In dem fortwährenden Bestreben, die Geheimnisse des Saturn und seines Mondsystems zu lüften, wurden einige wirklich faszinierende und beeindruckende Dinge entdeckt. Neben Dingen wie Methanseen und Propan-reichen Atmosphären ( Titan ) zu Monden, die dem Todesstern ähneln ( Pantomimen ) wird auch mehr und mehr klar, dass der Planet jenseits der Erde innere Ozeane und sogar außerirdische Organismen beherbergen kann.
Nirgendwo ist dies deutlicher als auf Enceladus, dem sechstgrößten Mond des Saturn, der auch einige der interessantesten Eigenschaften im äußeren Sonnensystem besitzt. Dazu gehören lange blaue Eisadern, die Streifen ähneln, ganz zu schweigen von erstaunlichen Wassereiswolken, die regelmäßig aus dem Südpol des Mondes gesprengt wurden. Diese wiederum erhöhen die Möglichkeit von flüssigem Wasser unter der Oberfläche und möglicherweise sogar von Leben!
Entdeckung und Benennung:
Enceladus wurde 1789 von William Herschel entdeckt und ist nach einem der Giganten der griechischen Mythologie benannt. Tatsächlich sind alle großen Saturnmonde nach den Titanen benannt, wie von William Herschels Sohn John Herschel vorgeschlagen. Er wählte diese Namen, weil Saturn (in der griechischen Mythologie als Kronos bekannt) der Vater der Titanen war.
Im Gegensatz dazu werden die Features gemäß den IAU-Namenskonventionen für Enceladus nach Charakteren und Orten aus der klassischen Geschichte benanntTausendundeine Nacht(aka.Tausendundeine Nacht).Einschlagskrater sind nach Charakteren benannt, während andere Merkmalstypen – wie Fossae (lange, schmale Vertiefungen), Dorsa (Grate), Planitia (Ebenen) und Sulci (lange parallele Rillen) nach Orten benannt sind.
Größenvergleich zwischen dem Cronian-Mond Enceladus, dem Mond und der Erde. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Tom Reding
Größe, Masse und Umlaufbahn:
Mit einem mittleren Radius von 252 km entspricht Enceladus der Größe von 0,0395 Erden (oder 0,1451 Monden). Aber mit einer Masse von 1,08 ×10zwanzigkg ist es nur 0,00018 so massiv. Der Planet hat eine sehr geringe Exzentrizität (0,0047) und umkreist Saturn in einer durchschnittlichen Entfernung (Haupthalbachse) von 237.948 km zwischen den Umlaufbahnen von Mimas und Tethys.
Enceladus braucht 32,9 Stunden (1,37 Tage), um eine einzelne Umlaufbahn um Saturn zu vollenden, und befindet sich derzeit in einer 2:1-Mean-Motion-Orbitalresonanz mit Dione; Das bedeutet, dass es für jede von Dione vollendete Umlaufbahn zwei Saturnumläufe vervollständigt. Diese erzwungene Resonanz ist es, die die Exzentrizität der Umlaufbahn von Enceladus aufrechterhält und zu Gezeitendeformationen führt, und die resultierende Wärmeableitung ist die Hauptwärmequelle für die geologische Aktivität von Enceladus.
Wie die meisten größeren natürlichen Saturn-Satelliten rotiert Enceladus synchron mit seiner Umlaufzeit, wobei eine Seite auf Saturn gerichtet bleibt. Der Planet erfährt auch eine erzwungene Libration, bei der er relativ zu den anderen Saturnmonden zu schwingen scheint – was Enceladus auch mit einer inneren Wärmequelle versorgen kann.
Zusammensetzung und Oberflächeneigenschaften:
Enceladus hat eine Dichte von 1,61 g/cm³, die höher ist als die der anderen mittelgroßen, eisigen Satelliten des Saturn, was auf eine Zusammensetzung hindeutet, die einen höheren Anteil an Silikaten und Eisen enthält. Es wird auch angenommen, dass es weitgehend zwischen einem geologisch aktiven Kern und einem eisigen Mantel mit einem dazwischen eingebetteten Flüssigwasserozean unterschieden wird.
