraterketten als Folge eines heftigen Impakts, der zunächst einen großen Krater in die Oberfläche reißt. Im Rahmen dieses Vorgangs wird zudem Material in die Höhe geschleudert, welches anschließend wieder auf die Oberfläche trifft und gegebenenfalls weitere, allerdings kleinere Krater erzeugt. Planetologen bezeichnen derartige Strukturen als Primär- beziehungsweise Sekundärkrater.

„Sekundärkrater sind nützliche Werkzeuge bei der Altersbestimmung von Oberflächenstrukturen“, erklärt Dr. Thomas Platz vom MPS, ein weiterer Mitarbeiter des Framing-Camera-Teams. Diese kleineren Krater finden sich zum Teil in großer Entfernung zu dem für ihre Entstehung verantworten Primärkrater, sind aber genauso alt wie dieser. Strukturen, welche die Sekundärkrater überdecken oder unter ihnen hervorschauen, können so im Vergleich zu dem Primärkrater datiert werden. „Auf diese Weise wird es möglich, das Alter weit entfernter Oberflächen zu einander in Beziehung zu setzen“, so Dr. Platz. Diese Methode wird auch als Crater Counting bezeichnet.

Ob die Kraterketten auf der Oberfläche von Ceres, welche auf der aktuellen Aufnahme zu erkennen sind und zum Teil in derselben Richtung verlaufen, alle zu ein und demselben Primäreinschlag gehören, ist jedoch noch unklar.

Derzeit wird von den an dieser internationalen Weltraummission beteiligten Wissenschaftlern intensiv diskutiert, durch welche exakten Prozesse diese vielen kleinen Krater genau entstanden sein könnten. Prof. Jaumann hält es dabei für denkbar, dass es sich bei diesen runden Strukturen um Einsturzsenken handeln könnte, welche sich unabhängig von einem Impaktereignis gebildet haben.

„Hinter dieser Oberfläche steckt sehr wahrscheinlich eine geologisch komplexe Geschichte: Zum einen sind wohl Projektil-Teilchen aus anderen Kratern dort eingeschlagen und hinterließen kleinere Sekundär-Krater, zum anderen deutet der Riss darauf hin, dass es Bewegungen im Kraterboden selbst gegeben hat“, so Prof. Jaumann weiter. „Im Untergrund von Ceres könnten Risse vorhanden sein, in die von der Oberfläche loses Material hineinrutscht“, so ein Lösungsansatz für die Entstehung dieser Strukturen.

Für die eingehendere Untersuchung dieser Strukturen und deren Erklärung sind jedoch weitere Bilddaten notwendig, welche über eine noch höhere Auflösung als bisher gegeben verfügen. Bis dahin müssen die beteiligten Wissenschaftler allerdings noch ein paar weitere Tage Geduld aufbringen. Den nächst niedrigeren Orbit um Ceres wird DAWN erst am 6. Juni 2015 erreichen. Ab dann wird die Raumsonde den Zwergplaneten bis zum 30. Juni auf einer über die beiden Pole von Ceres verlaufenden Umlaufbahn alle drei Tage in einer Entfernung von nur noch etwa 4.400 Kilometern umrunden. Um in diesen so genannten „Survey Orbit“ zu gelangen, sind derzeit die Ionen-Triebwerke der Raumsonde in Betrieb, wodurch bedingt gegenwärtig keine weitere Aufnahmen mit dem Kamerasystem möglich sind.

„Wenn wir in diesem Orbit ankommen, beträgt die Auflösung unserer Fotos 400 Meter pro Pixel – damit und mit der dann viel besseren dreidimensionalen Auflösung werden wir die Strukturen besser analysieren können“, so Prof. Jaumann weiter. Die beteiligten Wissenschaftler hoffen, durch diese dann anzufertigenden Aufnahmen einige der bisherigen Rätsel über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte dieses Zwergplaneten entschlüsseln zu können.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
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• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, JPL, The Planetary Society.

