Laborarbeiten untersuchen Schluchten, die NASA-Raumsonde Dawn auf dem riesigen Asteroiden Vesta gesehen hat

Die von Kratern übersäten Oberflächen vieler Himmelskörper in unserem Sonnensystem sind ein klarer Beweis für die seit 4,6 Milliarden Jahren andauernde Zerstörung durch Meteoroiden und anderen Weltraumschrott. Aber auf einigen Welten, darunter dem riesigen Asteroiden Vesta, den die NASA-Mission Dawn erkundet hat, enthalten die Oberflächen auch tiefe Kanäle oder Schluchten, deren Ursprung nicht vollständig geklärt ist.

Eine Haupthypothese besagt, dass sie sich aus trockenen Trümmerströmen gebildet haben, die durch geophysikalische Prozesse wie Meteoroideneinschläge und Temperaturänderungen aufgrund von Sonneneinstrahlung verursacht wurden. Eine aktuelle NASA Studieliefert jedoch Hinweise darauf, dass die Einschläge auf Vesta möglicherweise einen weniger offensichtlichen geologischen Prozess ausgelöst haben: plötzliche und kurze Wasserströme, die Schluchten geformt und Sedimentfächer abgelagert haben.

Durch den Einsatz von Laborgeräten zur Nachahmung der Bedingungen auf Vesta ergab die Studie, die in erschien Das Planetary Science Journalerstmals detailliert, woraus die Flüssigkeit bestehen könnte und wie lange sie fließen würde, bevor sie gefriert.

Obwohl die Existenz gefrorener Solevorkommen auf Vesta unbestätigt ist, haben Wissenschaftler dies bereits getan vermutet dass Meteoroideneinschläge Eis freigelegt und geschmolzen haben könnten, das unter der Oberfläche von Welten wie Vesta lag. In diesem Szenario könnten die aus diesem Prozess resultierenden Strömungen Gräben und andere Oberflächenmerkmale geätzt haben, die denen auf der Erde ähneln.

Aber wie könnten luftlose Welten – Himmelskörper ohne Atmosphäre und dem intensiven Vakuum des Weltraums ausgesetzt – Flüssigkeiten lange genug an der Oberfläche beherbergen, damit sie fließen können? Ein solcher Prozess würde dem Verständnis zuwiderlaufen, dass Flüssigkeiten im Vakuum schnell destabilisieren und sich bei Druckabfall in Gas verwandeln.

„Einschläge lösen nicht nur einen Flüssigkeitsfluss auf der Oberfläche aus, die Flüssigkeiten sind auch lange genug aktiv, um spezifische Oberflächenmerkmale zu erzeugen“, sagte Projektleiterin und Planetenforscherin Jennifer Scully vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien, wo die Experimente durchgeführt wurden. „Aber wie lange? Die meisten Flüssigkeiten werden auf diesen luftlosen Körpern, in denen das Vakuum des Weltraums unnachgiebig ist, schnell instabil.“

Der entscheidende Bestandteil ist Natriumchlorid – Speisesalz. Die Experimente ergaben, dass unter Bedingungen wie denen auf Vesta reines Wasser fast augenblicklich gefror, während salzige Flüssigkeiten mindestens eine Stunde lang flüssig blieben. „Das ist lang genug, um die auf Vesta identifizierten strömungsassoziierten Merkmale zu bilden, wofür schätzungsweise bis zu einer halben Stunde benötigt wurde“, sagte Hauptautor Michael J. Poston vom Southwest Research Institute in San Antonio.

Die 2007 gestartete Raumsonde Dawn reiste zum Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, um Vesta 14 Monate lang und Ceres fast vier Jahre lang zu umkreisen. Bevor die Mission im Jahr 2018 endete, entdeckte sie Beweise dafür, dass Ceres ein unterirdisches Solereservoir beheimatet hatte und möglicherweise immer noch Sole aus seinem Inneren an die Oberfläche transportiert. Die jüngste Forschung bietet Einblicke in Prozesse auf Ceres, konzentriert sich jedoch auf Vesta, wo Eis und Salze bei Erhitzung durch einen Aufprall salzige Flüssigkeit erzeugen können, sagten Wissenschaftler.

Vesta neu erschaffen

Um Vesta-ähnliche Bedingungen wiederherzustellen, die nach einem Meteoriteneinschlag auftreten würden, verließen sich die Wissenschaftler auf eine Testkammer am JPL namens Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments (DUSTIE). Indem sie den Luftdruck um Flüssigkeitsproben herum schnell reduzieren, imitieren sie die Umgebung um Flüssigkeiten, die an die Oberfläche gelangen. Unter Vakuumbedingungen gefror reines Wasser sofort. Aber salzige Flüssigkeiten blieben länger und flossen weiter, bevor sie gefrierten.

Die Sole, mit der sie experimentierten, war etwas mehr als ein paar Zentimeter tief; Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass es noch länger dauern würde, bis die Strömungen auf Vesta, die mehrere Meter bis mehrere Dutzend Meter tief sind, wieder gefrieren würden.

Den Forschern gelang es auch, die „Deckel“ aus gefrorenem Material nachzubilden, von denen man annahm, dass sie sich auf Salzlaken bildeten. Im Wesentlichen handelt es sich bei den Deckeln um eine gefrorene Oberschicht. Sie stabilisieren die darunter liegende Flüssigkeit, schützen sie davor, dem Vakuum des Weltraums – oder in diesem Fall dem Vakuum der DUSTIE-Kammer – ausgesetzt zu werden, und tragen dazu bei, dass die Flüssigkeit länger fließt, bevor sie wieder gefriert.

Dieses Phänomen ähnelt der Tatsache, dass Lava auf der Erde in Lavaröhren weiter fließt, als wenn sie kühlen Oberflächentemperaturen ausgesetzt wäre. Es stimmt auch mit Modellierungsstudien über potenzielle Schlammvulkane auf dem Mars und Vulkane überein, die möglicherweise eisiges Material von Vulkanen auf dem Jupitermond Europa ausgespuckt haben.

„Unsere Ergebnisse tragen zu einer wachsenden Zahl von Arbeiten bei, die Laborexperimente nutzen, um zu verstehen, wie lange Flüssigkeiten auf verschiedenen Welten haltbar sind“, sagte Scully.