Schwerkraftmessungen der NASA-Raumsonde Cassini und des Deep Space Network deuten darauf hin, dass der Saturnmond Enceladus unter seinem Südpol einen großen inneren Ozean beherbergt.Kredit:NASA/JPL-Caltech
Die Existenz dieses Ozeans mit flüssigem Wasser ist seit 2005 Gegenstand wissenschaftlicher Debatten, als Wissenschaftler zum ersten Mal beobachteten Wasserdampf enthaltende Wolken spuckt von der Südpolaroberfläche von Enceladus. Diese Düsen sind in der Lage, jede Sekunde 250 kg Wasserdampf bei Geschwindigkeiten von bis zu 2.189 km/h (1.360 mph) auszugeben und 500 km in den Weltraum zu erreichen.
Im Jahr 2006 wurde festgestellt, dass die Federn von Enceladus die Quelle von Saturns E-Ring und füllen ihn aktiv auf . Nach Messungen des Cassini-Huygens Sonde bestehen diese Emissionen hauptsächlich aus Wasserdampf sowie Nebenbestandteilen wie molekularem Stickstoff, Methan und Kohlendioxid. Weitere Beobachtungen stellten das Vorhandensein einfacher Kohlenwasserstoffe wie Methan, Propan, Acetylen und Formaldehyd fest.
Die kombinierte Analyse von Bildgebungs-, Massenspektrometrie- und magnetosphärischen Daten legt nahe, dass die beobachtete Südpolarfahne von unter Druck stehenden unterirdischen Kammern ausgeht. Die Intensität der Eruptionen variiert aufgrund von Veränderungen in der Umlaufbahn von Enceladus erheblich. Grundsätzlich sind die Plumes etwa viermal heller, wenn sich Enceladus in der Apoapsis befindet (am weitesten vom Saturn entfernt), was mit geophysikalischen Berechnungen übereinstimmt, die vorhersagen, dass die Südpolarspalten weniger komprimiert werden und sie daher weiter öffnen.
Die Existenz von unterirdischem Wasser wurde durch Nachweise derCassiniMission im Jahr 2014. Dazu gehörten Gravitationsmessungen während der Vorbeiflüge von 2010-2012, die die Existenz eines Südpolarens bestätigten unterirdischer Ozean aus flüssigem Wasser innerhalb von Enceladus mit einer Mächtigkeit von etwa 10 km.
Künstlerische Darstellung einer möglichen hydrothermalen Aktivität, die auf und unter dem Meeresboden von Enceladus stattfinden könnte. Bildnachweis: NASA/JPL
Darüber hinaus während der 14. Juli 2005 Vorbeiflug , die Cassini-Sonde auch das Vorhandensein von entweichender interner Wärme in der südlichen Polarregion nach. Diese Temperaturen waren zu hoch, um einer solaren Erwärmung zuzuschreiben, und schienen zusammen mit der Geysiraktivität darauf hinzudeuten, dass das Innere des Planeten immer noch geologisch aktiv ist.
Weitere Studien aus Messungen der Libration von Enceladus bei seiner Umlaufbahn um Saturn legen stark nahe, dass die gesamte eisige Kruste vom felsigen Kern abgelöst ist, was bedeuten würde, dass der Ozean unter seiner Oberfläche planetenweit ist. Die Menge der Libration impliziert, dass dieser globale Ozean etwa 26 bis 31 Kilometer tief ist (verglichen mit der durchschnittlichen Ozeantiefe der Erde von 3,7 Kilometern).
Beobachtungen der Oberfläche von Enceladus haben fünf Arten von Gelände enthüllt – kraterreiches Gelände, glattes (junges) Gelände, geriffeltes Gelände (oft an glatte Bereiche grenzend), lineare Risse, Abgründe, Mulden und Rillen. Untersuchungen des von Kratern übersäten Terrains, glatter Ebenen und anderer Merkmale weisen auf einen Grad der Oberflächenerneuerung hin, der darauf hindeutet, dass die Tektonik ein wichtiger Faktor in der geologischen Geschichte von Enceladus ist.
Aktuelle Beobachtungen vonCassinihaben einen genaueren Blick auf die Kraterverteilung und -größe gegeben. Diese Funktionen wurden von der IAU nach Zeichen und Orten aus Burtons Übersetzung von benanntDas Buch von Tausendundeiner Nacht– d.h. der Shahrazad-Krater, die Diyar-Ebene, die Anbar-Senke.
Künstlerische Darstellung der Saturnansicht von Enceladus, mit rechts im Vordergrund ausbrechenden Geysiren. Bildnachweis: Michael Carroll
Die glatten Ebenen werden von frischem, sauberem Eis dominiert, was Enceladus die möglicherweise am stärksten reflektierende Oberfläche im Sonnensystem gibt (mit einer visuellen geometrischen Albedo von 1,38). Diese Gebiete haben wenige Krater, was darauf hindeutet, dass sie wahrscheinlich jünger als einige hundert Millionen Jahre alt sind. Darüber hinaus ist die relative Jugendlichkeit dieser Regionen ein Hinweis darauf, dass Kryovulkanismus und andere Prozesse erneuern aktiv die Oberfläche.
