X-Akten der Astronomie: Die Geheimnisse des Walnussmondes

Dank immer besserer Technologie, innovativer Ansätze und internationaler Zusammenarbeit blüht die Astronomie auf. Während viele Beobachtungen helfen, Theorien zu verfeinern oder zu sortieren, gibt es immer Entdeckungen, die einfach nicht zu passen scheinen. Mysteriöse Signale, angebliche Verstöße gegen die Naturgesetze und doch Phänomene, die nicht erklärt werden können. Die Öffentlichkeit diskutiert dann gerne, ob es Spuren außerirdischer Intelligenz gibt. Wissenschaftler wissen, dass es am Ende fast immer eine natürliche Erklärung gibt. Aber überall wird die Fantasie angeregt.

In einer Reihe von Artikeln über Aufzüge im Internet stellen wir einige dieser astronomischen Unregelmäßigkeiten aus einer kürzlich vorgestellten Sammlung vor und erklären, warum alle Versuche, sie bisher zu erklären, fehlgeschlagen sind.

In der Astronomie gibt es immer Beobachtungen, die nicht zuerst erklärt werden können. Während einige mutmaßliche Außerirdische dahinter stehen, erwarten andere neue Einblicke in die Natur des Universums. Sie sind immer aufregend. Heise Online untersucht einige dieser bisher ungeklärten Unregelmäßigkeiten.

Als Schriftsteller gefällt mir an dem Thema dieser Serie, dass es ein komplettes Bestiarium der Astronomie abdeckt, von Doppelsternen über Pulsare, Galaxien und Supernovae bis hin zu Schwarzen Löchern. Aber ohne einen Blick auf unser Sonnensystem wäre kein astronomischer Überblick vollständig. Es gibt auch ungelöste Rätsel direkt vor der Tür. Gehen wir jetzt zu einem Ort, den wir bereits mit unseren Robotersonden besucht haben. In das System der Saturnmonde!

Saturn mit seinen Ringen ist wahrscheinlich der faszinierendste Anblick, den ein Himmelskörper in einem Teleskop bieten kann. Jeder, der es jemals mit eigenen Augen gesehen hat, ist normalerweise mit dem Astronomievirus infiziert. Fast weniger faszinierend sind die Satelliten auf dem Riesenplaneten, von denen 82 bisher entdeckt wurden. 13 der Monde sind größer als 50 Kilometer und seit langem bekannt. Der größte Teil des Restes wurde entdeckt, als 1980 und 1981 Voyager-Sonden vorbeiflogen, sowie von Orbiter Cassini, der von 2004 bis 2017 das Saturn-System erforschte. Die Sonden lieferten uns atemberaubende Nahaufnahmen der Monde, von denen einige ganz anders sind als der Mond unserer Erde .

Der größte Titan hat einen Durchmesser von 5.149 Kilometern, ist größer als der Planet Merkur (4.880 Kilometer) und hat eine überwiegend Stickstoffatmosphäre, die 1,6-mal dichter als die Erde ist. Dies erleichtert es der Huygens-Sonde, dort mit einem Hitzeschild und einem Fallschirm zu landen um uns Bilder von der Oberfläche zu schicken. Sie enthüllten eine Welt von Eisbergen, in der Regen aus verflüssigtem Erdgas (Methan) fällt, das über Bäche und Flüsse in Seen abfließt, von denen der größte die Größe des Kaspischen Meeres hat.

Das Bild, das um die Welt ging: Eines der ersten Bilder von Titans Oberfläche.
(Bild: NASA / JPL / ESA / Universität von Arizona)

Der viel kleinere Enceladus mit einem Durchmesser von nur 500 Kilometern sorgte für Schlagzeilen, da höchstwahrscheinlich ein umliegendes Meer aus flüssigem Salzwasser unter seiner Eisdecke verborgen ist, die wie ein Geysir durch Risse im Südpol in den Weltraum gesprüht wird. Enceladus gilt als vielversprechender Ort, an dem das Leben seinen Ursprung haben könnte. Das Raumschiff Cassini flog durch die Geysirwolke und konnte einige Tropfen des Brunnens mit seinen begrenzten Instrumenten analysieren, die nicht für die Suche nach Leben ausgelegt waren. sie fand merklich schwere Moleküle darines kann nur organisch sein, weil nur Kohlenwasserstoffkettenmoleküle so hohe Massen haben.

Ein zusammengesetztes (Falschfarben-) Panorama von Enceladus
(Bild: NASA / JPL / Space Science Institute)

“Organisch” bedeutet nicht, dass es Spuren existierenden Lebens gibt, sondern zumindest, dass dort komplexe chemische Reaktionen stattfinden, was eine notwendige Voraussetzung für die Entwicklung des Lebens ist. Was würden Biologen davon halten, einen Tropfen dieses Wassers im Labor analysieren zu dürfen?

