NASA-Methode: Wie Doppler-Effekt Untergrund-Ozean im Saturnmond verrät

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Die Monde der Gasriesen im Sonnensystem gelten noch nicht allzu lange als mögliche Heimat extraterrestrischen Lebens. Auf dem Saturnmond Enceladus glauben NASA-Forscher nun, einen Unterirdischen See entdeckt zu haben, der Leben möglich machen könnte.

Die Raumsonde Cassini und das Deep Space Network haben nun eindeutige Hinweise darauf geliefert, dass Enceladus einen großen Untergrund-See aus flüssigem Wasser beherbergt, was das Interesse der Forscher an ihm als möglichen mikrobiellen Lebensraum noch weiter bestärkt. Die Hypothese für solch ein unter-"irdisches" Wasservorkommen stellten die Forscher bereits 2005 auf, als die Cassini-Sonde Wasserfontänen und Eis beobachtete, das vom Südpol des Trabanten ins All geblasen wurde. Mit den neuen "geophysikalischen" Messungen über den inneren Aufbau von Enceladus liegen erstmals Daten vor, die mit einem Inneren Ozean von Enceladus zusammenpassen.

"Das würde dann auch eine mögliche Erklärung dafür abliefern, warum Wasser in Fontänen aus Spalten am Südpol schießt." sagte Co-Autor David Stevenson vom California Institute of Technology in Pasadena.

Messung wie bei Radar-Pistole, auf 90 Mikrometer/s genau

"Die Art, wie wir die Gravitationsveränderungen abgeleitet haben, ist das, was in der Physik Doppler Effekt genannt wird. Das gleiche Prinzip, wie es mit einer Radar-Pistole für Geschwindigkeitsmessungen verwendet wird." sagte Sami Asmar, Co-Autor der Veröffentlichung, vom NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien. "Wenn die Raumsonde an Enceladus vorbeifliegt, wird ihre Fluggeschwindigkeit in einem Maße beeinflusst, das abhängig ist von Veränderungen im Schwerefeld, welches wir versuchen zu vermessen. Wer registrieren die Geschwindigkeitsänderung durch die Änderungen in der Funkwellen-Frequenz, die die Bodenstationen hier und im ganzen Sonnensystem empfangen."

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Diese Technik der Auswertung der Funksignale zwischen Cassini und dem Deep Space Network erlaubt dabei eine Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung von weniger als ein Fuß pro Stunde (ca. 30 Zentimeter/h oder 90 Mikrometer pro Sekunde). Mit diesen Daten konnte eine Zone im Inneren unter dem Südpol des Eismondes mit einer höheren Dichte als andere Bereiche nachgewiesen werden.

Cassini ist 19 mal eng an Enceladus vorbeigeflogen. Diese Flyby genannten Bahnmanöver von 2010 bis 2012 brachten genaue Daten zu den Flugspuren. Veränderungen in diesem Schwerefeld wiederum, wie sie durch Berge auf der Oberfläche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung des Untergrundes entstehen, lassen sich dabei als Geschwindigkeitsänderung von der Erde aus messen.

Anomalie im Schwerefeld von Enceladus "zu klein"

Nun weist der Südpol von Enceladus eine Abflachung auf. Diese Delle müsste sich auch als Delle im Schwerefeld dort erweisen. Doch diese Abschwächung fällt geringer aus, als es das Ausmaß der dieser Abflachung des Geländes bewirken müsste. Daher schließen die Forscher, dass der Abschwächungseffekt von Material höherer Dichte unter der Oberfläche teilweise aufgehoben wird.

Die Daten über das Schwerefeld lassen einen großen, womöglich räumlichen Ozean mit einer Tiefe von etwa 10 Kilometern annehmen, der wiederum unter einem Eispanzer von 30-40 Kilometern Dicke liegt. Der unter der Mondoberfläche verborgene Ozean macht Enceladus damit zu einem der interessantesten Anwärter für mikrobielles Leben im Sonnensystem. Als die Cassini-Sonde 2004 den Saturn erreichte, stand der eisige Mond mit gerade mal 500 Kilometern Durchmesser noch bei Keinem auf der Liste dafür.

Die Kamera-Daten von der Abflachung stimmen nämlich nicht mit der Anomalie im Schwerefeld überein. Dichteres Material, sehr wahrscheinlich flüssiges Wasser, mit einer um sieben Prozent höheren Dichte als Eis. Aus der Stärke der Gravitationsanomalie leiteten die Forscher um Luciano von der Sapienza Universtity of Rome dann die Größe des Wasserreservoirs ab.

Auch wenn noch nicht sicher ist, ob die Wasser-Jets aus den Spalten am Südpol aus dem Untergrund-Ozean gespeist werden, halten die Wissenschaftler dies für sehr gut möglich. Die Bruchspalten könnten bis ins tiefe Innere des Mondes führen, der immer wieder aufgeheizt wird, was durch das ständige Durchkneten aufgrund der exzentrischen Umlaufbahn um den Saturn herrührt.

Organische Moleküle in Wasser: Enceladus als Habitat für Leben

"Was die Entdeckung von Wasserfahnen auf Enceladus durch Cassini so spannend macht, ist eben die Möglichkeit, dass sie von einer Feuchten Umgebung herstammen, die zugleich mikrobielles Leben beherbergen könnte. Das von den Jets am Südpol ausgestoßene Material enthält Salzwasser und organische Moleküle, das sind die chemischen Grundbausteine des Lebens.", sagt Linda Spilker, Cassini-Projektwissenschaftlerin am JPL. "Diese Entdeckung hat unsere Vorstellung von der "Habitablen Zone" innerhalb unseres Sonnensystems und Planeten anderer Sonnensysteme erweitert…"

Die Cassini-Huygens-Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der ESA sowie der italienischen Raumfahrtbehörde. Das JPL steuert dabei die Mission für die wissenschaftliche Missionsleitung der NASA in Washington.