Das ältere Terrain ist nicht nur mit Kratern übersät, sondern es wurden auch zahlreiche Brüche beobachtet – was darauf hindeutet, dass die Oberfläche seit der Kraterbildung stark verformt wurde. Einige Gebiete weisen Regionen ohne Krater auf, was auf größere Wiederauftauchereignisse in der geologisch jüngeren Vergangenheit hindeutet. Die Spalten, Ebenen, welliges Gelände und andere Krustendeformationen weisen ebenfalls darauf hin, dass Enceladus geologisch aktiv ist.
Eine der dramatischeren Arten von tektonischen Merkmalen, die auf Enceladus zu finden sind, sind die Rift-Canyons. Diese Canyons können bis zu 200 km lang, 5–10 km breit und 1 km tief sein. Solche Merkmale sind geologisch jung, da sie andere tektonische Merkmale durchschneiden und ein scharfes topographisches Relief mit markanten Aufschlüssen entlang der Klippen aufweisen.
Beweise für die Tektonik auf Enceladus stammen auch aus gerilltem Terrain, das aus Gassen mit gekrümmten Formationen und Kämmen besteht, die oft glatte Ebenen von kraterreichen Regionen trennen. Eine weitere sind tiefe Brüche, die häufig in Bändern zu finden sind, die sich durch Kratergelände ziehen, und die wahrscheinlich durch die Bildung von abgeschwächtem Regolith beeinflusst wurden, der durch Einschlagskrater erzeugt wurde.
Enceladus, der das berühmte „Tiger Stripes“-Merkmal zeigt – eine Reihe von Brüchen, die auf beiden Seiten von buntem Eis begrenzt sind. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute
Lineare Rillen können auch durch andere Geländearten wie Rillen- und Firstbänder geschnitten werden. Wie die tiefen Risse gehören sie zu den jüngsten Merkmalen auf Enceladus. Einige lineare Rillen wurden jedoch wie die Krater in der Nähe aufgeweicht, was darauf hindeutet, dass sie älter sind. Auch auf Enceladus wurden Kämme beobachtet, die jedoch relativ begrenzt und bis zu einem Kilometer hoch sind.
Weitere interessante Features sind die „ Tigerstreifen “: eine Reihe von Brüchen, die auf beiden Seiten von Kämmen in der südlichen Polarregion begrenzt werden, die von mintgrünem, grobkörnigem Wassereis umgeben sind. Diese Brüche scheinen die jüngsten Merkmale in dieser Region zu sein und sind in Kombination mit dem Fehlen von Einschlagskratern in diesem Gebiet ein weiterer Beweis für geologische Aktivität.
Atmosphäre:
Saturnmond Enceladus hat eine Atmosphäre, die größer ist als die aller anderen im Sonnensystem, mit Ausnahme von Titan . Die Quelle der Atmosphäre wird dem periodischen Kryovulkanismus zugeschrieben, der dazu führt, dass Gase und Dämpfe aus der Oberfläche oder dem Inneren entweichen. Hinweise auf eine schwache Atmosphäre lieferten Magnetometermessungen derCassini's Sonde im Jahr 2005.
Diese bestand in einer verstärkten Detektion der Leistung von Ionenzyklotronwellen, die durch die Wechselwirkung ionisierter Teilchen und Magnetfelder erzeugt werden. Bei den nächsten beiden Begegnungen stellte das Magnetometerteam fest, dass sich Gase in der Atmosphäre von Enceladus über der Südpolarregion konzentrieren, wobei die atmosphärische Dichte abseits des Pols viel geringer ist.
Wasserdampf-Geysire, die am Südpol von Enceladus ausbrechen. Bildnachweis: NASA/JPL
Ähnlich wie der Inhalt der Jet Plumes besteht diese Atmosphäre hauptsächlich aus Wasserdampf (91%), weist aber auch Anzeichen von Nebenbestandteilen wie molekularem Stickstoff (4 %) und Kohlendioxid (3,2 %) auf. Es wurden auch einfache Kohlenwasserstoffe nachgewiesen, die in Form von Methan (1,7%) sowie in Spuren von Propan, Acetylen und Formaldehyd vorliegen.
