Überraschende Entdeckung auf den beiden Zwergplaneten Eris und Makemake, die weit draußen im Kuiper Gürtel ihre Bahn um die Sonne ziehen. Auf deren Oberflächen wurde Methaneis unbekannter Herkunft nachgewiesen.
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Der Kuipergürtel ist eine nach Gerard Peter Kuiper benannte ringförmige, relativ flache Region, die sich im Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 50 Astronomischen Einheiten (AE) nahe der Ekliptik erstreckt und schätzungsweise mehr als 70.000 Objekte mit mehr als 100 km Durchmesser sowie viele kleinere Objekte enthält. Kometen haben ihren Ursprung in diesen eisigen Weiten des Sonnensystems.
Eris und Makemake; Source: Southwest Research Institute
Eris und Makemake sind zwei Objekte im Kuipergürtel, von der Größe her vergleichbar mit Pluto und seinem Mond Charon. Diese Körper entstanden wahrscheinlich schon früh in der Geschichte unseres Sonnensystems, vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Weit entfernt von unserer Sonne hielt man diese Kuiper Belt Objekte (KBOs) für kalte, tote Eiswelten.
Neu veröffentlichte Arbeiten aus JWST-Studien lieferten die ersten Beobachtungen von Isotopenmolekülen auf den Oberflächen von Eris und Makemake. Diese so genannten Isotopologen sind Moleküle, die Atome mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen enthalten. Sie liefern Daten, die für das Verständnis der Planetenentwicklung nützlich sind.
Ein Team unter der Leitung des Southwest Research Institute hat Hinweise auf hydrothermale oder metamorphe Aktivitäten auf den eisigen Zwergplaneten Eris und Makemake im Kuiper-Gürtel gefunden. Das auf ihren Oberflächen entdeckte Methan weist, laut dieser Mitteilung, die verräterischen Anzeichen einer warmen oder sogar heißen Geochemie in ihren Gesteinskernen auf, die sich deutlich von der Signatur von Methan aus einem Kometen unterscheidet.
Geothermische Prozesse; Source: Southwest Research Institute
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Wissenschaftler haben das James Webb Weltraumteleskop verwendet, um die Objekte zu beobachten. "Wir sehen einige interessante Anzeichen für heiße Zeiten an kühlen Orten", sagt Dr. Christopher Glein vom SwRI, Experte für planetare Geochemie und Hauptautor eines Artikels über diese Entdeckung. "Ich bin in diesem Projekt davon ausgegangen, dass große Kuiper-Gürtel-Objekte (KBOs) uralte Oberflächen haben sollten, die aus Materialien des ursprünglichen Gasnebels, aus dem sich die Planeten bildeten, bestehen, da ihre kalten Oberflächen flüchtige Stoffe wie Methan bewahren können. Stattdessen hat uns das James Webb Space Telescope (JWST) eine Überraschung beschert! Wir fanden Hinweise auf thermische Prozesse, die Methan im Inneren von Eris und Makemake erzeugen."
Das JWST-Team hat die Zusammensetzung der Oberflächen der Zwergplaneten gemessen, insbesondere das Verhältnis von Deuterium (schwerer Wasserstoff, D) zu Wasserstoff (H) in Methan. Man nimmt an, dass Deuterium im Urknall entstanden ist, und Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Das D/H-Verhältnis auf einem Planetenkörper gibt Aufschluss über den Ursprung, die geologische Geschichte und die Entstehung von wasserstoffhaltigen Verbindungen.
"Das moderate D/H-Verhältnis, das wir mit JWST beobachtet haben, spricht gegen die Anwesenheit von primordialem Methan auf einer alten Oberfläche. Ursprüngliches Methan würde ein viel höheres D/H-Verhältnis aufweisen", sagte Glein. "Stattdessen deutet das D/H-Verhältnis auf einen geochemischen Ursprung von Methan hin, das im tiefen Inneren der Körper produziert wurde. Das D/H-Verhältnis ist wie ein Fenster. Wir können damit gewissermaßen in den Untergrund blicken. Unsere Daten deuten auf erhöhte Temperaturen in den Gesteinskernen dieser Welten hin, so dass Methan verkocht werden kann. Auch molekularer Stickstoff (N2) könnte entstehen, und wir sehen ihn auf Eris. Heiße Kerne könnten auch auf mögliche Quellen von flüssigem Wasser unter den eisigen Oberflächen hinweisen.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben die Wissenschaftler gelernt, dass eisige Welten im Inneren viel weiter entwickelt sein können als einst angenommen. Auf mehreren Eismonden, wie dem Saturnmond Enceladus und dem Jupitermond Europa, wurden Hinweise auf unterirdische Ozeane gefunden. Flüssiges Wasser ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Bestimmung der potenziellen Bewohnbarkeit von Planeten. Die Möglichkeit von Wasserozeanen im Inneren von Eris und Makemake ist etwas, das die Wissenschaftler in den kommenden Jahren untersuchen werden. Sollte einer der beiden Planeten bewohnbar sein, wäre dies die am weitesten entfernte Welt im Sonnensystem, die möglicherweise Leben beherbergen könnte.
"Wenn Eris und Makemake in ihren Gesteinskernen warme oder sogar heiße Geochemie beherbergten oder vielleicht noch beherbergen, könnten kryovulkanische Prozesse Methan an die Oberflächen dieser Planeten bringen, vielleicht in geologisch jüngerer Zeit", sagte Dr. Will Grundy, Astronom am Lowell Observatory, einer von Gleins Koautoren und Hauptautor eines Begleitpapiers. "Wir haben ein Kohlenstoff-Isotopenverhältnis (13C/12C) gefunden, das auf eine relativ kurze Zeitspanne des Auftauchens hindeutet."
Diese Arbeit ist Teil eines Paradigmenwechsels in der Planetenforschung. Es wird zunehmend erkannt, dass kalte, eisige Welten im Kern warm sein können. Die für diese Studie entwickelten Modelle deuten zudem auf die Bildung von geothermischen Gasen auf dem Saturnmond Titan hin, der ebenfalls reichlich Methan enthält. Darüber hinaus unterstreicht der Hinweis auf unerwartete Aktivitäten auf Eris und Makemake die Bedeutung interner Prozesse bei der Gestaltung dessen, was wir auf großen KBOs sehen, und steht im Einklang mit den Ergebnissen bei Pluto.
"Nach dem Vorbeiflug von New Horizons am Pluto-System und dieser Entdeckung zeigt sich, dass der Kuipergürtel viel mehr dynamische Welten beherbergt, als wir es uns vorgestellt haben", so Glein. "Es ist nicht zu früh, um über die Entsendung einer Raumsonde nachzudenken, die an einem anderen dieser Körper vorbeifliegt, um die JWST-Daten in einen geologischen Kontext zu stellen. Ich glaube, dass wir von den Wundern, die uns erwarten, verblüfft sein werden!"
Die Icarus-Veröffentlichung von Glein, "Moderate D/H-Verhältnisse in Methaneis auf Eris und Makemake als Beweis für hydrothermale oder metamorphe Prozesse in ihrem Inneren: Geochemical analysis," findet sich unter:
https://doi.org/10.1016/j.icarus.2024.115999 oder
https://arxiv.org/abs/2309.05549 – sowie hier.
Ein weiterer Beitrag in Englisch findet sich hier.
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