Warum es im Inneren von Zwergplaneten jenseits von Pluto möglicherweise Ozeane gibt

Die Nordseeküste der Erde, einschließlich der Stacks of Duncansby in Caithness. (© George / Adobe Stock)

Lange Zeit dachte man, die Erde sei der einzige Planet in unserem Sonnensystem mit einem Ozean, doch allmählich sieht es so aus, als gäbe es sogar im Inneren der überraschendsten Eiskörper unterirdische Ozeane.

Tatsächlich scheinen Eismonde und Zwergplaneten im äußeren Sonnensystem unter dicken Eisschichten flüssige Ozeane zu haben. Neuere Forschungen legen nahe, dass es sogar in Körpern jenseits von Pluto Ozeane geben könnte. Das ist überraschend, da die Oberflächentemperaturen dieser Körper weit unter -200 °C liegen.

Vor siebzig Jahren schien es plausibel, dass die dampfige Atmosphäre der Venus einen globalen Ozean vor unseren Augen verbirgt. Diese Vorstellung wurde 1962 zunichte gemacht, als die Raumsonde Mariner 2 an der Venus vorbeiflog und feststellte, dass ihre Oberfläche zu heiß für flüssiges Wasser ist.

Es dauerte nicht lange, bis uns klar wurde, dass alle Ozeane, die es auf der Venus und auch auf dem Mars einst gegeben haben mag, aufgrund großer klimatischer Veränderungen vor Milliarden von Jahren verschwunden sind.

Gezeitenheizung
Die revolutionäre Denkweise, die den Weg für unsere neue Sicht auf die Ozeane unseres Sonnensystems ebnete, geht auf eine Arbeit des Astrophysikers Stan Peale aus dem Jahr 1979 zurück. Darin wurde vorhergesagt, dass Jupiters innerster großer Mond Io im Inneren so heiß sein würde, dass er vulkanisch aktiv sein könnte.

Die Wärmequelle, die dies ermöglicht, ist ein Gravitationseffekt – ein wiederholter Gezeitenzug zwischen Io und dem nächsten Mond von Jupiter, Europa. Europa absolviert genau eine Umlaufbahn von Ios zwei. Io überholt Europa daher alle zwei Umlaufbahnen und erfährt einen regelmäßig wiederholten Gezeitenzug von Europa, der verhindert, dass Ios Umlaufbahn kreisförmig wird.

Dies bedeutet, dass sich die Entfernung Ios zu Jupiter ständig ändert und damit auch die Stärke der viel stärkeren Gezeitenkraft des Jupiters, die Ios Form tatsächlich verzerrt.

Durch die wiederholte Gezeitenverformung seines Inneren erwärmt sich Io aufgrund der inneren Reibung. Das ist genauso, als ob Sie einen steifen Draht mehrere Male hin und her biegen und dann mit der neu gebogenen Stelle Ihre Lippe berühren (versuchen Sie es mit einem Kleiderbügel oder einer Büroklammer). Sie werden die Wärme spüren.

Peales Vorhersage einer Erwärmung durch die Gezeiten wurde bereits eine Woche nach ihrer Veröffentlichung bestätigt, als Voyager-1, der erste technisch anspruchsvolle Vorbeiflug an Jupiter, Bilder von ausbrechenden Vulkanen auf Io zur Erde sendete.

Io ist eine felsige Welt ohne Wasser in irgendeiner Form, daher scheint dies nichts mit Ozeanen zu tun zu haben. Der Gezeitenzug zwischen Jupiter, Io und Europa wirkt jedoch in beide Richtungen. Europa wird ebenfalls durch die Gezeiten erwärmt, nicht nur von Io, sondern auch vom nächsten Mond, Ganymed.

Ozeanwelten, flüssiges Wasser blau dargestellt. Im Uhrzeigersinn von oben links: Europa, Ganymed, Kallisto, Enceladus. (Bild: NASA)

Es gibt mittlerweile sehr gute Beweise dafür, dass sich zwischen Europas eisiger Hülle und seinem felsigen Inneren ein 100 km tiefer Ozean befindet. Ganymed könnte bis zu drei oder vier Flüssigkeitsschichten aufweisen, die zwischen Eisschichten eingeschlossen sind. In diesen Fällen ist die Wärme, die das flüssige Wasser am Gefrieren hindert, wahrscheinlich größtenteils auf die Gezeiten zurückzuführen.

