Der Occator-Krater auf dem Kleinplaneten Ceres ist 90 Kilometer groß.
Foto: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

BerlinFern der Erde zieht der Kleinplanet Ceres seine Bahn. Bis vor wenigen Jahren galten er und die unzähligen Asteroiden, die überwiegend zwischen Mars und Jupiter die Sonne umkreisen, als graue Mäuse des Sonnensystems. Man erwartete mit Kratern übersäte, erkaltete Körper. Doch dann besuchte die amerikanische Raumsonde „Dawn“ vor fünf Jahren den 950 Kilometer großen Zwergplaneten und funkte aufsehenerregende Bilder zur Erde: Unerklärbar helle Gebiete waren zu sehen, die offenbar von geologischer Aktivität zeugen. Nun haben Wissenschaftler aus aller Welt in der Fachzeitschrift Nature ihre Untersuchungsergebnisse vorgestellt: Demnach ist auf Ceres ein Kryovulkanismus aktiv, der sich unter anderem aus einem im Inneren verborgenen, globalen Ozean speist.

Grafik: BLZ/Galanty; Quelle:: NASA

Auf den Bildern von „Dawn“ konnten Forscher viele Gebiete mit einigen Quadratkilometern Größe ausmachen, die wesentlich heller sind als die graue Planetenoberfläche. Die auffälligste Region dieser Art befindet sich in einem 90 Kilometer großen Krater namens Occator. „Das ist für mich das interessanteste Gebiet auf Ceres“, sagt Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, unter dessen Leitung die Kamera an Bord von „Dawn“entstanden ist. Beteiligt war das Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin-Adlershof.

Der Occator-Krater geriet schnell ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Sein Boden ist überzogen mit Rissen und Furchen, der zentrale Bereich mit etwa 15 Kilometern Durchmesser liegt in einer 900 Meter tiefen Senke. In deren Zentrum erhebt sich ein 300 Meter hoher Berg. Der Zentralteil des Kraters mit einigen Kilometern Durchmesser leuchtet in hellem Weiß. Auf keinem anderen Himmelskörper hat man je so etwas gesehen.

Junge Ablagerungen

Um den Occator-Krater möglichst detailliert untersuchen zu können, wurde Dawns Umlaufbahn so weit abgesenkt, dass die Sonde in 35 Kilometer Höhe über Occator hinwegflog. Von dort ließen sich Details von wenigen Metern ausmachen. Diese Aufnahmen ermöglichten es, das Alter verschiedener Kraterbereiche zu bestimmen. Das Prinzip ist einfach: Je älter eine Oberfläche ist, desto mehr Meteorite sind eingeschlagen, desto höher ist also die Kraterdichte.

Aus der Kraterdichte lässt sich das absolute Alter im Vergleich mit dem Mond ableiten, für den Altersbestimmungen an Apollogestein vorliegen. Darauf basierend hat Alicia Neesemann von der Freien Universität Berlin die Dawn-Aufnahmen von Ceres analysiert. „Wir gehen davon aus, dass vor etwa 22 Millionen Jahren ein mehrere Kilometer großer Brocken auf Ceres einschlug und den Occator-Krater aus dem Boden sprengte“, so Neesemann. Die weißen Ablagerungen sind indes wesentlich jünger. Mehr noch: Sie sind unterschiedlich alt, also in unterschiedlichen Epochen nach dem Einschlag entstanden. „Das hat uns alle sehr überrascht“, sagt Neesemann. Aus allen verfügbaren Messdaten lässt sich nun die Entstehungsgeschichte dieser außergewöhnlichen Region rekonstruieren.

Schon länger ist bekannt, dass Ceres viel Wasser – überwiegend in Form von Eis – enthalten muss. Der Meteoriteneinschlag erhitzte den Boden bis in große Tiefen so stark, dass das Eis schmolz und sich im Krater ein See bildete. Der muss jedoch binnen Minuten verdampft sein. Unter dem Kraterboden war die Temperatur so hoch, dass das Eis schmolz und sich Salze aus dem Gestein lösten. Diese Sole drang zur Oberfläche vor und quoll aus ihr heraus. „Uns hat aber sehr erstaunt, dass ein großer Teil der Ablagerungen erst Millionen Jahre später an die Oberfläche gelangte“, erklärt Nathues. Die als Folge des Einschlags entstandene Schmelzkammer muss bis dahin bereits ausgekühlt gewesen sein.

