エンケラドゥスの氷の噴水に関する新理論

Tätsächlich beobachteten Cassinis Instrumente zwischen 2005 und 2015 beim Überfliegen der vier „Sulci“ (lateinisch für „Furchen“) – von den Forscher inoffiziell “Tigerstreifen“ genannt – etwas einigermaßen Phantastisches, weil in den eisigen Fernen des Saturn und seiner Monde zunächst Unerwartetes: Dort schossen Gesire aus Wasserdampf und Eiskristallen empor. Zusätzlich gab die -198 Grad kalte Mondoberfläche am Südpolargebiet verhältnismäßg viel Wärme ab. Eine Arbeit, die Planetenwissenschaftler um Alexander Berne vom California Instiute of Technology in Pasadena bei Los Angeles nun in Nature Geoscience veröffentlicht haben, konnte nun klären, was da genau passiert.

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Wässriger Vulkanismus

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Relativ schnell nach Cassinis Entdeckung der Eisfontainen war klar: dem nur 500 Kilometer großen Enceladus ergeht es hier ähnlich wie der Io, dem innersten der vier großen Jupitermonde. Infolge periodischer Störungen durch ihre Nachbarn umkreisen beide Trabanten ihre jeweiligen Mutterplaneten auf nicht ganz kreisförmigen Bahnen und werden daher in deren enormen Gravitationsfeldern in einem Fort durchgeknetet. Die dabei freiwerdende Reibungswärme speist dann jeweis einen mondweiten Vulkanismus.

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Während der Mantel der etwa erdmondgroße Io aber aus Silikatgesteinen besteht und aus den Schloten und Rissen in ihrer Kruste daher tatsächlich bis zu 1500 Grad heiße Gesteinsschmelze rinnt, ist der Mantel des Enceladus aus Wassereis. Das liegt aufgrund der Wärmezufuhr teilweise als flüssiges Wasser vor und bildet unter einer stellenweise vielleicht nur zehn Kilometer dicken Eiskruste einen globalen unterirdischen Ozean. Die Kristallfontainen, die Cassini beobachtete, sind damit nichts anderes als der Auswurf kalter, wässriger Vulkane.

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Warum aber spucken diese mit einer Regelmässigkeit, dass man die Uhr danach stellen könnte? Alle 32,9 Stunden erreicht die kryovulkanische Aktivität am Südpol des Enceladus ihr Maximum. Da dies gerade der Zeit enspricht, in welcher der Mond den Saturn einmal umrundet, liegt nahe, dass dieses Eruptionsmuster direkt etwas mit der Gezeitenwirkung des Gasplaneten zu tun hat. Doch was genau, war bislang rätselhaft, denn am stärksten sprudeln die Eisfontainen erst einige Stunden nachdem die Gezeitenkräfte ihr Maximum überschritten haben, zudem wird kurz nach der engsten Annäherung des Mondes an den Planeten eine zweite, kleinere Ausbruchsspitze beobachtet.

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Das anhand der Beobachtungen der Sonde Cassini validiertes Computermodell Alexander Bernes und seiner Mitautoren, kann dieses seltsame zeitliche Muster nun erklären. Demnach öffnet die Gezeitenkraft die vier Sulci der Tigerstreifen des Enceladus nicht nach der Art von Rissen in einem alten Gummiball, die senkrecht zu ihrem Verlauf auseinanderklaffen würden, wenn man ihn mit der Hand zusammendrückt.

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Vielmehr drücken die Gezeitenspannungen die Kruste beiderseits eines jeden der Tigerstreifen in Scherbewegungen in entgegengesetzte Richtungen. Es handelt sich bei den vier Furchen also um etwas, das Geologen Transformstörungen oder auf Englisch strike-slip-faults nennen. So etwas gibt es auch auf der Erde, etwa im Fall der San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien, wo die Plattentektonik allerdings sehr langsam – etwa sechs Zentimeter im Jahr – und immer in die selbe Richting drückt, so dass Los Angeles in weniger als 100 Millionen Jahren am Golf von Alaska liegen wird.

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Auf Enceladus dagegen geht es im 33-Stunden-Takt des Umlaufes um den Saturn hin und her, um bis zu einem halben Meter. Da die Risse aber nun keine exakt geraden Strecken sind, sondern mitunter horizontale Stufen aufweisen, ändern die periodisch schwankenden Gezeitenkräfte nicht nur die Drücke senkrecht zu den Furchen. Vielmehr öffnen und schließen die Scherbewegungen an den Stufenflanken schmale Spalten, durch die das Wasser aus dem unteridischen Ozean aufsteigen kann, bis es in der Kälte und im Vakuum des Weltalls zu Rauchfahnen aus Wasserdampf und feinen Eiskristallen wird.