Es gibt auch Hinweise auf eine salzhaltige Flüssigwasserzone im Inneren von Callisto, dem äußersten großen Mond des Jupiters. Dies ist wahrscheinlich nicht auf die Erwärmung durch Gezeiten zurückzuführen, sondern möglicherweise auf die Wärme, die durch den Zerfall radioaktiver Elemente freigesetzt wird.

Saturn besitzt einen relativ kleinen (504 km Radius) Eismond namens Enceladus, der dank der Gezeitenerwärmung durch die Wechselwirkung mit dem größeren Mond namens Dione einen inneren Ozean besitzt. Wir sind absolut sicher, dass dieser Ozean existiert, weil die Eisschale von Enceladus auf eine Weise wackelt, die nur möglich ist, weil diese Schale nicht mit dem festen Inneren verbunden ist.

Darüber hinaus wurden von der Raumsonde Cassini Proben von Wasser und Spurenelementen dieses inneren Ozeans entnommen. Die Messungen legten nahe, dass das Meerwasser von Enceladus mit warmem Gestein unter dem Meeresboden reagiert haben muss und dass die Chemie dort unten für die Unterstützung mikrobiellen Lebens geeignet zu sein scheint.

Andere Ozeane
Rätselhafterweise häufen sich die Hinweise auf innere Ozeane sogar bei Monden, die eigentlich nicht durch Gezeiten erhitzt werden sollten, und bei Körpern, die gar keine Monde sind. Die Liste der Welten, die möglicherweise innere Ozeane haben oder einmal hatten, umfasst mehrere Uranusmonde, wie Ariel, Triton, den größten Neptunmond, und Pluto.

Eines der besten Bilder, die wir von Ariel haben. (Bild: NASA/JPL)

Der der Sonne am nächsten gelegene innere Ozean könnte sich im Inneren des Zwergplaneten Ceres befinden, doch dieser ist wahrscheinlich inzwischen größtenteils gefroren oder besteht vielleicht nur aus salzigem Schlamm.

Besonders erstaunlich finde ich Hinweise auf Ozeanwelten weit hinter Pluto. Diese stammen aus kürzlich veröffentlichten Ergebnissen des James Webb-Weltraumteleskops, das die Verhältnisse verschiedener Isotope (Atome, die mehr oder weniger Teilchen namens Neutronen in ihrem Kern haben) im gefrorenen Methan untersuchte, das Eris und Makemake umhüllt, zwei Zwergplaneten, die etwas kleiner und deutlich weiter entfernt sind als Pluto.

Die Autoren behaupten, ihre Beobachtungen seien ein Beweis für chemische Reaktionen zwischen dem Wasser im Inneren des Ozeans und dem Gestein am Meeresboden sowie für relativ junge, möglicherweise sogar noch heute existierende Wasserfontänen. Die Autoren vermuten, dass die Wärme aus dem Zerfall radioaktiver Elemente im Gestein ausreicht, um zu erklären, wie diese inneren Ozeane warm genug gehalten wurden, um nicht zu gefrieren.

Die vermuteten, heutigen Zustandsbereiche in Eris und Makemake. (Bild: Southwest Research Institute)

Sie fragen sich vielleicht, ob all dies unsere Chancen erhöht, außerirdisches Leben zu finden. Es tut mir leid, Ihnen die Freude verderben zu müssen, aber auf der diesjährigen Lunar and Planetary Science Conference in Houston (11.-15. März) wurden mehrere Beiträge veröffentlicht, in denen berichtet wurde, dass das Gestein unter dem Meeresboden Europas zu fest sein muss, als dass es durch Verwerfungen auseinanderbrechen und auf dem Meeresboden heiße Quellen (hydrothermale Quellen) entstehen könnten, die auf der frühen Erde mikrobielles Leben nährten.

Es ist möglich, dass andere unterirdische Ozeane ähnlich unwirtlich sein könnten. Aber bisher gibt es noch Hoffnung.

Der Autor
David Rothery, Professor für Planetare Geowissenschaften, The Open University

(Quelle: The Conversation)