Wenn heutzutage über extraterrestrische Ocean Worlds, also planetaren Körpern welche einen gewissen Anteil an Wasser enthalten, gesprochen wird, denkt man vermutlich zuerst and die geologisch aktiven Monde Enceladus und Europa mit ihrer hellen Eiskruste und darunterliegenden Schichten flüssigen Wassers. Erst kürzlich vom Dawn Science Team gemachte Entdeckungen auf dem Zwergplaneten Ceres erfordern jedoch unsere Vorstellungen dessen was eine Ocean World ist und ausmacht zu überdenken.

Die kürzlich gemachten Entdeckungen wurden durch die hoch aufgelöste Aufnahme des geologisch jungen 92 km breiten Occator Kraters während Dawn‘s zweiter und finaler Missionsverlängerung (XM2) ermöglicht. Frühere Studien basierend auf geringer aufgelösten Bild- und Spektraldaten aus vorherigen Missionsphasen lieferten bereits einen Einblick in die chemische Zusammensetzung der einzigartigen hellen Ablagerungen genannt Cerealia Facula und Vinalia Faculae und deren geomorphologischen Kontext. Mit Hilfe der neu gewonnenen Daten welche die Faculae fast komplett bei räumlichen Auflösungen zwischen 3 und 6 m/px (etwa 10 Mal höher als noch während der nominalen Mission) im sichtbaren Wellenlängenbereich abdecken, konnten die Wissenschaftler vorherige Annahmen über einen kryovulkanischen Ursprung der Faculae und deren jüngste Aktivität bestätigen.

 

Als Überbleibsel einer Ocean World liefert Ceres einen Einblick in die Interaktion zwischen Ozean und Kruste gegen deren Lebensende

Bereits im Jahre 2004 beobachteten Wissenschaftler eine helle Region in Hubble Space Teleskop Bildern auf der ansonsten sehr dunkel erscheinenden Ceres mit einer für kohlige Chondrite oder C-Typ Asteroiden charakteristischen geringen Albedo von 0.09. Die Dawn Mission offenbarte dann, daß diese hellen Ablagerungen hauptsächlich aus Natriumkarbonat (Na₂CO₃) bestehen, einem Rückstand aus mit Salzen angereichertem Wasser, welches entlang von Bruchstrukturen an die Oberfläche gelangte und dort evaporierte. Jedoch war der Ursprung des flüssigen Wassers noch bis vor den XM2 Beobachtungen unbekannt.

Wie globale Analysen von Ceres Topografie und ihrer Gravitation zeigen, besitzt der Zwergplanet Gemeinsamkeiten mit anderen Ocean Worlds, speziell deren geschichtetes Inneres mit einem gesteinsreichen Mantel und einer wasserreichen Kruste. Dennoch zeigten Dawn Daten, daß der Mantel deutlich schwächer und von geringerer Dichte ist, als bei anderen Eismonden beobachtet wurde. Dies wurde als Beweis für die Anwesenheit von in eine Gesteinsmatrix eingebettete Salzlösungen interpretiert. Des Weiteren profitieren Eismonde von kontinuierlicher Gezeitenerwärmung hervorgerufen durch die gravitativen Interaktionen mit deren Planeten, während Ceres‘ Wärmehaushalt durch langlebige Radioisotope bestimmt ist. Abgesehen davon besitzt Ceres im Gegensatz zu den Eismonden, welche auch heute noch von Oberflächenneubildung geprägt sind, eine stark bekraterte Oberfläche.

Mit den nun hochaufgelösten Daten konnten Wissenschaftler eine mehrere hunderte Kilometer breite negative Gravitationsanomalie unterhalb des südöstlichen Randes des Occator Kraters nachweisen. In Kombination mit thermischen Modellierungen wurde diese Beobachtung als Interpretation für ein tief unter Occator liegendes Salzwasser Reservoir gesehen. Während dieses Salzwasser in der Regel nicht durch Ceres‘ 40 km mächtige Kruste migrieren, konnten sie hier entlang von Bruchstrukturen bis an die Oberfläche sickern.

Hinweise für rezente hydrothermale Aktivität aus spektralen und geomorphologischen Analysen

Weitere Hinweise für rezente kroyvulkanische Aktivität kommt von XM2 Daten des Visual and Infrared Mapping Spektrometer (VIR). Die neuen Daten welche den zentralen Dom Cerealia Facula (Cerealia Tholus) mit räumlichen Auflösungen von etwa 10 m/px abdecken (etwa 10 Mal höher als noch während der nominalen Mission) erlaubten dessen detaillierte kompositionelle Kartierung. Basierend auf diesen Daten konnten die VIR Wissenschaftler hydratisiertes Natriumchlorid auch Hydrohalit genannt (NaCl • 2H₂O), innerhalb des radialen Systems an Brüchen welche den zentralen Dom kreuzen, nachweisen. Modellierungen der Dehydratationsraten zeigen, daß die Lebensdauer von Hydrohalit weniger als 100 Jahre beträgt. Damit sind die innerhalb der Brüche gefundenen Ablagerungen die jüngste Manifestation kryovulkanischer Aktivität innerhalb des Occator Kraters.

Während das primäre Ziel der XM2 die Erforschung der Evolution des Occator Kraters mit Schwerpunkt auf den Faculae und deren Ursprung lag, deuten weitere innerhalb des Kraters entdeckte Formen auf hydrothermale und periglaziale Aktivität hin. Tausende isolierte, kleine helle Flecken, endogene Pits (Gruben) und Gräben konnten vor allem innerhalb der als Impakt Schmelze interpretierten geomorphologischen Einheiten auf den hochaufgelösten XM2 Daten entdeckt werden. Hochaufgelöste, stereophotogrammetrisch abgeleitete digitale Topographiemodelle erlaubten morphometrische Messungen der endogenen konischen, Pingo-ähnlichen Hügel (manchmal mit zentralen Depressionen und Brüchen). Pingo’s sind Hügel mit einem Kern aus Eis, welche auf der Erde durch das Aufsteigen und Ausfrieren unter Druck stehenden Wassers in Permafrost Regionen vorkommen.

Auf XM2 Daten basierte detaillierte Kartierungen des Inneren des Occator Kraters bestätigten und verfeinerten aus vorherigen Studien gewonnene Ergebnisse. Des Weiteren erlaubte die hohe Auflösung der XM2 Framing Camera Daten erstmals die Untersuchung kleiner Krater auf den jungen und kleinen geomorphologischen Einheiten. Die räumliche Dichte von Kratern wird unter anderem zur Bestimmung absoluter Modellalter planetarer Oberflächen verwendet. Obwohl die gemessenen Kraterstatistiken in Bildungsalter der Faculae von 2 bis 8 Millionen Jahren übersetzt werden konnten, besitzen diese Alter dennoch eine gewisse Unsicherheit aufgrund der Schwierigkeiten exakte Messungen kleiner Krater speziell auf den Einheiten, die einen starken Helligkeitskontrast aufweisen, durchzuführen, als auch der intrinsischen Unsicherheiten der Modelle selbst. Dennoch deutet bereits die räumliche Variation der Häufigkeit der sich auf den verschiedenen Einheiten angesammelten Einschlagskrater auf hydrothermale und tektonische Aktivität, welche deutlich nach dem Occator-formenden Einschlag stattgefunden hat.

Die entsprechenden Untersuchungen erschienen kürzlich in einer Sammlung von sieben auf Dawn XM2 Beobachtungen basierten Forschungs- und drei weiteren Artikeln in den Magazinen Nature Astronomy, Nature Geoscience und Nature Communications.

JPL, a division of Caltech in Pasadena, California, manages Dawn’s mission for NASA’s Science Mission Directorate in Washington. Dawn is a project of the directorate’s Discovery Program, managed by NASA’s Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama. JPL is responsible for overall Dawn mission science. Northrop Grumman in Dulles, Virginia designed and built the spacecraft. The German Aerospace Center, Max Planck Institute for Solar System Research, Italian Space Agency and Italian National Astrophysical Institute are international partners on the mission team.

Die Abbildung zeigt ein FC XM2-basiertes panchromatisches Bildmosaik (überlagert von FC LAMO-basierten RGB Daten) von Cerealia Tholus und den radialen Bruchstrukturen, welche Hydrohalit freigelegt haben.