Diese Nahaufnahme des Saturnmondes Enceladus blickt auf den Terminator des Mondes (den Übergang vom Tag zur Nacht) und zeigt ein ausgeprägtes Muster durchgehender, gerillter, leicht gekrümmter und ungefähr paralleler Verwerfungen in den südlichen Breitengraden des Mondes. Diese Oberflächenmerkmale werden von Bildwissenschaftlern informell als „Tigerstreifen“ bezeichnet, da sie bei Betrachtung in Falschfarben deutlich streifenförmig aussehen. (Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute)
Neue Forschungen haben ergeben, dass die gleitende Bewegung entlang der charakteristischen „Tigerstreifen“ auf dem Saturnmond Enceladus mit den Eiskristallstrahlen zusammenhängt, die aus seiner Eishülle ausbrechen. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Eigenschaften des unterirdischen Ozeans dieses Eismondes des Saturns zu bestimmen und somit zu ermitteln, ob Enceladus für Leben geeignet ist.
Die Tigerstreifen von Enceladus bestehen aus vier parallelen Bruchlinien im Südpol des Mondes, die erstmals 2005 von der NASA-Raumsonde Cassini beobachtet wurden. Durch den „Kryovulkanismus“ in dieser Region werden Eiskristalle, von denen man annimmt, dass sie aus dem unterirdischen Ozean von Enceladus stammen, aus diesen Rissen herausgeschleudert, wodurch sich eine breite Materialwolke über dem Südpol des Saturnmondes ansammelt.
Sowohl die Helligkeit dieses Plumes als auch die Jets, die ihn erzeugen, scheinen in einem Muster zu variieren, das mit der fast 33-stündigen Umlaufbahn von Enceladus um Saturn, dem zweitmassereichsten Planeten des Sonnensystems, übereinstimmt. Dies hat Wissenschaftler zu der Theorie veranlasst, dass die Aktivität der Jets zunimmt, wenn die Gezeitenspannung auf die Tigerstreifen wirkt.
Diese Theorie kann jedoch nicht erklären, warum die Helligkeit der Jets von Enceladus Stunden nach dem Maximum der Gezeitenspannung ihren Höhepunkt erreicht oder warum kurz nach der größten Annäherung von Enceladus an den Saturn ein zweiter kleinerer Höhepunkt zu beobachten ist. Eine neue numerische Simulation der Gezeitenspannungen von Enceladus und der Bewegung seiner Tigerstreifen-Brüche zeigt ein ähnliches Phänomen wie bei der San-Andreas-Verwerfung, das mit dem Muster der Jet-Aktivität übereinstimmt.
„Wir haben ein ausgeklügeltes numerisches Modell entwickelt, um die gezeitenbedingte Streichen-Rutsch-Bewegung entlang der Verwerfungen auf Enceladus zu simulieren. Diese Modelle berücksichtigen die Rolle der Reibung, die dazu führt, dass das Ausmaß des Rutschens auf den Verwerfungen sowohl auf Druck- als auch auf Scherspannungen reagiert“, sagte Alexander Berne, Leiter des Teams hinter der Simulation und Doktorand am California Institute of Technology (Caltech), gegenüber kosmischeweiten.de.
„Das numerische Modell war in der Lage, das Gleiten entlang der Verwerfungen von Enceladus in einer Weise zu simulieren, die mit den beobachteten Variationen der Fahnenhelligkeit sowie den räumlichen Variationen der Oberflächentemperatur übereinstimmte, was darauf hindeutet, dass die Jets und die Variationen der Fahnenhelligkeit durch die Bewegung des Streichens und Gleitens über die Umlaufbahn von Enceladus gesteuert werden.“
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(Main) das Innere des Eismondes Enceladus (Inset) Enceladus, gesehen von der Raumsonde Cassini im Jahr 2008. (Bildnachweis: James Tuttle Keane)
Die San-Andreas-Verwerfung im Weltraum
Berne und Kollegen fanden heraus, dass die Reibungsmechanik die Bewegung an den Grenzflächen entlang der Tigerstreifen von Enceladus steuert, wo sich beide Seiten der Verwerfungen treffen. Das bedeutet, dass die Tigerstreifen während des Orbitalzyklus von Enceladus periodisch gleiten und sich verriegeln. Diese Seite-an-Seite-Bewegung oder „Schlag-Schlupf“ deckt sich mit der Aktivität der Jets.
Die Korrelation zwischen Streichen und Rutschen und der Helligkeit des Jets in der Simulation veranlasste das Team zu der Hypothese, dass die Schwankungen der Jet-Aktivität durch das Vorhandensein von „Pull-Aparts“ entlang der Verwerfungen gesteuert werden. Dabei handelt es sich um gekrümmte Abschnitte der Verwerfungen, die sich bei einer starken Streikbewegung öffnen, so dass Wasser aus dem unterirdischen Ozean durch die Eishülle aufsteigen und die kryovulkanischen Jets speisen kann.
