Salzhaltige Eispartikel am Saturn

Vorgänge am Saturn im Labor nachgestellt

Modell des Ozeans auf dem Saturnmond Enceladus: Minerale aus dem Gestein werden im Wasser gelöst (unten), versprühte Tröpfchen gefrieren sofort (Mitte), werden während der Passage durch den Spalt in der Eiskruste von zusätzlich anfrierendem Wasserdampf umhüllt und dann als Staubteilchen ausgestoßen (oben).

Modell des Ozeans auf dem Saturnmond Enceladus: Minerale aus dem Gestein werden im Wasser gelöst (unten), versprühte Tröpfchen gefrieren sofort (Mitte), werden während der Passage durch den Spalt in der Eiskruste von zusätzlich anfrierendem Wasserdampf umhüllt und dann als Staubteilchen ausgestoßen (oben).

Zur richtigen Interpretation der Messergebnisse haben wesentlich die Göttinger Wissenschaftler beigetragen. Denn die Eisteilchen im Saturnring offenbarten eine zunächst überraschende Vielfalt an Natriumverbindungen: Teilchen mit geringer Natriumkonzentration zeigten von Wassermolekülen umgebene Natriumionen, Teilchen mit hoher Natriumkonzentration Verbindungen mit Hydroxid, Chlorid und Karbonat. Wie dieser Unterschied zustande kommt, war zunächst völlig unklar.

"In unseren Experimenten mit Wasser und Natrium haben wir im Labor die Vorgänge am Saturn seit Jahren nachgestellt - ohne es zu wissen", sagt Udo Buck vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. Denn eigentlich erforschte der Wissenschaftler bisher die grundlegenden Prinzipien der Clusterphysik. Dafür beschoss er im Vakuum einzelne Wassercluster - mikroskopische Klumpen aus wenigen Wassermolekülen - mit Natriumatomen. Die Verbindungen, die dabei entstanden, konnte Buck genau untersuchen.

Zusammen mit Forschern der Universität Göttingen simulierten die Wissenschaftler die Bedingungen auf Enceladus. Mit einem Laser zerstäubten sie einen Wasserstrahl, der verschiedene Konzentrationen von Natriumchlorid und Natriumcarbonat enthielt. "Der Wasserstrahl übernimmt dabei die Rolle des Ozeans, der Laser simuliert die Ladungstrennung beim Einschlag auf den Detektor", erläutert Buck. Bei ungefähr je einem Prozent Natriumchlorid und Natriumcarbonat stimmten die Ergebnisse der Laborexperimente mit denen des CDA auf der Raumsonde Cassini perfekt überein. Modellrechnungen der Arizona State University für einen Ozean zwischen der Eiskruste und dem felsigen Kern des Enceladus ergaben sehr ähnliche Konzentrationen.

"Vermutlich versprühen aufsteigende Gasblasen unter einem Vulkanschlot Salzwassertröpfchen, die gefrieren, während sie durch den Kanal an die Oberfläche transportiert werden", sagt Frank Postberg. Diese Eispartikel stammten aus einem Reservoir, das in Kontakt mit dem Ozean zwischen Eiskruste und Gesteinskern steht, und enthielten deshalb viel Natrium. Andere Partikel entstünden aus dem Wasserdampf oberhalb des Reservoirs und seien arm an Salzen. Postberg: "Einzelne Eisvulkane sind jahrelang aktiv und stoßen so viel Dampf aus, dass wir die Wasseroberfläche unter einem großen Dampfreservoir in einer Höhle mit kaminartigem Schlot annehmen müssen."

Quelle: Max Planck Gesellschaft (MPG)
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