Diese als Strömungsformationen bezeichneten Kanäle könnten auf Himmelskörpern entstehen, die aufgrund des extremen Vakuums im Weltraum für Flüssigkeiten nicht geeignet zu sein scheinen. Eine Pressemitteilung der NASA.
Quelle: NASA, JPL, 20. Dezember 2024.
(Bild: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)
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.
(Bild: NASA/JPL-Caltech)
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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