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: NASA, JPL, SWRI, 12. Dezember 2024.

12. Dezember 2024 – Wissenschaftler der NASA-Mission Juno am Jupiter haben entdeckt, dass die Vulkane auf dem Jupitermond Io wahrscheinlich jeweils von einer eigenen Kammer mit heißem Magma gespeist werden und nicht von einem Ozean aus Magma. Diese Entdeckung löst ein 44 Jahre altes Rätsel über die unterirdischen Ursprünge der auffälligsten geologischen Merkmale des Mondes.

Ein Artikel über den Ursprung des Vulkanismus auf Io wurde am Donnerstag, dem 12. Dezember, in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, und die Ergebnisse sowie weitere wissenschaftliche Erkenntnisse über Io wurden während einer Pressekonferenz in Washington auf der Jahrestagung der American Geophysical Union, der größten Versammlung von Erd- und Weltraumwissenschaftlern des Landes, diskutiert.

Io ist etwa so groß wie der Erdmond und gilt als der vulkanisch aktivste Körper in unserem Sonnensystem. Der Mond beherbergt schätzungsweise 400 Vulkane, die in scheinbar ununterbrochenen Eruptionen Lava und Rauchfahnen ausstoßen, die zur Bedeckung der Mondoberfläche beitragen.

Obwohl der Mond am 8. Januar 1610 von Galileo Galilei entdeckt wurde, wurde vulkanische Aktivität dort erst 1979 entdeckt, als die Bildwissenschaftlerin Linda Morabito vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien zum ersten Mal eine Vulkanfahne auf einem Bild der Raumsonde Voyager 1 der Agentur identifizierte.

„Seit Morabitos Entdeckung haben sich die Planetenforscher gefragt, wie die Vulkane von der Lava unter der Oberfläche gespeist werden“, so Scott Bolton, leitender Forscher von Juno am Southwest Research Institute in San Antonio. „Gab es einen flachen Ozean aus weißglühendem Magma, der die Vulkane speiste, oder war ihre Quelle eher lokal begrenzt? Wir wussten, dass die Daten der beiden sehr nahen Vorbeiflüge von Juno uns Aufschluss über die Funktionsweise dieses geplagten Mondes geben könnten.“

Die Raumsonde Juno flog im Dezember 2023 und im Februar 2024 extrem nah an Io vorbei und kam dabei bis auf etwa 1.500 Kilometer an die Oberfläche des pizzaähnlichen Mondes heran. Während dieser Annäherungen kommunizierte Juno mit dem Deep Space Network der NASA und sammelte hochpräzise Doppler-Daten, die zur Messung der Schwerkraft von Io verwendet wurden, indem man verfolgte, wie diese die Beschleunigung der Sonde beeinflusste. Was die Mission bei diesen Vorbeiflügen über die Schwerkraft des Mondes erfuhr, führte zu der neuen Veröffentlichung, da sie mehr Details über die Auswirkungen eines Phänomens namens Tidal Flexing enthüllte.

Prinz der jovianischen Gezeiten

Io ist dem Riesen Jupiter extrem nahe, und seine elliptische Umlaufbahn lässt ihn alle 42,5 Stunden einmal um den Gasriesen herumschwingen. Mit der Entfernung ändert sich auch die Anziehungskraft des Jupiters, was dazu führt, dass der Mond unaufhörlich gequetscht wird. Das Ergebnis: ein extremer Fall von Gezeitenbiegung – Reibung durch Gezeitenkräfte, die im Inneren Wärme erzeugt.

„Diese ständige Verformung erzeugt immense Energie, die Teile des Inneren von Io buchstäblich zum Schmelzen bringt“, so Bolton. „Wenn Io einen globalen Magma-Ozean hat, wussten wir, dass die Signatur seiner Gezeitenverformung viel größer sein würde als bei einem starren, überwiegend festen Inneren. Abhängig von den Ergebnissen der Juno-Sondierung des Schwerefelds von Io könnten wir also feststellen, ob sich unter der Oberfläche ein globaler Magmaozean verbirgt.“

Das Juno-Team verglich die Doppler-Daten der beiden Vorbeiflüge mit den Beobachtungen früherer Missionen der Agentur zum Jupitersystem und von Bodenteleskopen. Sie fanden Gezeitendeformationen, die darauf schließen lassen, dass es auf Io keinen flachen globalen Magmaozean gibt.

„Die Entdeckung von Juno, dass die Gezeitenkräfte nicht immer einen globalen Magmaozean erzeugen, veranlasst uns nicht nur dazu, unser Wissen über das Innere von Io zu überdenken“, sagte der Hauptautor Ryan Park, ein Juno-Ko-Investigator und Leiter der Solar System Dynamics Group am JPL. „Es hat Auswirkungen auf unser Verständnis anderer Monde, wie Enceladus und Europa, und sogar auf Exoplaneten und Supererden. Unsere neuen Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, unser Wissen über die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu überdenken.“

Es gibt noch mehr Wissenschaft am Horizont. Am 24. November unternahm die Sonde ihren 66. wissenschaftlichen Vorbeiflug an den geheimnisvollen Wolken des Jupiters. Die nächste Annäherung an den Gasriesen wird am 27. Dezember um 12:22 Uhr EST stattfinden. Zum Zeitpunkt des Vorbeiflugs, wenn Junos Umlaufbahn dem Zentrum des Planeten am nächsten ist, wird sich die Sonde etwa 3.500 Kilometer (2.175 Meilen) über den Wolken des Jupiters befinden und seit ihrem Eintritt in die Umlaufbahn des Gasriesen im Jahr 2016 645,7 Millionen Meilen (1,039 Milliarden Kilometer) zurückgelegt haben.

Mehr über Juno

JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, Kalifornien, leitet die Juno-Mission im Auftrag des Hauptforschers Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio. Juno ist Teil des NASA-Programms New Frontiers, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, für das Science Mission Directorate der Behörde in Washington geleitet wird. Die italienische Raumfahrtbehörde (ASI) hat den Jovian InfraRed Auroral Mapper finanziert. Lockheed Martin Space in Denver baute und betreibt die Sonde. Verschiedene andere Einrichtungen in den USA haben mehrere der anderen wissenschaftlichen Instrumente auf Juno zur Verfügung gestellt.

Weitere Informationen über Juno finden Sie unter: https://science.nasa.gov/mission/juno

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Juno – Mission beim Jupiter

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