Die Geschichte der jungen Kühlfallen des Asteroiden Ceres

Ceres, der größte Asteroid unseres Sonnensystems, birgt ein dunkles Geheimnis: extrem junge Eisablagerungen in dauerhaft beschatteten Kratern in der Nähe seiner Pole. Wenn Ihnen das ein wenig bekannt vorkommt, liegt das daran, dass auch unser Mond und der Planet Merkur über solche polaren Eisablagerungen verfügen, die seit Jahrzehnten untersucht werden.

„Für Ceres begann die Geschichte im Jahr 2016, als die Raumsonde Dawn, die damals Ceres umkreiste, einen Blick in diese permanent dunklen Krater erhaschte und in einigen von ihnen helle Eisablagerungen sah“, sagte Norbert Schorghofer, Hauptautor von „History of“. Ceres‘ Kältefallen basierend auf verfeinerten Formmodellen“, welche erscheint In Das Planetary Science Journal. Die PSI-Wissenschaftler Robert Gaskell und John Weirich sowie der NASA Goddard Space Flight Center-Wissenschaftler Erwan Mazarico sind Co-Autoren des Papiers.

„Die Entdeckung im Jahr 2016 gab ein Rätsel auf: Viele Krater in den Polarregionen von Ceres bleiben das ganze Jahr über im Schatten – was auf Ceres 4,6 Erdenjahre dauert – und daher eisig kalt, aber nur wenige von ihnen beherbergen Eisablagerungen“, sagte Schorghofer . „Bald lieferte eine weitere Entdeckung einen Hinweis darauf, warum: Die Rotationsachse von Ceres schwingt aufgrund der Gezeiten von Sonne und Jupiter alle 24.000 Jahre hin und her. Wenn die Achsenneigung hoch ist und die Jahreszeiten stark sind, bleiben nur wenige Krater das ganze Jahr über im Schatten , und das sind die Krater, die helle Eisablagerungen enthalten.“

Um festzustellen, wie groß die Schatten im Inneren von Kratern vor Tausenden von Jahren waren, erstellen Wissenschaftler digitale Höhenkarten und führen anschließend Raytracing-Berechnungen durch, um die auf den Kraterböden geworfenen Schatten theoretisch zu rekonstruieren. Die Ergebnisse sind nur so zuverlässig wie die ihnen zugrunde liegenden digitalen Formmodelle. Bedenken Sie, dass der Boden dieser Krater immer im Schatten liegt und es daher nicht einfach ist, ihre Tiefe zu messen.

Die Raumsonde Dawn verfügte über eine sehr empfindliche Kamera, die Merkmale auf den schattigen Kraterböden erkennen konnte. Stereobilder von sonnenbeschienenen Regionen werden oft verwendet, um digitale Höhenkarten von sonnenbeschienenen Regionen zu erstellen, aber die Erstellung einer Höhenkarte von schattigem Gelände ist eine Herausforderung, die bisher selten angenommen wurde. Im Rahmen der neuen Studie entwickelte der PSI-Wissenschaftler Robert Gaskell eine neue Technik, um Höhen auch in den Schattenbereichen eines Stereobildpaares zu rekonstruieren. Diese verbesserten Höhenkarten können dann für die Strahlverfolgung verwendet werden, um die Ausdehnung kalter, dauerhaft schattiger Regionen vorherzusagen.

Diese genaueren Karten lieferten ein überraschendes Ergebnis: Als Ceres seine maximale Achsenneigung erreichte, was zuletzt vor etwa 14.000 Jahren der Fall war, blieb kein Krater auf Ceres dauerhaft im Schatten und jegliches Eis darin muss schnell in den Weltraum sublimiert sein.

„Bleibt also nur eine plausible Erklärung: Die Eisablagerungen müssen sich in jüngerer Zeit gebildet haben. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich alle diese Eisablagerungen innerhalb der letzten 6.000 Jahre oder weniger angesammelt haben müssen. Wenn man bedenkt, dass Ceres weit über 4 Milliarden Jahre alt ist, das „Das ist ein bemerkenswert junges Alter“, sagte Schorghofer.

„Ceres ist ein eisreiches Objekt, aber fast nichts von diesem Eis liegt an der Oberfläche frei. Die oben erwähnten Polarkrater und einige kleine Flecken außerhalb der Polarregionen sind die einzigen freigelegten Eisflächen. Allerdings ist Eis in geringer Tiefe allgegenwärtig – wie … „Entdeckt vom PSI-Wissenschaftler Tom Prettyman und seinem Team im Jahr 2017 – sodass selbst ein kleiner Trockenimpaktor einen Teil dieses Eises verdampfen könnte“, sagte Schorghofer.

„Ein Fragment eines Asteroiden könnte vor etwa 6.000 Jahren mit Ceres kollidiert sein, wodurch eine vorübergehende Wasseratmosphäre entstanden ist. Sobald eine Wasseratmosphäre erzeugt wurde, kondensierte Eis in den kalten Polarkratern und bildete die hellen Ablagerungen, die wir heute noch sehen. Alternativ.“ „Die Eisablagerungen könnten sich durch Lawinen aus eisreichem Material gebildet haben. Dieses Eis würde dann nur in den kalten, schattigen Kratern überleben“, fügte Schorghofer hinzu.

Die Studie untersuchte auch die Möglichkeit, dass andere Arten von Eis als Wassereis in diesen ungewöhnlichen Kratern auf Ceres eingeschlossen sein könnten. Auf unserem Mond sind Teile der Polarkrater so kalt, dass sogar CO2-Eis und einige andere chemische Spezies darin Milliarden von Jahren überleben könnten. Da Ceres weiter von der Sonne entfernt ist, ist zu erwarten, dass seine Polarkrater noch kälter sind als die des Mondes.

Schorghofer berechnete die Temperaturen in den Polarkratern von Ceres, was noch nie zuvor durchgeführt wurde. Die Antwort war überraschend: Obwohl diese Krater kalt genug sind, um Wassereis zurückzuhalten, sind sie zu warm, um andere häufig vorkommende Eisarten zurückzuhalten.

Dazu tragen zwei Umstände bei. Erstens ist die Achsenneigung von Ceres, die derzeit 4 Grad beträgt, höher als die 1,5-Grad-Neigung des Mondes, sodass mehr Kraterränder von der Sonne beleuchtet werden und mehr Licht auf den Kraterboden gestreut wird. Zweitens gibt es auf Ceres ganz in der Nähe des Nordpols einfach keine dauerhaft beschatteten Krater, anders als auf dem Mond, wo ein Krater fast genau am Südpol liegt. Aus diesen Gründen sind die Temperaturen auf Ceres nicht so niedrig wie auf Teilen der Mondoberfläche.

Die Studie beschreibt die neue Methode zur Rekonstruktion der Topographie anhand von Stereobildern von schattigen Kratern, stellt eine neue Karte dauerhaft beschatteter Regionen für die gesamte Nordpolarregion von Ceres bereit, bestimmt die Ausdehnung dauerhaft beschatteter Regionen innerhalb von Polarkratern mit hellen Eisablagerungen und schätzt die Temperaturen für das Innere dieser Krater.

„Was auch immer die Geschichte dieser Eisablagerungen sein mag, sie ist das Ergebnis von Ereignissen, die nicht viel älter als die menschliche Zivilisation sind“, sagte Schorghofer.