Ahuna Mons ist der höchste Berg auf dem Zwergplaneten Ceres.
Foto: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Einen Hinweis auf die weitere Entwicklung liefern zahlreiche Risse, die im Kraterboden erkennbar sind. Wahrscheinlich erzeugte der damalige Einschlag auch im Innern des Körpers Brüche und Spalten, die sich im Laufe von Jahrmillionen ausdehnten. Sie bildeten Fließgänge für zähflüssigen Matsch aus der Tiefe. Vor etwa sieben Millionen Jahren stieg eine Mischung aus Wasser und gelösten Salzen, auch Sole genannt, aus dem Innern an die Oberfläche empor. Das Wasser verdunstete, und bestimmte Salze, sogenannte Karbonate, lagerten sich ab. Sie bildeten den heute sichtbaren, Dutzende Meter mächtigen weißen Belag. Durch den Materialverlust im Innern sackte der darüber liegende Teil des Kraters zu der heutigen Mulde mit 15 Kilometern Durchmesser zusammen. In den folgenden Jahrmillionen setzte sich dieser Vorgang fort. Vor etwa zwei Millionen Jahren wölbte sich schließlich der Zentralberg durch aufsteigende Sole auf.

Mit einer weiteren Überraschung in diesem kosmischen Puzzle wartete eine Gruppe um Maria Cristina De Sanctis vom Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica in Rom auf. Mit einem Spektrometer an Bord von „Dawn“ entdeckte sie in den weißen Salzablagerungen hydratisiertes Natriumchlorid. Das darin enthaltene Wasser verdampft in dem Vakuum auf Ceres aber innerhalb von Jahrzehnten. Diese Schicht ist demnach ganz frisch, Ceres könnte sogar immer noch aktiv sein. Ein völlig unerwartetes Ergebnis.

Was bewahrte Ceres vor dem Auskühlen?

„Das lässt sich nur erklären, wenn es ein Reservoir gibt, aus dem sich dieser Kryovulkanismus über Jahrmillionen hinweg speist“, erklärt Nathues. Dieses Reservoir ist vermutlich ein globaler Sole-Ozean, der etwa 40 Kilometer unter der Oberfläche beginnt. Offenbar reichen Klüfte und Spalten bis in diese Tiefe, durch die Flüssigkeit aufsteigen kann. „Die im Wasser gelösten Salze wirken wie ein Frostschutzmittel, weswegen die Sole auch bei Temperaturen unter Null Grad Celsius noch flüssig bleibt“, ergänzt Neesemann. Messungen der Schwerkraft mit Dawn unterstützen die Hypothese eines verborgenen Meeres.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch der ungewöhnliche, Hunderte von Kilometern von Occator entfernt stehende Berg Ahuna Mons. Wie Ayers Rock, nur zehnmal so hoch, steigt er aus der Ebene empor. An seinen Flanken ist er aber mit Natriumcarbonat bedeckt. Auch seine Entstehung erklären sich die Forscher mit aufquellender Sole, gemischt mit Gesteinspartikeln.

Ceres ist nicht der einzige Körper im Sonnensystem, in dessen Innern ein Ozean schlummert. Auch bei einigen Monden Jupiters und Saturns gibt es solche Wasserwelten. Doch dort kneten enorme Gezeitenkräfte das Innere der Monde durch und erwärmen es. Bei Ceres ist dies nicht der Fall. Was also hat den Körper bis heute vor dem vollständigen Auskühlen bewahrt? Die derzeit einzige denkbare Wärmequelle bildet der Zerfall radioaktiver Elemente. Auch die Erde verdankt ihre innere Wärme etwa zur Hälfte diesem Vorgang.

Dass ein relativ kleiner Himmelskörper wie Ceres seit seiner Entstehung vor 4,6 Milliarden Jahren nicht vollständig erkaltet ist, wirft die Frage auf, ob es nicht noch viel mehr Körper im Sonnensystem gibt, unter deren Oberflächen warme Ozeane existieren. Könnte sich vielleicht in diesen Umgebungen Leben gebildet haben? Diese zentrale Frage wird jedoch vorerst unbeantwortet bleiben. Zwar gibt es Pläne für Raumsonden, die auf solchen Himmelskörpern landen und den tiefen Ozean anbohren, um dort nach Lebensspuren zu suchen. Doch angesichts des Aufwands, der nötig ist, um auf der Erde ein zehn Kilometer tiefes Loch zu bohren, dürfte dieses Vorgehen auf einem anderen Himmelskörper noch eine Weile Zukunftsmusik bleiben.