Kryovulkanisme på dværgplaneten Ceres

Blandt de mest slående træk på overfladen af ​​Ceres er de lyse pletter i midten af ​​Occator-krateret, som skilte sig ud allerede da NASAs rumsonde Dawn nærmede sig dværgplaneten. Forskere under ledelse af Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) har nu for første gang bestemt alderen på dette lyse materiale, som hovedsageligt består af aflejringer af specielle mineralsalte. Med kun omkring fire millioner år, disse aflejringer er omkring 30 millioner år yngre end selve krateret. Det her, samt fordelingen og arten af ​​det lyse materiale i krateret, tyder på, at Occator-krateret har været skueplads for eruptive udbrud af underjordisk saltlage over en lang periode og indtil næsten for nylig. Ceres er således det legeme, der er tættest på Solen, der viser kryovulkanisk aktivitet.

I næsten to år, NASAs rumsonde Dawn har ledsaget dværgplaneten Ceres, som kredser om Solen i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter. Under den første del af missionen, sonden avancerede til lavere og lavere baner, indtil mellem december 2015 og september 2016 kun cirka 375 kilometer adskilte den fra overfladen. Under denne såkaldte Low Altitude Mapping Orbit producerede Dawn Framing Cameras højt opløste billeder af Ceres' overflade med en opløsning på 35 meter pr. pixel. The Dawn Framing-kameraer, Dawns videnskabelige billeddannelsessystem, blev udviklet og bygget og drives under ledelse af MPS.

MPS-forskere har nu grundigt undersøgt de komplekse geologiske strukturer, der er vist på de detaljerede billeder af Occator-krateret. Disse strukturer omfatter brud, laviner, og yngre, mindre kratere. "I disse data, kraterets oprindelse og udvikling, som det fremstår i dag, kan læses tydeligere end nogensinde før", siger Andreas Nathues, Indramning Kamera Lead Investigator. Yderligere indikationer blev givet ved målinger af det infrarøde spektrometer VIR ombord på Dawn.

Occator-krateret på den nordlige halvkugle af Ceres måler 92 kilometer i diameter. I midten findes en grube med en diameter på omkring 11 kilometer. På nogle dele af dens kanter, takkede bjerge og stejle skråninger rejser sig op til 750 meter høje. Inden i gruben dannedes en lys kuppel. Den har en diameter på 3 kilometer, er 400 meter høj og viser fremtrædende brud.

"Denne kuppel indeholder det klareste materiale på Ceres, " siger MPS-forsker Thomas Platz. Forskere kalder det lyse materiale i den centrale pit Cerealia Facula. VIR-data viser, at det er rigt på visse salte, såkaldte karbonater. Da senere påvirkninger i dette område ikke afslørede andet materiale fra dybden, denne kuppel består muligvis udelukkende af lyst materiale. De spredte lyse pletter (Vinalia Faculae) placeret længere udenfor i krateret er blegere, danner et tyndere lag og viser sig – som VIR og kameradata viser – at være en blanding af karbonater og mørkt omgivende materiale.

Nathues og hans team fortolker den centrale pit med dens stenede, takket højderyg som en rest af et tidligere centralbjerg. Det blev dannet som et resultat af påvirkningen, der skabte Occator Crater for omkring 34 millioner år siden og kollapsede senere. Kuppelen af ​​lyst materiale er meget yngre:kun cirka fire millioner år. Nøglen til at bestemme disse aldre var den nøjagtige optælling og måling af mindre kratere revet af senere nedslag. Denne metodes grundlæggende antagelse er, at overflader, der viser mange kratere, er ældre end dem, der er mindre stærkt "perforerede". Da selv meget små kratere er synlige i højt opløste billeder, den nye undersøgelse indeholder den hidtil mest nøjagtige datering.

"Alder og udseende af materialet omkring den lyse kuppel indikerer, at Cerealia Facula blev dannet af en tilbagevendende, eruptiv proces, som også slyngede materiale ind i mere ydre områder af den centrale pit", siger Nathues. "En enkelt eruptiv begivenhed er ret usandsynlig, " tilføjer han. Et kig ind i Jupiter-systemet understøtter denne teori. Månerne Callisto og Ganymedes viser lignende kupler. Forskere fortolker dem som vulkanske aflejringer og dermed som tegn på kryovulkanisme.

MPS-forskerne antager, at en lignende proces er aktiv på Ceres. "Det store nedslag, der rev det gigantiske Occator-krater ind i overfladen af ​​dværgplaneten, må oprindeligt have startet alt og udløst den senere kryovulkaniske aktivitet, " siger Nathues. Efter forstyrrelsen af ​​påvirkningen, saltlageforskerne formoder, at enten som et komplet lag eller som spredte pletter under den stenede mantel var i stand til at bevæge sig tættere på overfladen. Det lavere tryk tillod vand og opløste gasser, såsom metan og kuldioxid, at undslippe og danne et ventilationssystem. Ved overfladen, der opstod brud, hvorigennem den mættede opløsning brød ud fra dybden. De aflejrede salte dannede efterhånden den nuværende kuppel.

Det sidste af disse udbrud må have skabt den nuværende overflade af kuplen for fire millioner år siden. Hvorvidt den kryovulkaniske aktivitet er ophørt fuldstændigt eller fortsætter på et lavere niveau, er stadig uklart. Billeder af krateret, der viser dis, når de er afbildet i visse vinkler, synes at tale for sidstnævnte. Allerede i slutningen af ​​2015, MPS-forskere forklarede dette fænomen med sublimering af vand.

Nylige undersøgelser understøtter denne fortolkning. MPS-forskerne vurderede adskillige billeder af Occator-krateret fra en tidlig fase af missionen taget fra en afstand af 14, 000 kilometer og fra lave vinkler. De viser tydeligt variationer i lysstyrke efter en døgnrytme. "Arten af ​​lysspredningen i bunden af ​​Occator adskiller sig fundamentalt fra den på andre dele af Ceres overflade, " MPS-forsker Guneshwar Singh Thangjam beskriver resultatet af sin analyse. "Den mest sandsynlige forklaring er, at nær kraterbunden er en optisk tynd, der dannes semi-transparent dis, " tilføjer han. Forskerne mener, at disen muligvis dannes ved at sublimere vand, der kommer ud fra brud i kraterbunden, når det udsættes for sollys.