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres. In den auf diesen erfolgreichen Eintritt in das Gravitationsfeld von Ceres folgenden Wochen war es der Raumsonde jedoch zunächst nicht möglich, weitere Fotos von ihrem Forschungsziel anzufertigen. Da sich DAWN ihrem Ziel von dessen sonnenabgewandten Seite her näherte, lag der Zwergplanet aus der Sicht der Raumsonde zunächst im Dunkeln. Bereits die letzte Aufnahme der Raumsonde vor dieser Ankunft, welche bereits am 2. März 2015 entstand, zeigte Ceres nur noch als eine schmale Sichel.

Im April hat sich die Raumsonde dem Zwergplaneten jedoch immer weiter genähert und dabei schließlich auch eine Position erreicht, aus der sich der Framing Camera, der unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Kamera der Raumsonde, wieder ein lohnender Blick auf Ceres bot (Raumfahrer.net berichtete).

Seit dem 23. April 2015 umkreiste die Raumsonde DAWN ihr Zielobjekt dabei in einem Abstand von nur noch 13.600 Kilometern und fertigte im Rahmen dieser als „RC3“ – so die Abkürzung für die der Beobachtung und Kartierung von Ceres dienenden „Rotation Characterization Phase 3“ – bezeichneten Missionsphase fast 2.000 Aufnahmen an, welche die gesamte Oberfläche des Zwergplaneten abdeckten. Für präzise wissenschaftliche Erkenntnisse reicht die dabei erlangte Auflösung von etwa 1,3 Kilometern pro Pixel allerdings noch nicht aus. Mit diesen Aufnahmen wollen die an der DAWN-Mission beteiligten Wissenschaftler deshalb in erster Linie zunächst auch lediglich die Rotationszeit und die Ausrichtung der Rotationsachse des Zwergplaneten im Detail bestimmen und eine erste, noch grobe Kartierung durchführen.
„Das sind wichtige Informationen, die wir für unsere exakte Kartierung von Ceres benötigen“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. Anhand dieser Daten soll zudem die genaue Flugbahn bestimmt werden, welche DAWN in Zukunft einnehmen wird.

„Aus diesen Daten berechnen wir [zudem] das erste dreidimensionale Geländemodell von Ceres, das im Laufe der Mission mit immer besserer Auflösung verfeinert und optimiert wird“, so Prof. Jaumann weiter. Eine erste Version dieses 3D-Modells, dessen Erstellung aufgrund der aufwendigen Verarbeitung der verfügbaren Daten viel Zeit und zudem große Computerkapazitäten erfordert, soll voraussichtlich bereits Ende Mai 2015 vorliegen.

Bereits zum jetzigen Zeitpunkt zeigen sich auf den bisher angefertigten Aufnahmen der Ceres-Oberfläche jedoch diverse Strukturen wie hohe Aufwölbungen, ungewöhnliche Kraterformen, verschiedene ‚helle Flecken‘ und erstaunlich flache Ebenen, welche in Zukunft wohl für diverse Diskussionen unter den Wissenschaftlern sorgen werden. Die hohe Anzahl an Impaktkratern weist dabei auf ein hohes Alter der Oberfläche hin. Allerdings verteilen sich die Krater nicht gleichmäßig über die Ceres-Oberfläche. Flache Regionen mit nur verhältnismäßig wenigen Kratern sind Hinweise darauf, dass in diesen Bereichen die Oberfläche des Zwergplaneten eventuell durch innere geologische Aktivitäten erneuert wurde.

Das Rätsel der ‚Weißen Flecken‘ auf der Ceres-Oberfläche
Diese Aufnahmen zeigen auch zum wiederholten Mal verschiedene ‚helle Flecken‘ auf der Oberfläche des Zwergplaneten. Bereits in der Anflugphase an Ceres zeichneten sich auf den Kameraaufnahmen speziell zwei helle Flecken auf der nördlichen Hemisphäre des Zwergplaneten besonders deutlich ab. Mit jeder neuen der durch die Framing Camera angefertigten Aufnahmen ließen sich diese Strukturen dabei immer besser erkennen, ohne dass jedoch deren Natur entschlüsselt werden konnte. Seit dem Februar ist jedoch zumindestens klar, dass sich diese Flecken im Zentrum eines etwa 92 Kilometer durchmessenden Kraters befinden.

Die jüngsten Aufnahmen der Raumsonde DAWN, welche eine zuvor nicht erreichte Detailgenauigkeit erreichten, enthüllen nun erstmals auch die genauere Form dieser hellen Bereiche. Die ‚Weißen Flecken‘ sind jetzt in eine Reihe von kleineren Einzelflecken aufgelöst, von denen die meisten einen Durchmesser von weniger als 1,3 Kilometern aufweisen. Diese Bereiche sind somit deutlich feiner strukturiert als bisher angenommen wurde.
„Endlich genau zu sehen, wo die hellen Flecken inmitten des Kraters verteilt sind, ist für uns sehr wichtig. Es kann uns helfen zu verstehen, wie diese Gebiete entstanden sind“, so Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, der wissenschaftliche Leiter des Framing-Camera-Expriments.

Die derzeitigen Vermutungen gehen nach wie vor in die Richtung, dass es sich bei diesen Flecken um Ablagerungen von Wassereis handelt, welches sich in einem größeren Umfang unter der Oberfläche des Zwergplaneten befinden könnte und das in diesem speziellen Fall infolge eines – eventuell erst kürzlich erfolgten – Impaktereignisses freigelegt wurde.

„Schon jetzt spricht einiges für dieses Szenario – etwa die charakteristische Helligkeit dieser Bereiche“, so Dr. Nathues. „Gewissheit haben wir aber noch nicht. Es könnte sich prinzipiell auch um ein sehr helles Salzmineral handeln.“ Auch in den kommenden Wochen werden die an der Mission beteiligten Wissenschaftler diese Bereiche der Ceres-Oberfläche deshalb besonders genau untersuchen. Aufschluss erhoffen sie sich dabei neben weiteren Kameraaufnahmen auch von den Daten eines im visuellen und im infraroten Spektralbereich arbeitenden Spektrometers namens „VIR“.

„Die [bisherigen] Aufnahmen sind zwar sehr gut, aber zurzeit können wir über vieles nur spekulieren. Ceres lässt sich nicht so einfach verstehen“, so Prof. Jaumann.

Der nächste Orbitverlauf – Nur noch 4.400 Kilometer über der Oberfläche
Für die Entschlüsselung der Geheimnisse des Zwergplaneten benötigen die Wissenschaftler noch höher aufgelöste Bilder und weitere Daten aus kürzeren Entfernungen – und diese sollen sie auch bereits in Kürze erhalten. Am 9. Mai 2015 hat die Raumsonde DAWN den zuvor eingenommenen Orbit für die RC3-Phase verlassen und nähert sich jetzt der Ceres-Oberfläche weiter an. Bereits am 6. Juni 2015 soll die Raumsonde dabei eine Umlaufbahn erreichen, auf der Ceres bis zum 30. Juni auf einer über die beiden Pole verlaufenden Umlaufbahn alle drei Tage in einer Entfernung von etwa 4.400 Kilometern umkreist werden wird.

Aus dieser Entfernung werden die Aufnahmen der Framing Camera eine Auflösung von etwa 400 Metern pro Pixel erreichen. Anschließend beginnt am 4. August 2015 der so genannte „High Altitude Mapping Orbit“ (kurz „HAMO“), bei dem die Framing Camera aus dann nur noch 1.470 Kilometern Entfernung auf Ceres blicken wird.

„Dieser Orbit ist für die Optimierung unseres dreidimensionalen Geländemodells besonders wichtig, denn man erkennt alle geologischen Formationen auf der Oberfläche des Zwergplaneten“, betont Prof. Jaumann die Bedeutung der dabei vorgesehenen Untersuchungen. Im abschließenden „Low Altitude Mapping Orbit“ (kurz „LAMO“) wird dann in erster Linie der Gammastrahlen- und Neutronendetektor GRAND an Bord der Raumsonde aus einer Entfernung von nur noch 375 Kilometern Daten sammeln, mit denen die chemische Zusammensetzung von Ceres analysiert werden soll.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
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• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

Der Beitrag Ceres: DAWN hat die erste Erkundungsphase beendet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, JPL.