Bewohnbarkeit:
Seit der Entdeckung der Geysire von Enceladus und Beweisen, die auf einen inneren Ozean hindeuteten, spekulierten Wissenschaftler über die Möglichkeit, dass es auf Enceladus Leben geben könnte. Da er so viel Sonnenlicht reflektiert, erreicht die mittlere Oberflächentemperatur mittags nur -198 °C und ist damit etwas kälter als andere Cronian-Satelliten. Im Kern existieren jedoch mehrere Hinweise auf Leben.
Seine Resonanz mit Dione regt seine orbitale Exzentrizität an, die die Gezeitenkräfte dämpfen, was zu einer Gezeitenerwärmung seines Inneren führt. Dies bietet eine mögliche Erklärung für seine geologische Aktivität und deutet auch darauf hin, dass seine inneren Ozeane näher am Kern wärmer sind. Darüber hinaus haben geologische Modelle gezeigt, dass der große felsige Kern porös ist, sodass Wasser durch ihn fließen kann, um Wärme aufzunehmen.
ZU Modell des Ozeans von Enceladus erstellt von Christopher R. Glein et al. (2015) weist auf einen alkalischen pH-Wert von 11 bis 12 hin. Dieser hohe pH-Wert (alkalisch) wird als Folge der Serpentinisierung von chondritischem Gestein interpretiert, die zur Bildung von molekularem Wasserstoff (H²) führt. Diese geochemische Energiequelle kann von methanogenen Mikroben metabolisiert werden, um Energie für das Leben bereitzustellen.
Das Vorhandensein eines internen salzigen Ozeans mit einer Energiequelle und einfachen organischen Verbindungen sind alles starke Anzeichen dafür, dass Mikroben näher am Kern existieren könnten, wo das Wasser warm ist und die Grundbausteine des Lebens existieren.
Erkundung:
Obwohl er erstmals im späten 18. Jahrhundert entdeckt wurde, wussten Astronomen viele Jahrhunderte lang nicht viel über diesen Mond. Es dauerte bis es zum ersten Mal in einer Reihe von Vorbeiflügen von den beiden der NASA besucht wurde Reisen Raumschiff in den 1980er Jahren, dass bestimmte Dinge über Enceladus offensichtlich wurden.
Künstlerische Darstellung von Voyager 1 beim Erreichen des Saturn und seines Mondsystems. Bildquelle: NASA/JPL – Caltech
Für den Anfang, dieReisenMissionen zeigten, dass der Planet einen Durchmesser von nur 500 km (310 Meilen) hat, was weniger als ein Zehntel des Durchmessers von Saturns größtem Mond Titan ist. Sie stellten auch fest, dass der größte Teil der Oberfläche mit frischem, sauberem Eis bedeckt ist; Dadurch erhält es ein reines, schneeweißes Aussehen, das auch fast 100% des Sonnenlichts anzieht, das auf seine Oberfläche trifft.
DieReisen1Mission bestätigte auch, dass Enceladus in den dichtesten Teil des diffusen E-Rings des Saturn eingebettet war. Kombiniert mit dem scheinbar jugendlichen Aussehen der Oberfläche,ReisenWissenschaftler schlugen vor, dass der E-Ring aus Partikeln besteht, die von der Oberfläche von Enceladus abgelassen werden. DieReisen 2mission lieferte bessere Fotos als sein Vorgänger und bestätigte das Vorhandensein einer jugendlichen Oberfläche, aber auch andere Merkmale.
Bis 2005 wurde dieCassiniDie Raumsonde begann, mehrere enge Vorbeiflüge an Enceladus durchzuführen und ihre Oberfläche und Umgebung detaillierter zu enthüllen. Bestimmtes,Cassinientdeckte die wasserreichen Wolken, die aus der Südpolarregion von Enceladus entweichen, die Gegenstand vieler Forschungen und Spekulationen wurden.
Cassinihat starke Beweise dafür geliefert, dass Enceladus über einen Ozean mit einer Energiequelle, Nährstoffen und organischen Molekülen verfügt, was Enceladus zu einem der besten Orte für die Untersuchung potenziell bewohnbarer Umgebungen für außerirdisches Leben macht.Im Gegensatz dazu vermutete man das Wasser auf dem Jupitermond Europa befindet sich unter einer viel dickeren Eisschicht.
