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Sep 19, 2023

Webb beobachtet die Wasserdampffahne von Enceladus

Da Enceladus den Saturn schnell umkreist und dabei nur 1,37 Erdentage benötigt,

Während Enceladus den Saturn in nur 1,37 Erdentagen schnell umkreist, verteilt sich der ausgestoßene Wasserdampf entlang und um seine Umlaufbahn und bildet einen großen Torus um den Gasriesen.

Bilder von Webbs Nahinfrarotkamera (NIRCam) zeigen eine Wasserdampfwolke, die vom Südpol des Saturnmondes Enceladus ausströmt. Bildnachweis: NASA / ESA / CSA / STScI / G. Villanueva, Goddard Space Flight Center der NASA / A. Pagan, STScI.

Enceladus ist mit einem Durchmesser von 505 km (314 Meilen) der sechstgrößte Saturnmond.

Dieser Mond wurde 1789 vom in Deutschland geborenen britischen Astronomen William Herschel entdeckt und ist eines der aufregendsten wissenschaftlichen Ziele in unserem Sonnensystem bei der Suche nach Leben außerhalb der Erde.

Enceladus ist wahrscheinlich die größte Wasserquelle im Saturnsystem, da Wasser und andere Materialien durch lokale geologische Aktivität in die Saturnumlaufbahn geschleudert werden.

Erste Hinweise auf geologische Aktivität auf Enceladus lieferten die Voyager-Sonde der NASA und Teleskopbeobachtungen in den 1980er und 1990er Jahren, bei denen ein enger Zusammenhang zwischen der Umlaufbahn von Enceladus und Saturns äußerstem und breitestem Ring – dem dichten E-Ring – festgestellt wurde.

Im Jahr 2005 entdeckten mehrere Instrumente an Bord der NASA-Raumsonde Cassini eine Wolke aus Gasen und Eiskörnern, die aus Spalten in der Südpolregion von Enceladus austraten.

Ein Wassertorus entlang der Umlaufbahn von Enceladus wurde kürzlich mittels Submillimeterspektroskopie mit dem Herschel-Observatorium der ESA beobachtet.

Die Cassini-Messungen des Fahnengases wurden mittels Massenspektrometrie entlang spezifischer Vorbeiflugbahnen und mittels Sternbedeckung im inneren Bereich der Fahne (weniger als 200 km) durchgeführt.

Im Gegensatz dazu waren die Messungen des Torus nicht ortsaufgelöst, sie deuteten jedoch auf das Vorhandensein von Wasserdampf im gesamten Saturnsystem hin.

Während der Fluss der Eiskörner in der Wolke auf mehreren Zeitskalen variiert, sind die Schwankungen im Dampffluss sowie deren Auswirkungen auf die Struktur und Entwicklung des Torus weitaus weniger gut verstanden.

Durch die Analyse der molekularen Emissionen über große Entfernungen von Enceladus mit dem James Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA konnten Dr. Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der NASA und seine Kollegen die Verteilung des ausgegasten Wassers kartieren und das Aktivitätsniveau damit vergleichen die durch Cassini-Messungen ermittelt wurde, und stellen eine direkte Verbindung der Wolke mit der ausgedehnten Materialwolke jenseits der Wolke her, die sich wahrscheinlich über mehrere Umlaufbahnen angesammelt hat.

„Als ich mir die Daten ansah, dachte ich zunächst, ich hätte mich geirrt. Es war einfach schockierend, eine Wasserfahne zu entdecken, die mehr als 20-mal so groß wie der Mond war“, sagte Dr. Villanueva.

„Die Wasserfahne erstreckt sich – bis zu 10.000 km (6.000 Meilen) – weit über ihre Freisetzungsregion am Südpol hinaus.“

Die Infografik zeigt oben ein Diagramm von Saturn, Enceladus und seinem Torus, unten links das NIRCam-Bild von Enceladus und unten rechts die Spektren des NIRSpec-Instruments. Bildnachweis: NASA / ESA / CSA / STScI / L. Hustak, STScI / G. Villanueva, Goddard Space Flight Center der NASA.

Die Länge der Wolke war nicht das einzige Merkmal, das die Forscher faszinierte.

Besonders beeindruckend ist auch die Geschwindigkeit, mit der der Wasserdampf ausströmt, etwa 79 Gallonen pro Sekunde.

„Die Umlaufbahn von Enceladus um Saturn ist mit nur 33 Stunden relativ schnell. Während er um Saturn herumwirbelt, spucken der Mond und seine Jets im Wesentlichen Wasser aus und hinterlassen einen Halo, fast wie ein Donut, in ihrem Kielwasser“, sagte Dr. Villanueva .

„Bei den Webb-Beobachtungen war die Wolke nicht nur riesig, es gab auch überall Wasser.“

„Dieser flauschige Donut aus Wasser, der ‚überall‘ auftauchte und als Torus beschrieben wird, befindet sich in der Nähe des E-Rings des Saturn.“

Die Webb-Beobachtungen zeigen direkt, wie die Wasserdampffahnen des Mondes den Torus speisen.

Durch die Analyse der Webb-Daten stellten die Autoren fest, dass etwa 30 % des Wassers in diesem Torus verbleiben und die anderen 70 % entweichen, um den Rest des Saturnsystems mit Wasser zu versorgen.

„Im Moment bietet Webb eine einzigartige Möglichkeit, direkt zu messen, wie sich Wasser in der riesigen Wolke von Enceladus im Laufe der Zeit entwickelt und verändert, und wie wir hier sehen, werden wir sogar neue Entdeckungen machen und mehr über die Zusammensetzung des darunter liegenden Ozeans erfahren“, sagte er Dr. Stefanie Milam, ebenfalls vom Goddard Space Flight Center der NASA.

„Aufgrund der Wellenlängenabdeckung und Empfindlichkeit von Webb und dem, was wir aus früheren Missionen gelernt haben, haben wir ein völlig neues Fenster voller Möglichkeiten vor uns.“

Die Ergebnisse erscheinen diese Woche in der Zeitschrift Nature Astronomy.

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GL Villanueva et al. 2023. JWST molekulare Kartierung und Charakterisierung der Wasserfahne von Enceladus, die seinen Torus speist. Nature Astronomy, im Druck