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres (Raumfahrer.net berichtete). Seit diesem erfolgreichen Eintritt in das Gravitationsfeld von Ceres war es der Raumsonde jedoch zunächst nicht möglich, weitere Fotos von ihrem Forschungsziel anzufertigen. Da sich DAWN ihrem Ziel von dessen sonnenabgewandten Seite her annäherte, lag der Zwergplanet aus der Sicht der Raumsonde über mehrere Wochen hinweg im Dunkeln. Bereits die letzte Aufnahme der Raumsonde, welche noch vor der ‚Ankunft‘ bereits am 2. März 2015 entstand, zeigte Ceres nur noch als eine schmale Sichel.

„Dennoch haben wir die Zeit genutzt“, so Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der wissenschaftlicher Leiter des aus zwei identischen Optiken bestehenden Framing Camera-Experiments an Bord von DAWN. „Die Daten aus der Anflugphase auf Ceres enthalten bereits wertvolle Informationen, die wir nun weiter ausgewertet haben.“

Deshalb haben sich die Wissenschaftler des MPS in den vergangenen Wochen in erster Linie den Aufnahmen zugewandt, welche zuvor mit Hilfe der sieben Farbfilter des Kamerasystems angefertigt wurden. Diese Aufnahmen erlauben es, einzelne Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts, welches Ceres in das Weltall reflektiert, gesondert zu betrachten. Auf diese Weise werden Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberfläche deutlich, welche sich mit dem bloßen Auge nicht erkennen lassen. Aus diesen Daten erzeugten die beteiligten Wissenschaftler Falschfarbenkarten der Ceres-Oberfläche.

Diese Karten zeigen, dass sich die Oberflächenzusammensetzung des Zwergplaneten Ceres deutlich abwechslungsreicher gestaltet als das bloße Auge erkennen lässt. Welche Stoffe sich im reflektierten Licht bemerkbar machen, konnte bisher allerdings noch nicht geklärt werden. Die Karten verdeutlichen jedoch eindrucksvoll, dass sich die Oberfläche des Zwergplaneten offenbar aus verschiedenen Materialien zusammensetzt. Die Oberfläche besteht zwar überwiegend aus kohlenstoffreichen Materialen – die exakte Zusammensetzung variiert dabei jedoch regional. Dies deutet darauf hin, dass sich die Oberfläche von Ceres im Verlauf der vergangenen 4,6 Milliarden Jahre immer wieder verändert haben muss.

„Ceres war nicht bloß ein toter Brocken. Er war aktiv und die entsprechenden Prozesse führten dazu, dass heute verschiedene Materialien auf verschiedene Regionen verteilt sind“, so Christopher Russell von der University of California in Los Angeles, der wissenschaftlicher Leiter der DAWN-Mission.
„Ceres offenbart immer mehr, dass wir einen spannenden und vielfältigen Himmelskörper untersuchen“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. Für ihre weiteren Analysen benötigen die Wissenschaftler jedoch weiter Aufnahmen.

Neue Fotos von Ceres
In den vergangenen Wochen hat sich die Raumsonde DAWN dem Zwergplaneten immer weiter genähert und dabei schließlich auch eine Position erreicht, aus der sich der Framing Camera wieder ein lohnender Blick auf Ceres bot. Am 10. April konnte die Framing Camera wissenschaftlich relevante Aufnahmen anfertigen, welche aus einer Entfernung von rund 33.000 Kilometern auch erstmals die Nordpolregion von Ceres zeigten. Bis zum 23. April wird sich DAWN der Oberfläche von Ceres bis auf eine Distanz von dann nur noch 13.500 Kilometern nähern. Aus dieser Höhe heraus beginnt eine weitere wissenschaftliche Beobachtungs- und Kartierungsphase (bezeichnet als „RC3“ – kurz für „Rotation Characterization 3“). Bis zum 9. Mai sollen dabei rund 2.500 weitere Aufnahmen angefertigt werden, welche über eine Auflösung von etwa 1,3 Kilometern pro Pixel verfügen.

