Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) entdeckten Astronomen, dass Ariel, ein Mond des Uranus, sich in einem vergrabenen Ozean mit flüssigem Wasser verstecken könnte.
Die Entdeckung könnte eine Antwort auf ein Rätsel rund um diesen Uranmond liefern, das Wissenschaftlern Rätsel aufgibt: die Tatsache, dass die Oberfläche von Ariel mit einer beträchtlichen Menge Kohlendioxideis bedeckt ist. Das ist rätselhaft, denn in der Entfernung, in der Uranus und seine Monde von der Sonne existieren, also 20-mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, verwandelt sich Kohlendioxid in Gas und geht in den Weltraum verloren. Das bedeutet, dass ein Prozess das Kohlendioxid an der Oberfläche von Ariel auffrischen muss.
Frühere Theorien deuten darauf hin, dass dies auf Wechselwirkungen zwischen Ariels Oberfläche und geladenen Teilchen zurückzuführen ist, die in der Magnetosphäre von Uranus gefangen sind und ionisierende Strahlung liefern, Moleküle aufspalten und Kohlendioxid hinterlassen, ein Prozess, der „Radiolyse“ genannt wird.
Neue Erkenntnisse des JWST deuten jedoch darauf hin, dass die Quelle dieses Kohlendioxids nicht außerhalb von Ariel, sondern aus seinem Inneren stammen könnte, möglicherweise aus einem vergrabenen Ozean unter der Oberfläche.
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Da chemische Elemente und Moleküle Licht charakteristischer Wellenlängen absorbieren und emittieren, hinterlassen sie individuelle „Fingerabdrücke“ in den Spektren. Das Team hinter dieser Entdeckung nutzte das JWST, um Lichtspektren von Ariel zu sammeln, die ihnen dabei halfen, ein Bild von der chemischen Zusammensetzung des Uranmondes zu zeichnen.
Der Vergleich mit simulierten Spektren einer chemischen Mischung im Labor hier auf der Erde zeigte dem Team, dass Ariel über einige der kohlendioxidreichsten Vorkommen im Sonnensystem verfügt. Dies erhöhte nicht nur die Dicke des Eises auf der permanent von Uranus abgewandten Seite des Gezeitenblocks Ariel um weitere 10 Millimeter (0,4 Zoll), sondern brachte auch zum ersten Mal deutliche Ablagerungen von Kohlenmonoxid zum Vorschein.
„Es sollte einfach nicht da sein. Man muss auf 30 Kelvin (minus 405 Grad Fahrenheit) sinken, bevor sich das Kohlenmonoxid stabilisiert“, sagte Teamleiter Richard Cartwright vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in einer Erklärung. „Das Kohlenmonoxid müsste aktiv nachgefüllt werden, keine Frage.“
Das liegt daran, dass die Oberflächentemperatur von Ariel im Durchschnitt etwa 18 Grad Celsius wärmer ist als diese Schlüsseltemperatur.
Cartwright räumt ein, dass die Radiolyse einen Teil dieser Wiederauffüllung ausmachen könnte. Beobachtungen aus dem Vorbeiflug von Voyager 2 an Uranus und seinen Monden im Jahr 1986 sowie andere neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass die Wechselwirkungen hinter der Radiolyse begrenzt sein könnten, da die Magnetfeldachse von Uranus und die Orbitalebene seiner Monde um etwa 58 Grad gegeneinander versetzt sind.
Das bedeutet, dass der Großteil der Kohlenstoff-/Sauerstoffverbindungen, die auf der Oberfläche von Ariel zu sehen sind, durch chemische Prozesse in einem Ozean mit flüssigem Wasser entstehen könnten, der unter dem Eis auf Ariel eingeschlossen ist.
Der coole Kunde Ariel hat möglicherweise ein vulkanisches Temperament
Sobald diese Kohlenstoffoxide im Sickerwasserozean von Ariel entstanden sind, könnten sie durch Risse in der eisigen Hülle des Uranmondes entweichen oder sogar von mächtigen Eruptionswolken explosionsartig ausgestoßen werden.
Wissenschaftler vermuten seit einiger Zeit, dass die rissige und vernarbte Oberfläche von Ariel auf das Vorhandensein aktiver Kryovulkane hinweisen könnte, Vulkane, die eher eisige Schneematschwolken als Lava ausstoßen. Diese Wolken könnten so stark sein, dass sie Material in das Magnetfeld von Uranus schleudern.
Die meisten Risse und Rillen auf der Oberfläche von Ariel befinden sich auf der Seite des Mondes, die von Uranus abgewandt ist. Wenn Kohlendioxid und Kohlenmonoxid aus diesen Strukturen auf die Oberfläche des Uranmonds gelangen, könnte dies erklären, warum diese Verbindungen auf dieser Hinterseite des Eiskörpers in größerer Menge vorkommen.
Das JWST hat auch weitere chemische Beweise für einen unterirdischen Ozean mit flüssigem Wasser gefunden. Die Spektralanalyse deutete auf das Vorhandensein von Karbonitmineralien hin, Salzen, die entstehen, wenn Gestein auf flüssiges Wasser trifft und mit ihm interagiert.
„Wenn unsere Interpretation dieses Karbonatmerkmals richtig ist, dann ist das ein ziemlich großes Ergebnis, denn es bedeutet, dass es sich im Inneren bilden musste“, erklärte Cartwright. „Das ist etwas, das wir unbedingt bestätigen müssen, entweder durch zukünftige Beobachtungen, Modellierung oder eine Kombination von Techniken.“
Uranus und seine Monde wurden seit Voyager 2 vor fast vier Jahrzehnten nicht mehr von einer Raumsonde besucht, und dies war nicht einmal die Hauptmission der Raumsonde. Im Jahr 2023 betonte die dekadische Umfrage „Planetary Science and Astrobiology“ die Notwendigkeit, einer speziellen Mission zum Uransystem Priorität einzuräumen.
Cartwright glaubt, dass eine solche Mission eine Gelegenheit bieten würde, wertvolle Informationen über Uranus und Neptun, den anderen Eisriesen des Sonnensystems, zu sammeln. Eine solche Mission könnte auch wichtige Daten über die anderen potenziell ozeanischen Monde dieser Systeme liefern. Diese Informationen könnten dann auf extrasolare Planeten oder „Exoplaneten“ außerhalb des Sonnensystems angewendet werden.
„All diese neuen Erkenntnisse unterstreichen, wie überzeugend das Uran-System ist“, sagte Teammitglied und NASA-Wissenschaftler Ian Cohen. „Ob es darum geht, die Schlüssel zur Entstehung des Sonnensystems zu entschlüsseln, die komplexe Magnetosphäre des Planeten besser zu verstehen oder herauszufinden, ob diese Monde potenzielle Ozeanwelten sind, viele von uns in der Planetenwissenschaftsgemeinschaft freuen sich wirklich auf eine zukünftige Mission zur Erforschung von Uranus.“ .”
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (24. Juli) in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
