Eine Illustration zeigt den Mond Ariel, der den Eisriesen Uranus umkreist.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)
Mit Hilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) entdeckten Astronomen, dass Ariel, ein Mond des Uranus, sich in einem vergrabenen Flüssigwasserozean verstecken könnte.
Die Entdeckung könnte eine Antwort auf ein Rätsel liefern, das die Wissenschaftler um diesen Uranusmond umtreibt: die Tatsache, dass die Oberfläche von Ariel mit einer beträchtlichen Menge an Kohlendioxid-Eis bedeckt ist. Dies ist rätselhaft, denn bei der Entfernung des Uranus und seiner Monde von der Sonne, die 20-mal größer ist als die der Erde, wird Kohlendioxid zu Gas und entweicht ins All. Das bedeutet, dass das Kohlendioxid auf der Oberfläche von Ariel durch irgendeinen Prozess aufgefrischt werden muss.
Früheren Theorien zufolge geschieht dies durch Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche von Ariel und geladenen Teilchen, die in der Magnetosphäre des Uranus gefangen sind und ionisierende Strahlung abgeben, die Moleküle aufspaltet und Kohlendioxid zurücklässt, ein Prozess, der „Radiolyse“ genannt wird.
Neue Erkenntnisse des JWST deuten jedoch darauf hin, dass die Quelle dieses Kohlendioxids nicht von außerhalb von Ariel, sondern aus seinem Inneren stammen könnte, möglicherweise aus einem unterirdischen Ozean.
Uranus und seine Ringe, gesehen vom James Webb Weltraumteleskop im Jahr 2023. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI)
Da chemische Elemente und Moleküle Licht in charakteristischen Wellenlängen absorbieren und emittieren, hinterlassen sie individuelle „Fingerabdrücke“ in den Spektren. Das Team, das hinter dieser Entdeckung steht, nutzte das JWST, um Lichtspektren von Ariel zu sammeln, die ihnen halfen, ein Bild von der chemischen Zusammensetzung des Uranmondes zu zeichnen.
Der Vergleich mit simulierten Spektren aus einem chemischen Gemisch im Labor hier auf der Erde zeigte dem Team, dass Ariel einige der kohlendioxidreichsten Ablagerungen im Sonnensystem aufweist. Dadurch wurde nicht nur die Dicke des Eises auf der dem Uranus abgewandten Seite des gezeitenabhängigen Ariels um 10 Millimeter erhöht, sondern es wurden auch zum ersten Mal deutliche Ablagerungen von Kohlenmonoxid nachgewiesen.
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„Es sollte einfach nicht da sein. Man muss bis auf 30 Kelvin [minus 405 Grad Fahrenheit] heruntergehen, bevor Kohlenmonoxid stabil ist“, sagte Teamleiter Richard Cartwright vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in einer Erklärung. „Das Kohlenmonoxid müsste aktiv nachgefüllt werden, keine Frage.“
Das liegt daran, dass die Oberflächentemperatur von Ariel im Durchschnitt etwa 65 Grad Fahrenheit (18 Grad Celsius) wärmer ist als diese Schlüsseltemperatur.
Cartwright räumt ein, dass die Radiolyse für einen Teil dieser Auffüllung verantwortlich sein könnte. Die Beobachtungen des Vorbeiflugs von Voyager 2 an Uranus und seinen Monden im Jahr 1986 und andere neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass die der Radiolyse zugrunde liegenden Wechselwirkungen begrenzt sein könnten, da die Magnetfeldachse des Uranus und die Bahnebene seiner Monde um etwa 58 Grad zueinander versetzt sind.
Das bedeutet, dass der Großteil der Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindungen, die auf der Oberfläche von Ariel zu sehen sind, durch chemische Prozesse in einem Ozean aus flüssigem Wasser entstanden sein könnten, der unter dem Eis von Ariel eingeschlossen ist.
Kühler Kunde Ariel könnte vulkanisches Temperament haben
Sobald sie im Sickerwasserozean von Ariel entstanden sind, könnten diese Kohlenstoffoxide durch Risse in der Eishülle des Uranmondes entweichen oder sogar durch starke Eruptionsfahnen explosionsartig ausgestoßen werden.
Das detaillierteste Bild von Voyager 2 von Ariel, einem Mond des Uranus, aufgenommen 1986. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Wissenschaftler vermuten schon seit einiger Zeit, dass die rissige und vernarbte Oberfläche von Ariel auf das Vorhandensein aktiver Kryovulkane hindeuten könnte, d. h. auf Vulkane, die keine Lava, sondern eisige Schneemassen ausstoßen. Diese Ausbrüche könnten so stark sein, dass sie Material in das Magnetfeld des Uranus schleudern.
Die meisten Risse und Furchen auf der Oberfläche von Ariel befinden sich auf der vom Uranus abgewandten Seite des Mondes. Wenn Kohlendioxid und Kohlenmonoxid aus diesen Merkmalen auf die Oberfläche des Uranusmondes entweichen, könnte dies erklären, warum diese Verbindungen auf dieser Rückseite des Eiskörpers in größerer Menge zu finden sind.
Das JWST hat auch weitere chemische Hinweise auf einen unterirdischen Ozean aus flüssigem Wasser gefunden. Die Spektralanalyse deutete auf das Vorhandensein von Karbonitmineralien hin, Salze, die entstehen, wenn Gestein auf flüssiges Wasser trifft und mit diesem interagiert.
„Wenn unsere Interpretation dieses Karbonatmerkmals richtig ist, dann ist das ein ziemlich wichtiges Ergebnis, denn es bedeutet, dass es sich im Inneren gebildet haben muss“, erklärte Cartwright. „Das ist etwas, das wir unbedingt bestätigen müssen, entweder durch zukünftige Beobachtungen, Modellierung oder eine Kombination von Techniken.“
Uranus und seine Monde wurden seit Voyager 2 vor fast vier Jahrzehnten nicht mehr von einer Raumsonde besucht, und dies war nicht einmal die Hauptaufgabe der Sonde. Im Jahr 2023 wird in der dekadischen Studie über Planetenforschung und Astrobiologie betont, dass eine spezielle Mission zum Uranus-System Priorität haben sollte.
Cartwright ist der Ansicht, dass eine solche Mission die Gelegenheit bieten würde, wertvolle Informationen über Uranus und Neptun, den anderen Eisriesen des Sonnensystems, zu sammeln. Eine solche Mission könnte auch wichtige Daten über die anderen potenziell ozeanhaltigen Monde dieser Systeme liefern. Diese Informationen könnten dann auf extrasolare Planeten oder „Exoplaneten“ außerhalb des Sonnensystems angewendet werden.
„All diese neuen Erkenntnisse unterstreichen, wie interessant das Uran-System ist“, sagte Ian Cohen, Mitglied des Teams und Wissenschaftler am NASA Applied Physics Laboratory. „Ob es darum geht, den Schlüssel zur Entstehung des Sonnensystems zu entschlüsseln, die komplexe Magnetosphäre des Planeten besser zu verstehen oder festzustellen, ob diese Monde potenzielle Ozeanwelten sind – viele von uns in der Gemeinschaft der Planetenwissenschaftler freuen sich auf eine zukünftige Mission zur Erforschung des Uranus.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (24. Juli) in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
