Die Eiskristalle sind so winzig wie die Rußpartikel im Zigarettenrauch. Sie bilden ein superfeines Pulver, das weite Regionen von Enceladus bedeckt. Wie Schnee rieseln die Flöckchen vom schwarzen Himmel des Saturn-Trabanten. Und wie auf der Erde bildet sich daraus mancherorts eine dicke Schneedecke über der Kraterlandschaft. Stellenweise türmt sich die weiße Pracht 100 Meter hoch. Doch der Enceladus-Schnee stammt nicht aus Wolken, denn es gibt auf dem 504 Kilometer kleinen Mond keine nennenswerte Atmosphäre. Sein Ursprung liegt vielmehr im Mondinneren. Durch enge, kaminähnliche Öffnungen jagen die Miniflocken nach oben – schneller als die Kugel einer Kalaschnikow.
Von dieser exotischen Winterlandschaft berichtete kürzlich der US-amerikanische Forscher Paul Schenk auf einer Planetologen-Konferenz im französischen Nantes. Schenk war bei der Analyse der Fotos von der Raumsonde Cassini auf den Enceladus-Schnee gestoßen. Für die amerikanisch-europäische Sonde, die seit 2004 den Saturn umkreist, gehört Enceladus zu den wichtigsten Forschungsobjekten. Regelmäßig überfliegt sie dessen eisige Landschaften.
Dabei zeigte sich: Riesige Fontänen aus Eispartikeln und Wasserdampf schießen vom Südpol des kleinen Mondes kilometerhoch ins All (bild der wissenschaft 3/2006, „Eismond als Staubquelle” ). Doch trotz der schwachen Gravitation misslingt den meisten Partikeln die Flucht in den Weltraum. Sie fallen als Enceladus-Schnee zurück zur Oberfläche.
Rätselhafte Wärmequelle
Die Quelle dieses bizarren Phänomens sind mehrere jeweils über 130 Kilometer lange Bodenrisse, oder genauer: aktive Stellen in diesen Rissen. Diese Pforten in Enceladus’ Unterwelt sind ungewöhnlich warm. Stellenweise übersteigen die Temperaturen die der Umgebung um mehr als 100 Grad Celsius. Analysen, die letztes Jahr im Fachblatt Journal of Geophysical Research publiziert wurden, zeigen, dass dort noch mehr Wärme aus dem Untergrund dringt als bislang vermutet. Die Wärmeleistung beträgt 15 800 Megawatt – dreimal so viel wie in früheren Studien ermittelt. Fünf große Kernkraftwerke wären nötig, um die polare Unruheprovinz derart aufzuheizen.
Wie erzeugt der kleine Mond so viel Wärme? „Welche Prozesse dafür verantwortlich sind, bleibt ein großes Rätsel”, sagt Bernd Giese vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) in Berlin. Fest steht, dass die Sonne als Erklärung ausfällt: Enceladus erhält nur etwa ein Prozent der Sonnenwärme, mit der die Erde versorgt wird. Selbst Mittags wird es auf dem Eismond nicht wärmer als minus 200 Grad Celsius.
Auch die Zerfallswärme radioaktiver Elemente in der Tiefe von Enceladus reicht nach Meinung der Experten keineswegs aus, um die gesamte Wärmeleistung zu erklären. Doch obwohl die thermischen Vorgänge im Inneren noch ungeklärt sind – ihre Konsequenzen sind faszinierend. Denn aktuelle Analysen lassen kaum einen anderen Schluss zu: „Alles spricht für salzige Gewässer unter der Eiskruste von Enceladus”, sagt der Stuttgarter Physiker Frank Postberg.
Die Resultate gleich mehrerer Bordinstrumente Cassinis weisen in diese Richtung. Die Messungen, auf die sich Postberg stützt, stammen von dem CDA-Instrument „Cosmic Dust Analyzer”, dem Staub-Detektor. Das Gerät, das hauptsächlich am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg gebaut wurde, untersucht winzige Staubteilchen. Dabei geht es nicht um Staub, wie wir ihn aus dem Alltag kennen, sondern um Partikel, die nur wenige Mikrometer (Tausendstel Millimeter) groß sind und in vielen Gegenden des Sonnensystems umherschwirren. Der „Staub”, den CDA unter die Lupe nimmt, könnte durchaus auch Wassereis sein.
Gefangen im Eis
Schon 2009 hatten die Forscher verdächtige salzhaltige Eispartikel gemeldet, deren Ursprung sie dem vermuteten Gewässer in der Tiefe zuschrieben. Der Staub-Detektor hatte die Partikel im E-Ring des Saturns aufgespürt, also relativ weit von Enceladus entfernt. Dieser mit irdischen Teleskopen kaum sichtbare Ring wird durch das Eis aus den Fontänen gespeist. Wie sich herausstellte, enthielten rund sechs Prozent der Ringteilchen Natrium- und Kaliumsalze, die auf der Erde typisch für Meerwasser sind. Bereits damals deuteten die Forscher diese Teilchen als gefrorene Tröpfchen aus dem Tiefensee.