Das Rätsel der ‚Weißen Flecken‘
Aber bereits auf den während der letzten Tage angefertigten Aufnahmen, welche übrigens erstmals einen senkrechten Blick auf die Nordpolregion von Ceres ermöglichten, sind erneut mehrere der ungewöhnlichen Flecken zu erkennen, die sich deutlich von ihrer dunkleren Umgebung abheben. Zwei dieser Strukturen befinden sich in einem etwa 92 Kilometer durchmessenden Krater. Die Entdeckung dieser ‚weißen Flecken‘ auf Ceres stellte für die Planetologen eine kleine Sensation dar, denn bisher wurden vergleichbare Strukturen auf keinem anderen Himmelskörper unseres Sonnensystems beobachtet.

„Seit wir diese ausgesprochen hellen Flecken beobachten, haben sie sich nicht verändert“, so Prof. Jaumann. „Ihre Herkunft ist ein Rätsel. Bisher können wir über ihre Struktur oder Zusammensetzung noch nichts sagen. Eigentlich sind es zurzeit noch eher helle Punkte, die kleiner als vier Kilometer sein müssen.“ Erste Vermutungen der Wissenschaftler gehen dahin, dass es sich hierbei um direkt auf der Oberfläche befindliche Ablagerungen von Wassereis handeln könnte. Aber auch ein kryovulkanischer Ursprung wird für denkbar gehalten. Noch ist die Raumsonde DAWN zu weit entfernt, um die Form dieser Strukturen im Detail aufzulösen.

Allerdings konnte ein weiteres der insgesamt drei wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde – das im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitende „Visible and Infrared Mapping Spectrometer“ (kurz „VIR“) – bereits im Februar 2015 aus einer damaligen Entfernung von etwa 46.000 Kilometern zu Ceres erste Informationen zu den Temperaturen liefern, welche im Bereich dieser Flecke auf der Oberfläche von Ceres vorherrschen.

Einer der Flecken, von den Wissenschaftlern als „Spot 1“ bezeichnet, stellte sich dabei als ausgesprochen ‚kalt‘ heraus. Im Bereich des infraroten Lichts hebt es sich dunkel von seiner Umgebung ab und muss somit deutlich kälter als das umgebende Terrain sein. Während die Umgebung von dunklem Regolith-Staub bedeckt zu sein scheint, so eine Interpretation, könnte es sich bei dem Fleck um direkt an der Oberfläche abgelagertes Eis handeln. Die beiden eng beieinander liegenden Flecken im Inneren eines Kraters – bezeichnet als „Spot 5“ – verfügen dagegen in etwa über die gleiche Temperatur wie ihre Umgebung.

Durch die bis zum 9. Mai durchzuführenden Untersuchungen werden sich den Wissenschaftlern weitere Möglichkeiten für die Analyse dieser Flecken ergeben. Vielleicht, so Prof. Jaumann, lässt sich dann schon Genaueres zu der Natur dieser ungewöhnlichen weißen Flecken sagen.

Anschließend wird sich die Raumsonde DAWN der Oberfläche von Ceres noch weiter nähern. Aus einer Entfernung von 4.400 Kilometern soll dann ab dem 6. Juni über mehrere Wochen hinweg die Oberfläche von Ceres zunächst mit einer Auflösung von etwa 400 Metern pro Pixel abgebildet werden. Nach dem Abschluss dieser „Survey Phase“ wird sich DAWN der Oberfläche des Zwergplaneten nach dem derzeitigen Planungsstand bis zum 15. Dezember 2015 schrittweise auf bis zu 375 Kilometer nähern.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
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• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

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