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Mittwoch, 24. März 2010

Schneefall auf Saturnmond Enceladus

In der Gegenlichtaufnahme werden dünne Streifen von hellem, eisigem Material sichtbar, die sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns erstrecken | Copyright: NASA/JPL/Space Science Institute

Heidelberg/ Deutschland - Am Südpol des Saturnmondes Enceladus speien gewaltige Geysire Eispartikel und Wasserdampf mit großem Druck ins All und speisen damit den sogenannten E-Ring des markanten Ringsystems um den Gasplaneten. Jetzt haben Forscher hinzu herausgefunden, dass ein Teil der Partikel obendrein für leichten Schneefall auf dem Mond sorgen.

Nachdem sich in letzter Zeit die Anzeichen für einen flüssigen Wasserozean unter der eisigen Kruste des Mondes häufen (...wir berichteten, s. Links), in dem Astrobiologen auch außerirdisches Leben erhoffen, sorgt Enceladus mit seinem neuentdeckten Schneefall nun erneut für wissenschaftliches Interesse.

Während die schnellen Partikel der Anziehungskraft des Mondes entkommen und im E-Ring des Saturns landen, wird der Großteil der Eisteilchen von Enceladus wieder eingesammelt, und sorgen für leichten Schneefall in der Umgebung der Geysire. Das fanden Forscher des "Max-Planck-Instituts für Kernphysik" (MPIK, mpi-hd.mpg.de) mit ihrem Staubdetektor an Bord der NASA/ESA-Raumsonde Cassini heraus die sie mit Modellberechnungen der Raumsonde verglichen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher um Sascha Kempf aktuell im Fachjournal "Icarus" (206, 446-457, 2010) publiziert.

"Unsere Daten lieferten unerwartete Details darüber, wie der Ring mit Material versorgt wird. Mit unseren Modellrechnungen und Simulationen konnten wir auch den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire ableiten", erläutert Kempf.

Sowohl die Produktionsraten der Eisgeysire als auch die dynamischen Eigenschaften der Eispartikel variieren demnach erheblich. "Die meisten der ausgestoßenen Teilchen werden von Enceladus während der folgenden zwei Umläufe um Saturn wieder eingesammelt, während die restlichen Teilchen vermutlich 50 bis 400 Jahre im Ring bleiben", berichten die Forscher in der Pressemitteilung des MPIK.

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Bei den ungefähr senkrechten Durchflügen der Sonde durch den E-Ring fanden die Wissenschaftler auf den ersten Blick die erwartete glatte Glockenkurve für die Verteilung der Teilchen mit dem Maximum in der Mitte und Ausdünnen nach oben und unten. Unerwartete Spitzen in der Verteilung - vor allem in der Nähe von Enceladus - erwiesen sich bei genauerer Untersuchung nicht etwa als statistische Fluktuationen, sondern als echt und spiegeln den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire wider. Die Aktivität jedes einzelnen Geysirs ist in der vertikalen Struktur des Rings abgebildet. Die Stärke der Spitzen zeigt, dass einige Geysire mehr ausstoßen als andere; dadurch verraten sich ihre Auswürfe auch noch in großer Entfernung.

Die Berechnungen der Teilchenflugbahnen ergaben, dass größere Partikel mit Durchmessern über 0,7 Mikrometer (tausendstel Millimeter) nur dann dauerhaft von Enceladus in den E-Ring entkommen können, wenn sie deutlich schneller sind als 207 Meter pro Sekunde - der Fluchtgeschwindigkeit von der Enceladusoberfläche. Dagegen werden kleinere Teilchen von den elektromagnetischen Kräften im rotierenden Magnetfeld des Saturns mitgerissen und können auf diese Weise leichter von Enceladus entkommen; dort vorhandene Ionen laden die zunächst neutralen Teilchen auf.

Das Modell der Forscher liefert auch Aussagen darüber, wo und wie viel des Auswurfmaterials der Eisgeysire als Schneefall auf der Enceladusoberfläche niedergeht: Unabhängig von ihrer Größe landen die meisten Eispartikel in unmittelbarer Nähe der Schlote in der sogenannten Tigerstreifenregion im Südpolargebiet. Dort wächst die Schneedecke jährlich allerdings nur um einen halben Millimeter.

Frühere optische Messungen der Raumsonde Cassini ergaben, dass die Eiskörnchen auf der Enceladusoberfläche am Südpol erheblich größer sind als die von den Geysiren ausgestoßenen Teilchen. Außerdem nimmt ihre Größe mit zunehmendem Abstand von den Tigerstreifen ab. Das wiederum lasse sich durch physikalische Vorgänge auf der Oberfläche erklären: "Kleine Körnchen wachsen durch Umkristallisieren oder Zusammenbacken unter dem Einfluss lokaler Wärme; andererseits schlagen Mikrometeoriten Körner aus der Eisoberfläche."

Weitere Messungen bei zukünftigen Durchflügen durch den E-Ring und nahen Vorbeiflügen an Enceladus während der erst kürzlich verlängerten Cassini-Mission (...wir berichteten) sollen den Forschern helfen, mögliche Variationen in der Aktivität der Eisgeysire zu entdecken. Mit den Kameras und Spektrometern sollen dann die Farben der einzelnen Fontänen analysiert werden, um die Größenverteilung der Eispartikel darin zu bestimmen.

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / www.mpi-hd.mpg.de
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