Im vergangenen Sommer erhärtete das Team um Postberg diese Theorie im Wissenschaftsjournal Nature mit neuen CDA-Daten: Als Cassini in nur 200 Kilometer Höhe über das rissige Südpol- eis hinwegraste, tauchte der Staub- Detektor direkt in die Fontänen aus Eispartikeln und Wasserdampf ein. Ergebnis: 75 Prozent von ihnen enthielten Salze – also wesentlich mehr als die Partikel im E-Ring. Was bedeutet diese Diskrepanz?
„Die meisten salzhaltigen Partikel sind so schwer, dass sie auf die Oberfläche von Enceladus zurückfallen. Sie schaffen es nicht bis zum E-Ring”, sagt Postberg. Er erklärt die Fontänen so: Am Südpol ist die Eiskruste von tiefen Brüchen und Spalten durchzogen. In einer bestimmten Tiefe ist die Temperatur hoch genug, um das Eis zu schmelzen. Dort löst das Wasser Salze aus dem Gestein. Wenn dieses Wasser durch Klüfte im Eis mit dem Weltraumvakuum in Kontakt gerät, entsteht ein Sog, der feinste Tröpfchen nach oben reißt. „Die Tröpfchen gefrieren schockartig und schießen ins All”, erklärt Postberg. Das Salz bleibt in diesen Eiskristallen eingefroren.
Wasser für Saturn
Schon früher hatte Cassini enthüllt, dass die Fontänen pro Sekunde etwa 250 Kilogramm Wasserdampf ausspucken. Nun fand ein europäisch-amerikanisches Astronomenteam mit dem Herschel-Weltraumteleskop heraus, dass die Dampf-Fontänen sogar den Saturn wässern. Der Dampf sammelt sich zunächst in einem riesigen Reifen entlang der Umlaufbahn des Eismonds. Trotz seiner Größe lässt sich dieser Torus nur schwer nachweisen, denn im sichtbaren Licht ist der Dampf transparent. Für die Infrarotsensoren des Weltraumteleskops ist das jedoch kein Problem, weil sie für Wasserdampf besonders empfindlich sind.
Der meiste Dampf verschwindet später für immer im All oder gefriert in den Saturnringen. Einige Wasser-Moleküle könnten es auch bis zu anderen Monden schaffen. Ein Teil des mobilen Nass endet auf jeden Fall in tieferen Schichten der Gashülle Saturns und gefriert dort zu Eis. Sichtbare Wolken können diese Eispartikel nicht bilden, dafür sind es zu wenig. Doch um die Dampfmenge in der Gashülle des Ringplaneten zu erklären, reichen schon drei bis fünf Prozent des Wasserausstoßes von Enceladus aus.
„Auf der Erde gibt es nichts Vergleichbares”, begeistert sich Paul Hartogh vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. „ In unsere Lufthülle gelangen keine nennenswerten Wassermengen aus dem All. Saturn ist der einzige Planet im Sonnensystem, der Wasser vom eigenen Mond bekommt.”
Wärme durch Gezeiten
Der heiße Südpol von Enceladus dürfte schon seit Jahrmillionen aktiv sein. Das lässt sich aus den Schneehöhen abschätzen. Doch die „Heizung” in der Tiefe bleibt rätselhaft. Möglicherweise spielen Gezeitenkräfte dabei eine entscheidende Rolle. Darauf weist die elliptische Bahnbewegung des Monds hin. Denn während Enceladus den Ringplaneten in knapp 33 Stunden einmal umrundet, verändert sich der Abstand zwischen beiden periodisch. Deshalb zerren Saturns Gezeitenkräfte beständig an dem Mond und kneten sein Inneres gleichsam durch. Doch für sich allein ist dieser Effekt wohl zu schwach, um die gesamte innere Wärme zu erklären.
Manche Forscher vermuten den Einfluss anderer Saturnmonde. Bernd Giese vom DLR hat sich zum Beispiel den Nachbarmond Dione näher angeschaut, der mit Enceladus Bahndrehimpuls austauscht. Enceladus Umlaufbahn wird dadurch elliptischer, was wiederum die Heizung in seinem Inneren verstärkt. Giese hat diesen Effekt genau untersucht. „Für die Wärmeströme vom Südpol ist dieser Effekt zu langsam und zu schwach”, lautet sein Ergebnis.
Blick unter das Eis
Um der ominösen Heizung auf die Schliche zu kommen, brauchen die Cassini-Forscher mehr Messdaten. Sie wollen versuchen, mit der Sonde gleichsam unter das Eis des Südpols zu spähen. Beim engsten Vorbeiflug überhaupt, nur 74 Kilometer über dem schneebedeckten Polgebiet, werden sie am 2. Mai die Frequenz der Funkwellen der Sonde genau analysieren. Denn mit dieser gut erprobten Technik lässt sich das Innere eines planetaren Körpers gut erkunden.
Zuvor soll bei zwei ebenfalls sehr nahen Passagen die Zusammensetzung der ausgestoßenen Gase und Eispartikel mit bislang höchster Genauigkeit gemessen werden. Dann wird der heiße Südpol von Enceladus hoffentlich sein Geheimnis preisgeben. Und vielleicht wird sich sogar der salzige Tiefensee unter der verschneiten Mondoberfläche nachweisen lassen. ■
Thorsten Dambeck ist Physiker und regelmäßiger bdw-Autor. Im März-Heft berichtete er über Meteoritenkrater auf der Erde.
von Thorsten Dambeck
