Cassini-Mission

Rätsel um Saturnmond Iapetus gelöst

Wissenschaftler der Freien Universität Berlin veröffentlichten am 10. Dezember 2009 in der renommierten Wissenschaftszeitschrift Science gemeinsam mit Kollegen aus den USA und vom DLR in Berlin-Adlershof zwei Beiträge, in denen die bislang schlüssigste Erklärung für das seit über drei Jahrhunderten ungelöste Rätsel um die extreme Helligkeitsdichotomie (zwei völlig unterschiedliche Hemisphären) des Saturnmondes Iapetus gegeben wird. Hierfür wurden Bild- und Temperaturdaten verwendet, die von Instrumenten der internationalen Saturn-Mission Cassini-Huygens aufgenommen und gemessen wurden.
Diese beiden Gesamtansichten von Iapetus zeigen die extreme Helligkeitsdichotomie ("Hell-Dunkel-Zweiteilung") der Oberfläche dieses sonderbaren Saturnmondes. Während die Oberfläche der "Bugseite" in niederen und mittleren Breiten (linkes Bild) fast so schwarz wie Kohle ist, sind weite Teile der "Heckseite" fast so hell wie Schnee. Das dunkle Gebiet bedeckt etwa 40 Prozent der Oberfläche und wurde Cassini Regio genannt. Das nördliche helle Gebiet ist Roncevaux Terra, die südliche helle Region wurde Saragossa Terra genannt.

Diese beiden Gesamtansichten von Iapetus zeigen die extreme Helligkeitsdichotomie ("Hell-Dunkel-Zweiteilung") der Oberfläche dieses sonderbaren Saturnmondes. Während die Oberfläche der "Bugseite" in niederen und mittleren Breiten (linkes Bild) fast so schwarz wie Kohle ist, sind weite Teile der "Heckseite" fast so hell wie Schnee. Das dunkle Gebiet bedeckt etwa 40 Prozent der Oberfläche und wurde Cassini Regio genannt. Das nördliche helle Gebiet ist Roncevaux Terra, die südliche helle Region wurde Saragossa Terra genannt.

Aufnahmen der beiden Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 in den Jahren 1980 und 1981 sowie der Cassini-Sonde seit 2004 zeigen den genauen Verlauf dieser Helligkeits-Dichotomie auf der Oberfläche. Demnach reicht das dunkle Gebiet in Äquatornähe, das Cassini Regio genannt wurde, weit in die Heckseite (Antapex) von Iapetus hinein, während helles Material in Polnähe auch auf der Bugseite (Apex) zu finden ist. Tilmann Denk von der Freien Universität Berlin erläutert dazu: "Leichte Temperaturunterschiede begünstigen Sublimation von Wassereis vor allem auf der Bugseite. Dabei bleibt schwerflüchtiges dunkles Material zurück, welches sich durch Sonneneinstrahlung weiter erwärmt. Der Prozess verstärkt sich selbst, und nach etwa 1 bis 2 Milliarden Jahren sind die obersten Dezimeter praktisch eisfrei und sehr dunkel." Entscheidend für die Entstehung der Helligkeitsdichotomie in der beobachteten Form ist das Zusammenwirken mit einem zweiten Effekt, der in den Bilddaten entdeckt wurde. Aufgrund eines minimalen, aber permanenten Staubeinfalls auf der Iapetus-Bugseite, der eine leichte Farb- und Helligkeitsasymmetrie zur Folge hat, wirkt die thermisch bedingte Umverteilung des Wassereises nicht nur in Abhängigkeit vom lokalen Einfallswinkel der Sonnenstrahlung (also von den Breitengraden des Mondes), sondern auch in Abhängigkeit von den Längengraden und deshalb bevorzugt auf Iapetus' Bugseite.
Auf beiden Hemisphären von Iapetus sind Einschlagskrater die dominierende Geländeform. Das größte gut erhaltene Einschlagsbecken auf Iapetus heißt Turgis und weist einen Durchmesser von 580 Kilometern auf. Seine planetographischen Koordinaten sind 17 Grad nördliche Breite und 28 Grad westliche Länge; Turgis befindet sich am Ostrand der Cassini Regio und ist im linken Bild nahe des rechten Randes von Iapetus zu sehen. Das auffällige Becken auf der südlichen Heckseite (links unten im rechten Bild) heißt Engelier. Seine Koordinaten sind 41 Grad südliche Breite und 265 Grad westliche Länge, der Durchmesser beträgt 504 Kilometer. Bei der Entstehung von Engelier wurde in etwa die Hälfte von Gerin, einem weiteren großen Becken, zerstört. Gerin befindet sich bei 46 Grad südlicher Breite und 233 Grad westlicher Länge, der Durchmesser beträgt 445 Kilometer.

Die Tortelosa Montes sind ein Teil des gigantischen äquatorialen Bergrückens auf Iapetus, der in Cassini-Bildern vom 25. Dezember 2004 entdeckt wurde und im linken Bild als horizontale dünne Linie innerhalb der Cassini Regio sowie als deutliche Erhebung am linken Bildrand erkennbar ist. Der Bergrücken setzt sich auf der Heckseite fort (ganz rechts im rechten Bild), wo die hellen Westflanken der Carcassone Montes als auffällige weiße Flecken am Westrand der Cassini Regio zu erkennen sind.

Die Ursache für die extreme globale Hell-Dunkel-Zweiteilung auf Iapetus ist wahrscheinlich eine thermisch bedingte, sich selbst verstärkende, globale Umverteilung von Wassereis auf der Oberfläche, wie sie in der Veröffentlichung der Wissenschaftszeitschrift Science mit dem Titel "Formation of Iapetus' Extreme Albedo Dichotomy by Exogenically Triggered Thermal Ice Migration" (auf deutsch etwa: "Bildung der extremen Albedo-Dichotomie auf Iapetus durch thermisch bedingte und von außen beeinflusste Umverteilung von Eis") von John Spencer and Tilmann Denk beschrieben wird. Thermale Effekte wirken normalerweise vor allem breitengradabhängig, d.h. in den meisten Fällen sind die Polregionen eines atmosphärelosen planetaren Körpers kälter als die Äquatorgegenden, weil die Sonnenstrahlen nur noch schräg einfallen. Um den breitengradabhängigen Teil der Helligkeitsdichotomie auf Iapetus zu erklären, wird deshalb noch ein weiterer Mechanismus benötigt. Im Modell von Spencer und Denk trifft dunkler, rötlich gefärbter, nicht von Iapetus selbst stammender Staub vor allem auf die Bugseite auf. Dadurch bildet sich ein kleiner, aber entscheidender Helligkeits- und somit Temperaturunterschied zwischen der Bug- und der Heckseite aus, der ausreicht, dass der thermal bedingte, globale Umverteilungprozess des Wassereises in niederen und mittleren Breiten der Bugseite voll zum Tragen kommt, während er auf der Heckseite nur marginal abläuft. Weitere wichtige Randbedingungen für dieses Szenario sind die extrem langsame Eigenrotation von Iapetus (ein Tag dauert dort 1904 Stunden!), der große Abstand von Iapetus zur Sonne, die vergleichsweise geringe Größe und damit Gravitation von Iapetus sowie seine Außenposition innerhalb des regulären Mondesystems von Saturn.

Quelle: Pressemitteilung der FU Berlin
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