Eine Künstlerillustration der Raumsonde Cassini. Bildquelle: NASA/JPL
Cassini 'Der letzte Vorbeiflug fand am 14. Oktober 2015 statt und passierte den Mond in einer Höhe von 1.839 Kilometern (1.142 Meilen) über der nördlichen Polarregion. Dies war das erste Mal, dassCassinihatte die nördliche Polarregion beobachten können, da die nördliche Region bei allen vorherigen Gelegenheiten ihren Winterzyklus durchlebte und von der Dunkelheit verdeckt war.
Cassinis Instrumente nahmen Bilder von mehreren Oberflächenmerkmalen auf, darunter Krater (von denen viele aussehen, als würden sie schmelzen), Brüche und Falten. Es wird angenommen, dass die letzteren Merkmale ein Hinweis darauf sind, dass sich die Rotationsgeschwindigkeit des Mondes geändert hat, was ein weiterer Hinweis darauf sein könnte, dass die Oberfläche im Laufe ihres Lebens mehrere Episoden geologischer Aktivität durchgemacht hat.
Die EntdeckungenCassinibei Enceladus gemacht hat, haben zu Studien zu Nachfolgemissionskonzepten geführt. Im Jahr 2013 schlug die NASA eine mögliche Probenrückgabe-Mission nach Enceladus, die einen kostengünstigen Orbiter beinhalten würde. Diese Mission würde in den 2020er Jahren beginnen und 15 Jahre dauern.
Ein weiterer Vorschlag für einen Sondenvorbeiflug, bekannt als Reise nach Enceladus und Titan (JET) würde den Plume-Inhalt analysierenvor Ort.Als Reaktion auf die Discovery Announcement of Opportunity der NASA von 2010 vorgeschlagen, würde die Mission einen Orbiter beinhalten, der hochauflösende Massenspektroskopie-Untersuchungen von Enceladus und Titan durchführt und sie auf ihr biologisches Potenzial untersucht.
Die Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt hat auch vorgeschlagen, die Bewohnbarkeit des unterirdischen Ozeans von Enceladus mit einem Enceladus-Entdecker , und zwei astrobiologisch orientierte Missionskonzepte (die Enceladus Lebensfinder und Lebensuntersuchung für Enceladus ). Im Jahr 2007 schlug die Europäische Weltraumorganisation (ESA) vor, eine Sonde nach Enceladus zu schicken, um sie mit Studien zu Titan zu kombinieren – bekannt als Tandem (Titan- und Enceladus-Mission).
Außerdem gibt es die Titan Saturn Systemmission (TSSM), ein gemeinsamer Vorschlag der NASA/ESA-Flaggschiff-Klasse zur Erforschung Saturnmonde (mit einem Fokus auf Enceladus).TSSMkonkurrierte gegen die Europa-Jupiter-Systemmission (EJSM) Finanzierungsvorschlag. Im Februar 2009 wurde bekannt gegeben, dass die NASA/ESA dieEJSMMissionspriorität vorTSSM, obwohlTSSMwird weiter untersucht und ausgewertet.
Enceladus ist ein verlockendes Ziel für zukünftige Forschungen und Erkundungen, und das aus gutem Grund. Für den Anfang ist es einer der wenigen Körper des Sonnensystems (neben der Erde, Io und Triton ) bestätigte zeitgenössische vulkanische Aktivität. Zweitens besteht die eindeutige Möglichkeit, dass Leben unter seiner eisigen Oberfläche existiert, ähnlich wie Europa. Aber mit Enceladus wäre es viel einfacher, an einen Ort zu gelangen, an dem wir dieses Leben studieren könnten.
Daher ist es fast sicher, dass alle Missionen zum Saturn und/oder zum äußeren Sonnensystem in den kommenden Jahren wahrscheinlich einen nahen Vorbeiflug an Enceladus beinhalten werden. Vielleicht setzen wir sogar einen Lander und einen Wasserforscher ein, um die Oberfläche zu untersuchen und darunter zu gipfeln!
Wir haben viele Artikel über Enceladus für Universe Today geschrieben. Hier ist ein Artikel über Salz in den Federn von Enceladus . gefunden , und der Möglichkeit eines flüssigen Ozeans auf Enceladus .
Und hier ist ein Überblick über Cassinis interessanteste Entdeckungen .
Weitere Informationen zu Enceladus finden Sie unter Der NASA-Leitfaden zur Erforschung des Sonnensystems , und hier ist ein Link zu a cooles Mosaikbild von Enceladus .
Wir haben eine Episode von Astronomy Cast rund um die Saturnmonde aufgenommen. Hör zu, Folge 61: Saturns Monde .
Quellen:
