Der Schwarz-Weiss-Mond

Der ferne Saturnmond steckt voller Rätsel: Eine Seite ist weiß, die andere von einer rätselhaften schwarzen Substanz bedeckt, ein Wulst zieht sich über seinen Äquator, und auf der dunklen Seite des Himmelskörpers verbirgt sich ein Einschlagbecken, das mit 800 Kilometer Durchmesser zu den größten im Sonnensystem zählt – auf der Erde gibt es nichts Vergleichbares. Die Rede ist von dem Saturnmond Iapetus, benannt nach einem der Titanen aus der griechischen Mythologie. Zweimal hat ihn die Raumsonde Cassini ins Visier genommen: zuerst aus der Ferne am Anfang der Mission am 1. Januar 2005 (in 123 000 Kilometer Abstand) und noch einmal am 10. September 2007. Der Vorbeiflug im vergangenen Herbst hatte es in sich: Mit ihren Messfühlern und Kameras näherte sich die Raumsonde dem Mond bis auf 1640 Kilometer. Niemals zuvor gab es eine bessere Gelegenheit für gestochen scharfe Iapetus-Fotos. Die Forscher konnten damit endlich den geheimnisvollen Schleier des mysteriösen Monds ein wenig heben. Iapetus hatte schon seinen Entdecker irritiert. Als Giovanni Cassini, der Namenspatron der NASA-Sonde, den Saturn-Trabanten erstmals 1671 erspähte, sah der italienische Astronom im Fernrohr alsbald etwas Sonderbares: Nur auf einer Saturnseite war der Mond deutlich zu erkennen, auf der anderen Seite dagegen kaum – er blieb sogar teilweise unsichtbar.

WEISS WIE SCHNEE

Das Wechselspiel lässt sich dadurch erklären, dass Iapetus eine zweigeteilte Oberfläche besitzt. Heute weiß man: Die eine Hemisphäre des 1460 Kilometer großen Monds ist weiß wie Schnee. Sie reflektiert rund 60 Prozent des Sonnenlichts. Auf der anderen Seite, die beim Saturnumlauf immer in „Flugrichtung” zeigt, werden dagegen 96 Prozent des Lichts verschluckt.

Die lichtschwachen Bilder der Cassini-Sonde haben Bernd Giese und seine Kollegen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt jetzt ausgewertet. Sie benutzten dazu eine Stereobildtechnik, mit der dieselben Iapetus-Geländestücke aus zwei verschiedenen Betrachtungswinkeln abgebildet wurden. Stück für Stück entstand so im Computer des Berliner Planetenphysikers ein Höhenmodell der dunklen Mondseite. Dabei kam ein riesiger Krater zum Vorschein. „ Es handelt sich um ein großes Einschlagbecken von rund 800 Kilometern Durchmesser”, sagt Giese. „Trotz seiner Ausmaße ist es auf den Fotos nicht zu erkennen – die Hell-Dunkel-Unterschiede der Oberfläche maskieren diese Struktur.” Das Becken ist, abgesehen von dem 2500 Kilometer großen Aitken-Basin auf dem Erdmond, das größte im gesamten Sonnensystem. Sein Kraterwall überragt die Umgebung stellenweise um 10 Kilometer, zwischen Wall und Kraterboden sind es mitunter sogar 14 Kilometer. Experten schätzen das Alter des Beckens auf 4,4 bis 4,5 Milliarden Jahre. Es wäre demnach in der Frühphase des Sonnensystems entstanden. Damals schwirrten noch viele große Brocken umher, heftige Kollisionen waren häufig im All. Dass es nach so langer Zeit überhaupt noch auszumachen ist, liegt an der sehr geringen Dichte von Iapetus. Sie liegt mit 1,08 Gramm pro Kubikzentimeter kaum über der von Wasser. „Das bedeutet, dass vergleichsweise wenige schwere radioaktive Elemente im Inneren des Trabanten einst für Aufheizung sorgten”, erklärt Giese. Die Folge: Der Mond kühlte in seiner Jugend schnell ab und außen bildete sich eine dicke Lithosphäre. Diese spröde Schicht aus Eis und Gestein war zu der Zeit, als das Becken entstand, bereits 50 bis 100 Kilometer dick, schätzt Giese. Die mächtige Lithosphäre konnte den gewaltigen Wall des Impaktbeckens gut tragen – und deshalb blieb das Relief bis heute erhalten.

Uralte Kruste

Ebenso alt ist Iapetus’ einzigartiger Berggürtel. Bis zu 20 000 Meter hoch und an seiner Basis bis 70 Kilometer breit umspannt der Gebirgsrücken den Äquator. Aus der Ferne betrachtet ähnelt der Mond deshalb einer Walnuss. Die sonderbare Struktur ist nicht überall gleich stark ausgeprägt – an manchen Stellen ist sie sogar unterbrochen. Tilmann Denk von der Freien Universität Berlin und seine Kollegen hatten den Gürtel bereits im Jahr 2000 auf alten Voyager-Bildern erspäht. Auf den jüngsten Cassini-Fotos ist klar zu erkennen, dass der Berggürtel stark von Kratern zernarbt ist – ein klares Zeichen für sein hohes Alter. Wie er genau entstand, ist rätselhaft. Die Planetenforscher debattieren über sehr unterschiedliche Szenarien, verursacht durch Vulkanismus oder tektonische Prozesse. Und Wing-Huen Ip von der staatlichen Zentral-Universität Taiwan schlug vor, dass Eis- und Steintrümmer eines ehemaligen Rings um den Proto-Iapetus auf den Mond abgestürzt wären und so den Berggürtel erzeugt hätten.

Giese überzeugt diese Idee nicht, denn dann hätte es damals um Iapetus eine dichte Atmosphäre geben müssen, die die Ringtrümmer abgebremst hätte – doch von einer solchen Gashülle fehlt heute jede Spur. Außerdem zeigen die neuen hochauflösenden Fotos einen trapezförmigen Querschnitt des Rückens. Das widerspricht Ips Hypothese: Abgestürzte Trümmer hätten diese Form nicht erzeugen können. Möglicherweise stammt der obskure Gürtel bereits aus der Zeit, als der junge Iapetus sich noch schnell um seine eigene Achse drehte. Das wichtigste Indiz für eine solche rasante Rotation: Iapetus ist stark abgeplattet – sein äquatorialer Durchmesser ist rund 35 Kilometer größer als der polare.

Julie Castillo-Rogez vom kalifornischen Jet Propulsion Laboratory und ihre Kollegen haben mit einer Modellrechnung versucht, die Entwicklung des Monds nachzuvollziehen. Sie gehen davon aus, dass der Mond einst in weniger als 16 Stunden um seine Achse wirbelte – heute benötigt er dafür mehr als 79 Tage. Die Fliehkräfte der raschen Rotation hätten demnach für die Abplattung gesorgt. Obwohl die Eigendrehung sich später verlangsamte, blieb nach dieser Hypothese die abgeplattete „ fossile” Figur des Monds bis heute erhalten, denn Iapetus erkaltete und erstarrte so schnell, dass seine Form den geringer werdenden Fliehkräften nicht folgen konnte. Für die drastische Abbremsung machen die Forscher die Gezeitenkräfte verantwortlich, die Saturn beständig auf seinen Trabanten ausübt. Doch die meisten Saturnmonde leuchten hell, Wassereis dominiert auf ihren Oberflächen. Woher stammt also das dunkle Material auf Iapetus?

DER GLEICHE FINGERABDRUCK

Eine beliebte Hypothese: Es kam von außen. Bereits 1974 glaubte der US-Astronom Steve Sauters die Quelle gefunden zu haben: Er tippte auf den äußeren Saturnmond Phoebe, dessen Oberfläche ebenfalls sehr dunkel ist. Cassini passierte den 220 Kilometer großen Brocken im Juni 2004 – noch bevor die Sonde in eine Saturn-Umlaufbahn eintrat. Mit dem VIMS-Instrument („Visual Infrared Spectrometer”) hofften die Forscher die chemische Natur der Phoebe-Oberfläche zu entschlüsseln. Und tatsächlich: Sie fingen den gleichen spektralen Fingerabdruck auf, den VIMS später auf der dunklen Seite des Iapetus registrierte. Bewiesen ist Sauters Hypothese trotzdem nicht. Denn bei weiteren Mondpassagen stellte sich heraus, dass der dunkle Stoff im Saturnsystem weit verbreitet ist: Auch auf den Monden Dione, Hyperion und Epimetheus wurde VIMS fündig. Außerdem berichteten amerikanische und deutsche Forscher jüngst in der Sonnensystem-Fachzeitschrift „ Icarus”, dass die Spektren des schmalen F-Rings an der Außenkante der Saturnringe auf diesen Stoff hinweisen. Die Herkunftsfrage ist also noch immer offen, genau wie die chemische Natur des Dunkelstoffs.

Fest steht nur, dass er wie eine schwarze Decke auf dem hellen Eis liegt. Nahaufnahmen zeigen, dass ihn nur wenige kleine Meteoriten durchschlagen haben: Dort lugt das grelle Eis hervor. Die Dunkelschicht ist stellenweise einige Meter dick, meist jedoch viel dünner, schätzt DLR-Forscher Ralf Jaumann aus Berlin. Das Alter der Schwärzung liegt noch immer im Dunkeln: Sie könnte sehr langsam entstanden sein, doch ein kurzer Prozess ist ebenfalls denkbar. Jaumann: „Wenn es schnell ging, kann es jederzeit in der Geschichte des Saturnsystems passiert sein – vielleicht vor Milliarden Jahren oder erst vor Kurzem. Wir wissen es nicht.” ■

Von Thorsten Dambeck