Hinweise auf geothermische Aktivität innerhalb eisiger Zwergplaneten

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Ein vom Southwest Research Institute gemeinsam geleitetes Team fand Hinweise auf hydrothermale oder metamorphe Aktivität innerhalb der eisigen Zwergplaneten Eris und Makemake im Kuipergürtel. Auf ihren Oberflächen nachgewiesenes Methan weist verräterische Anzeichen einer warmen oder sogar heißen Geochemie in ihren Gesteinskernen auf, die sich deutlich von der Signatur des Methans eines Kometen unterscheiden.

„Wir sehen einige interessante Anzeichen heißer Zeiten an kühlen Orten“, sagte Dr. Christopher Glein vom SwRI, Experte für Planetengeochemie und Hauptautor eines Artikels über diese Entdeckung. „Ich kam zu diesem Projekt und dachte, dass große Kuipergürtel-Objekte (KBOs) antike Oberflächen haben sollten, die mit Materialien bevölkert sind, die vom ursprünglichen Sonnennebel stammen, da ihre kalten Oberflächen flüchtige Stoffe wie Methan speichern können. Stattdessen gab das James Webb Space Telescope (JWST) nach.“ Wir waren eine Überraschung! Wir fanden Hinweise darauf, dass thermische Prozesse Methan in Eris und Makemake erzeugen.

Der Kuipergürtel ist eine riesige donutförmige Region aus Eiskörpern jenseits der Neptunbahn am Rande des Sonnensystems. Eris und Makemake sind in ihrer Größe mit Pluto und seinem Mond Charon vergleichbar. Diese Körper entstanden wahrscheinlich früh in der Geschichte unseres Sonnensystems, vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Weit entfernt von der Hitze unserer Sonne galten KBOs als kalte, tote Objekte. Neu veröffentlichte Arbeiten aus JWST-Studien führten zu ersten Beobachtungen von Isotopenmolekülen auf den Oberflächen von Eris und Makemake. Bei diesen sogenannten Isotopologen handelt es sich um Moleküle, die Atome mit unterschiedlicher Neutronenzahl enthalten. Sie liefern Daten, die für das Verständnis der Planetenentwicklung nützlich sind.

Das JWST-Team hat die Zusammensetzung der Oberflächen der Zwergplaneten gemessen, insbesondere das Verhältnis von Deuterium (schwerer Wasserstoff, D) zu Wasserstoff (H) in Methan. Es wird angenommen, dass Deuterium beim Urknall entstanden ist und Wasserstoff der am häufigsten vorkommende Kern im Universum ist. Das D/H-Verhältnis auf einem Planetenkörper liefert Informationen über den Ursprung, die geologische Geschichte und die Entstehungswege wasserstoffhaltiger Verbindungen.

„Das moderate D/H-Verhältnis, das wir mit JWST beobachtet haben, täuscht über das Vorhandensein von Urmethan auf einer antiken Oberfläche hinweg. Urmethan hätte ein viel höheres D/H-Verhältnis“, sagte Glein. „Stattdessen deutet das D/H-Verhältnis auf geochemische Ursprünge des im tiefen Inneren produzierten Methans hin. Das D/H-Verhältnis ist wie ein Fenster. Wir können es gewissermaßen nutzen, um in den Untergrund zu blicken. Unsere Daten deuten auf erhöhte Temperaturen in der Tiefe hin.“ Gesteinskerne dieser Welten, damit Methan gekocht werden kann. Molekularer Stickstoff (N2) könnte ebenfalls produziert werden, und wir sehen es auf Eris. Heiße Kerne könnten auch auf mögliche Quellen flüssigen Wassers unter ihren eisigen Oberflächen hinweisen.“

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Wissenschaftler herausgefunden, dass eisige Welten eine viel stärkere innere Entwicklung aufweisen können, als bisher angenommen wurde. Hinweise auf unterirdische Ozeane wurden bei mehreren Eismonden wie dem Saturnmond Enceladus und dem Jupitermond Europa gefunden. Flüssiges Wasser ist einer der Schlüsselbestandteile bei der Bestimmung der potenziellen Bewohnbarkeit des Planeten. Die Möglichkeit von Wasserozeanen in Eris und Makemake ist etwas, das Wissenschaftler in den kommenden Jahren untersuchen werden. Wenn einer von ihnen bewohnbar ist, wäre er der am weitesten entfernte Planet im Sonnensystem, auf dem möglicherweise Leben möglich wäre. Die Suche nach chemischen Indikatoren für intern gesteuerte Prozesse ist ein Schritt in diese Richtung.

„Wenn Eris und Makemake in ihren Gesteinskernen warme oder sogar heiße Geochemie beherbergten oder vielleicht noch beherbergen könnten, könnten kryovulkanische Prozesse dann Methan an die Oberflächen dieser Planeten liefern, vielleicht in geologisch jüngerer Zeit“, sagte Dr. Will Grundy, ein Astronom am Lowell Observatory, einer von Gleins Co-Autoren und Hauptautor eines Begleitpapiers. „Wir haben ein Kohlenstoffisotopenverhältnis gefunden (13C/12C), was darauf hindeutet, dass die Oberfläche erst vor relativ kurzer Zeit wieder aufgetaucht ist.“

Diese Arbeit ist Teil eines Paradigmenwechsels in der Planetenwissenschaft. Es wird zunehmend erkannt, dass kalte, eisige Welten einem warm ums Herz sein können. Für diese Studie entwickelte Modelle deuten außerdem auf die Bildung geothermischer Gase auf dem Saturnmond Titan hin, der ebenfalls reichlich Methan enthält. Darüber hinaus unterstreicht die Schlussfolgerung unerwarteter Aktivitäten auf Eris und Makemake die Bedeutung interner Prozesse für die Gestaltung dessen, was wir auf großen KBOs sehen, und steht im Einklang mit den Ergebnissen bei Pluto.

„Nach dem Vorbeiflug von New Horizons am Pluto-System und mit dieser Entdeckung erweist sich der Kuipergürtel im Hinblick auf die Aufnahme dynamischer Welten als viel lebendiger, als wir es uns vorgestellt hätten“, sagte Glein. „Es ist noch nicht zu früh, darüber nachzudenken, ein Raumschiff an einem anderen dieser Körper vorbeifliegen zu lassen, um die JWST-Daten in einen geologischen Kontext zu stellen. Ich glaube, dass wir von den Wundern, die uns erwarten, verblüfft sein werden!“



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