„Eine naheliegende irdische Analogie ist die Bewegung entlang von Pull-Apart-Beckenstrukturen über großen Verwerfungen, die tektonischen Spannungen ausgesetzt sind. Ein Beispiel für eine solche Bewegung ist das Salton-Becken, ein großes Pull-apart-Becken an der San-Andreas-Verwerfung, einer Streichen-Gleiten-Verwerfung, in Südkalifornien“, so Berne. „Regionale Streik-Slip-Bewegungen verursachen eine lokale Krustenausdehnung sowie Vulkanismus im Salton Basin. Dieser Prozess ähnelt der gezeitenbedingten Ausdehnung entlang der Verwerfungen auf Enceladus, die möglicherweise die kryovulkanische Aktivität des Mondes reguliert.
„Vor der Durchführung der Untersuchung hatten wir nicht mit einer so hohen Korrelation zwischen der modellierten Streik-Rutsch-Bewegung und der Jet-Aktivität gerechnet.“
Zonen auf Enceladus, in denen Wasser aufsteigt und kryovulkanische Jets speist (Bildnachweis: James Tuttle Keane)
Die Forschungsergebnisse des Teams legen nahe, dass sich die Tigerstreifen auf Enceladus anders öffnen als bisher modelliert.
„Dieser Befund war überraschend, da die meisten früheren Studien zu diesem Thema eine breite Öffnung entlang der Tigerstreifen, wie das Öffnen und Schließen einer Fahrstuhltür, als primären Mechanismus zur Regulierung der Helligkeitsschwankungen der Abgasfahne anführen“, so Berne.
Die Caltech-Forscher fügten hinzu, dass die Modelle des Teams darauf hindeuten, dass die Gezeiten eine grundlegende Rolle bei der Entwicklung von Enceladus und seinem Ozean auf mehreren Zeitskalen spielen.
„Auf der orbitalen Zeitskala scheinen die Gezeiten die Menge des Materials zu regulieren, das aus einem unterirdischen Ozean durch die Tigerstreifenbrüche fließt“, sagte Berne. „Auf längeren Zeitskalen können die Gezeiten dazu führen, dass die Tigerstreifen durch Reibung in einem rechts-lateralen Sinn brechen.“
Er fuhr fort, dass diese langfristige rechtsseitige Bewegung die Bildung von geologischen Merkmalen antreiben könnte, die rund um das Gelände des Südpols von Enceladus beobachtet wurden. Dazu gehört ein Bruch, der vom Südpol auf der hinteren Hemisphäre von Enceladus ausstrahlt.
Die „Tigerstreifen“ von Enceladus, gesehen von der Raumsonde Cassini im Jahr 2007. (Bildnachweis: Cassini Imaging Team/NASA)
Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Enceladus mit seinem vergrabenen globalen Ozean ein Hauptziel für die Suche nach Leben anderswo im Sonnensystem sein könnte. Diese Forschung und das Modell des Teams könnten diese Hypothese zusätzlich untermauern.
„Das Verständnis der unterirdischen Materialtransportwege durch Pull-apart- oder breite Riftzonen ist entscheidend für die Feststellung, ob die Eiskörner in den Jets von Enceladus repräsentativ für den potenziell bewohnbaren globalen Ozean des Mondes sind. Unsere Studie bietet einen Rahmen für das Verständnis solcher Transportwege und ihrer Entwicklung im Laufe der Zeit“, sagte Berne.
„Der Nachweis des langfristigen Einflusses der Gezeiten auf die Entwicklung von Enceladus, die auch das Innere aufheizen, deutet darauf hin, dass der Ozean des Mondes langlebig ist, was Auswirkungen auf die mögliche Entwicklung von Leben im Inneren hat.“
Die Schlussfolgerungen des Teams beruhen derzeit auf einer Computersimulation und müssen daher durch tatsächliche Beobachtungen bestätigt werden.
„Geophysikalische Messungen auf Enceladus mit Hilfe von Radar würden es uns ermöglichen, die in unserem Papier aufgestellten Hypothesen zu bestätigen oder zu widerlegen. Ganz allgemein können solche Beobachtungen der Bewegung der Oberfläche von Enceladus im Laufe der Zeit wichtige Hinweise auf die Dynamik des Kerns und der Kruste sowie auf das Ausmaß, in dem diese Prozesse im Laufe der Zeit aktiv waren, liefern“, schloss Berne. „Wir wollen weiterhin untersuchen, wie wir geophysikalische Messungen nutzen können, um die Bedingungen besser zu verstehen, die die Entstehung und Entwicklung von Leben auf Enceladus ermöglichen könnten.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (29. April) in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
