Eine künstlerische Darstellung von Makemake.(Bildnachweis: ESO/L. Calçada/Nick Risinger (skysurvey.org))
Zwei Zwergplaneten in unserem Sonnensystem, Eris und Makemake, könnten genügend geothermische Aktivität aufweisen, um Ozeane mit flüssigem Wasser in ihrem Inneren zu erhalten. Dies geht aus einer Modellierung hervor, die neue Beobachtungen mit dem James Webb Weltraumteleskop beschreibt.
„Wir sehen einige interessante Anzeichen für heiße Zeiten an kühlen Orten“, sagte Christopher Glein, ein Planetengeochemiker vom Southwest Research Institute in Texas, in einer Erklärung.
Die tief im Kuiper-Gürtel gelegene Eris ist die Eiswelt, die bei ihrer Entdeckung im Januar 2005 den Status von Pluto im Sonnensystem in Frage stellte. Mit einer Größe von nur 44 Kilometern (27 Meilen) kleiner als Pluto, aber 25 % mehr Masse dank einer größeren Konzentration von Gestein in seinem Kern, wurde Eris zum Prototyp des Zwergplaneten. Pluto war unweigerlich gezwungen, diesem Beispiel zu folgen. Makemake (ausgesprochen „Mah-kay-Mah-kay“) wurde zwei Monate nach Eris entdeckt und ist mit 1430 km Durchmesser etwa 1000 km kleiner als Eris und Pluto.
Ihre große Entfernung von der Sonne – Eris ist derzeit 14,4 Milliarden Kilometer und Makemake 7,7 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt – bedeutet, dass nur wenig über diese weit entfernten Zwergplaneten bekannt ist.
Jüngste Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop haben jedoch ein neues Licht auf diese Welten geworfen und einen überraschenden Ursprung für das gefrorene Methan-Eis auf ihrer Oberfläche gefunden.
„Wir haben Hinweise auf thermische Prozesse gefunden, die Methan aus dem Inneren von Eris und Makemake erzeugen“, so Glein.
Methan ist ein so genannter Kohlenwasserstoff, der aus einem Gemisch von Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen besteht (genauer gesagt aus einem Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatomen). Diese Atome können in verschiedenen Geschmacksrichtungen oder „Isotopen“ vorkommen, die die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen enthalten.
Wenn das Methan auf der Oberfläche dieser Zwergplaneten aus der ersten planetaren Scheibe, die vor 4,5 Milliarden Jahren um die junge Sonne herum existierte, akkretiert worden wäre, würden sie ein bestimmtes Isotopenverhältnis zwischen zwei Wasserstoffisotopen enthalten – normalem Wasserstoff mit einem Proton und null Neutronen und Deuterium mit einem Proton und einem Neutron. Das vom JWST gemessene Wasserstoff-Isotopenverhältnis unterscheidet sich jedoch von dem Verhältnis, das zu erwarten wäre, wenn das Methan ursprünglich wäre, wie wir es bei den meisten Kometen sehen.
„Das Deuterium/Wasserstoff-Verhältnis deutet auf einen geochemischen Ursprung des im tiefen Inneren produzierten Methans hin“, so Glein. „Unsere Daten deuten auf erhöhte Temperaturen in den felsigen Kernen dieser Welten hin, so dass Methan gekocht werden kann. Auch molekularer Stickstoff könnte produziert werden, und wir sehen ihn auf Eris.“
Mit anderen Worten: Hydrothermale Reaktionen oder metamorphe Aktivitäten, d. h. Hitze und Druck, die auf Gestein einwirken, müssen das Methan tief im Inneren von Eris und Makemake erzeugt haben. Dann muss dieses Methan durch Ausgasung oder sogar durch Vulkanismus an die Oberfläche gelangt sein.
Damit sich Methan auf diese Weise bilden kann, ist eine Temperatur von über 150 Grad Celsius (etwa 300 Grad Fahrenheit) erforderlich. Diese Temperaturen können nur durch radioaktive Isotope entstehen, die in den Gesteinskernen der Zwergplaneten vorhanden sind und beim Zerfall der Isotope Wärme abgeben.
„Heiße Kerne könnten auch auf potenzielle Quellen von flüssigem Wasser unter ihrer eisigen Oberfläche hinweisen“, so Glein, was die Möglichkeit aufwirft, dass Eris und Makemake möglicherweise bewohnbare Ozeane enthalten könnten.
Die Ausgasung von Methan auf der Oberfläche könnte bis vor (geologisch) kurzer Zeit stattgefunden haben, und zwar aufgrund eines anderen Isotopenverhältnisses zwischen Kohlenstoff-12, der 6 Protonen und 6 Neutronen hat, und Kohlenstoff-13, der 6 Protonen und 7 Neutronen hat).
„Wenn Eris und Makemake in ihren Gesteinskernen warme oder sogar heiße Geochemie beherbergten oder vielleicht noch beherbergen, könnten kryovulkanische Prozesse Methan auf die Oberflächen dieser Planeten bringen, vielleicht in geologisch jüngerer Zeit“, sagte Will Grundy vom Lowell Observatory, der die ersten JWST-Beobachtungen leitete. „Wir haben ein Kohlenstoff-Isotopenverhältnis gefunden, das auf eine relativ junge Auftauchphase schließen lässt.“
Interessanterweise könnten die Modelle, die zur Beschreibung der Entstehung und Ausgasung von Methan auf Eris und Makemake entwickelt wurden, auch für den Saturnmond Titan gelten. Anfang dieses Monats veröffentlichte Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Methan und andere kohlenstoffbasierte Moleküle, die für das Leben wichtig sind, möglicherweise nicht in der Lage sind, den unterirdischen Ozean des Titan zu erreichen, nachdem sie eine Weile auf der Oberfläche verbracht haben, wo es reichlich Kohlenwasserstoffe gibt. Dies stellte die vermutete mögliche Bewohnbarkeit des Titan-Ozeans in Frage. Wenn sich jedoch Methan und andere Gase im Gesteinskern des Titan geothermisch bilden können, wie es auf Eris und Makemake der Fall ist, dann könnte der Ozean des Titan seine Kohlenstoffchemie aus dem Inneren des Planeten beziehen und nicht von seiner Oberfläche.
Die Ergebnisse der Methanbeobachtungen auf Eris und Makemake werden in einem Artikel beschrieben, der in der April-Ausgabe 2024 der Zeitschrift Icarus veröffentlicht wird.