Der drittgrößte Saturnmond, der den Riesenplaneten in einer Entfernung von 3,56 Millionen Kilometern umkreist, ist im Scheinwerferlicht kleiner und neunmal länger als unser Mond Erde. Iapetus wurde im Oktober 1671 von Giovanni Cassini entdeckt, der auch seine Umlaufzeit von 79,3 Tagen bestimmte. Cassini fragte sich jedoch, warum er den Mond nur auf der Westseite des Planeten und niemals im Osten finden konnte. Er vermutete, dass eine Hälfte des Mondes viel dunkler als die andere war, so dass der Mond auf der Ostseite des Planeten nicht zu sehen war.

Dies stellte sich später bei größeren Teleskopen als richtig heraus, die ihn auch im Osten verfolgen – die helle Seite von Iapetus ist fast fünfmal heller als die dunkle. Iapetus dreht immer die gleiche Seite in Richtung Saturn, also schauen wir von der Erde östlich des Saturn immer auf die dunkle Seite, die in Drehrichtung führt, und westlich des Saturn immer auf die helle Seite, die der Umlaufbahn folgt.

NASA / JPL / Space Science Institute / CICLOPS

Die beiden Hemisphären von Iapetus sind auf völlig unterschiedliche Weise mit Eis bedeckt, sodass der Mond auf der Westseite des Gasriesen fünfmal heller erscheint als auf der Ostseite, wenn er um den Saturn gebunden ist.

(Bild: NASA / JPL / Space Science Institute / CICLOPS)

Nur die Nahaufnahmen der Voyager-Sonden und später der Cassini-Huygens-Mission halfen, das Rätsel des von Janus geführten Mondes zu lösen. Mit einem äquatorialen Durchmesser von 1.492 Kilometern ist Iapetus weniger als die Hälfte des Erdmondes. Es hat nur 1/3 der Dichte des Erdmondes, da es größtenteils aus gefrorenem Wasser besteht, das bei seiner Entstehung im äußeren Sonnensystem reichlich vorhanden war. Die helle Seite ist schneeweiß, es sieht so aus, als hätte es auf dem Mond geschneit. Die dunkle Seite ist dagegen dunkelbraun.

Die am meisten akzeptierte Theorie über den Ursprung der beiden so unterschiedlichen Hemisphären ist, dass zwischen der dunklen Seite, die mehr Sonnenlicht absorbiert, und der hellen Seite, die mehr Licht reflektiert, ein Temperaturgradient besteht. Tatsächlich ist die dunkle Seite in der Nähe des Äquators bei -144 ° C etwa 15 K wärmer als die eisbedeckte Seite bei -160 ° C. Auf der wärmeren Seite sublimieren Eis und gefrorenes Kohlendioxid zu Gas, das um den Mond herum zur kühleren Seite wandert, wo es in der Kälte ausfällt. Dieser Mechanismus musste jedoch gedrückt werden, da beide Seiten die gleiche Menge Sonnenlicht erhalten. Ein kleiner anfänglicher Unterschied muss durch den Mechanismus verstärkt worden sein.

NASA / JPL / Space Science Institute / CICLOPS

Der helle Rücken von Iapetus ist fast vollständig von Eis aus Wasser und Kohlendioxid bedeckt, das durch Sublimation weitgehend von der wärmeren Vorderseite verschwunden ist und sich auf dem kühleren Rücken widerspiegelt.

(Bild: NASA / JPL / Space Science Institute / CICLOPS)

Und diese treibende Kraft liegt in ihrem äußeren Nachbarn, Phoebe. Phoebe, nur 213 Kilometer im Durchmesser, umkreist den Saturn in die entgegengesetzte Richtung (retrograd), dh. im Gegensatz zu dem Gefühl der Rotation des Planeten und der Umlaufbahn der anderen Monde wie Iapetus. Es wird angenommen, dass Phoebe ein gefangenes Objekt aus dem Kuipergürtel ist, einer Region großer Asteroiden im äußeren Sonnensystem. Sie enthalten große Mengen gefrorener Gase, einschließlich Kohlendioxid, Methan und Wasser, die sich im UV-Licht der Sonne zu Kohlenwasserstoffketten und kleinen organischen Molekülen verbinden, die Wärme sehr gut absorbieren.

Der ständige Beschuss mit Mikrometeoriten und die Sublimation der Gase im Sonnenlicht sorgen dafür, dass Phoebe diese Substanzen entlang ihrer Umlaufbahn verteilt. Der Sonnenwind bläst das Material in einen breiten Ring, der 2009 vom Spitzer-Weltraumteleskop im Infrarotlicht entdeckt wurde. Iapetus-Kreise im inneren Teil des Phoebe-Rings und seiner Seite, die immer in Richtung der Orbitalbewegung vorne liegt, sammeln das darauf zukommende Material und werden dadurch dunkler. So kam es, dass die Vorderseite mehr Wärme absorbierte und die flüchtigen Stoffe zum kühleren Rücken wanderten.

NASA / JPL / Space Science Institute / CICLOPS

Der kleine äußere Mond Phoebe umkreist den Saturn in die entgegengesetzte Richtung (rückläufig) und verliert ständig dunklen organischen Staub durch Mikrometeoritenbeschuss, der sich auf der Vorderseite des Iapetus ansammelt, der weiter nach innen zirkuliert und ihn dunkler und wärmer macht. Daher zog sich das Eis nach hinten zurück.

(Bild: NASA / JPL / Space Science Institute / CICLOPS)

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