Iapetus: Tiefgefroren in seiner Jugendzeit

astronews.com Redaktion

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Der Saturnmond Iapetus wurde offenbar in seiner Jugendzeit tiefgefroren und sieht deswegen heute noch genauso aus, wie vor über drei Milliarden Jahren. Das ist zumindest das Ergebnis von Untersuchungen, die helfen sollten, einige Eigentümlichkeiten dieses Trabanten zu erklären, wie etwa eine merkwürdige Wulst am Äquator des Mondes. (18. Juli 2007)

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Mahananda

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Hallo,

das kommt mir doch sehr merkwürdig vor. Bei schneller Rotation entsteht doch ein Rotationsellipsoid, und wenn das einfriert, müsste die Ellipsoidform erhalten bleiben, nicht aber ein scharf begrenzter Äquatorwulst geringer Breite. Außerdem ist es für mich nicht nachvollziehbar, weshalb der Wulst durch größere Impakte nicht zerstört wurde, wenn er tatsächlich so alt ist. Diesem Erklärungsansatz stehe ich sehr skeptisch gegenüber.

Viele Grüße!
 

Bynaus

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Warum grössere Impakte? Iapetus befindet sich im äusseren Sonnensystem... Was den anderen "Kritikpunkt" angeht, da müsste man das Paper lesen...
 

Water

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Hallo Mahananda,

Iapetus besteht fast vollständig aus Eis. Eis verhält sich unter Druck bzw. dem Einfluss der Gravitation plastisch. Ich denke das passt schon. Der Ellipsoid fließt im Laufe der Jahrmillionen unter seinem eigenen Gewicht langsam wieder zu den Polen hin.

Auf dem Foto ist zu erkennen, dass ein großer Impaktkrater (rechter Bildrand) Teile der Wulst zerstört hat.

Gruß Water
 
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jonas

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Mir macht ein anderer Gedanke Kopfzerbrechen, nämlich die Gezeitenreibung. Normalerweise hätte ich gedacht, dass ein so schnell rotierender Mond neben einem Gasriesen doch ordentlich durchgeknetet wird und daher nicht so ohne weiteres einfrieren sollte.

Erst wenn die Eigenrotation genügend abgebremst ist sollte das einfrieren beginnen. Dann aber hätte sich der Wulst vorher schon wieder legen müssen.
 

Bynaus

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Iapetus ist extrem weit von Saturn entfernt (rund 3.5 Mio km) - Gezeitenreibung dürfte da kaum eine Rolle spielen.

Vergleich mit dem Effekt der Erde auf den Mond:

95 (Saturnmasse / Erdmasse) / 10 (Iapetusentfernung / Mondentfernung)^3 = 0.1. Das heisst, die Gezeiteneffekte der Erde auf dem Mond sind zehn mal grösser, als jene von Saturn auf Iapetus.
 

Mahananda

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Hallo,

Ein weiterer Einwand: Die beiden genannten Isotope Al-26 und Fe-60 haben eine Halbwertszeit von jeweils nur wenigen Millionen Jahren. Da frage ich mich, wo nennenswerte Mengen dieser Isotope herkommen sollen. Sie müssten seit der Supernovaexplosion, die das protosolare Gas mit schwereren Elementen angereichert hat, längst zerfallen sein. Aber angenommen, die Entstehung der Sonne erfolgte nur wenige Hunderttausend Jahre nach der Supernova – die Elementeverteilung war doch weitgehend homogen, zumal in den äußeren Bereichen des Systems. Zu erwarten ist doch dann, dass auch bei den anderen Monden sowie Planeten ein proportionaler Anteil dieser Isotope vorhanden gewesen ist.

Bleiben wir im Saturnsystem, stellen wir fest, dass bei den anderen Monden keine derartigen „Absonderlichkeiten“ vorkommen. Lediglich bei Enceladus hat man einen „Kickstart“ durch Al-26 postuliert (ebenfalls von mir sehr skeptisch betrachtet). Warum aber kein „Kickstart“ bei den anderen Monden, die doch wegen ihrer größeren Masse (Tethys, Dione und Rhea) noch mehr kurzlebige Isotope enthalten haben müssen? Außerdem müsste bei Rhea der Einfluss des Titan verstärkend gewirkt haben, um geologische Prozesse auszulösen und über längere Zeiträume aufrecht zu erhalten. Was sehen wir aber auf Rhea? Eine einzige Kraterwüste ohne Anzeichen von Schmelzprozessen, Verwerfungen usw.

Und ausgerechnet Iapetus, der von den großen Monden am weitesten von Saturn entfernt ist, soll ohne nennenswerte gravitative Störeinflüsse geologisch aktiv geworden sein? Durch radioaktive Isotope, die es andernorts auch gegeben hat? Das glaube wer will, aber für mich ist das alles andere als plausibel.

Viele Grüße!
 

Bynaus

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Al-26 kam wohl in allen Körpern des Sonnensystems vor (eben weil die Supernova der Bildung der ersten Kondensate vorausging, und zwar nur um eine sehr kurze Zeit). Bei Fe-60 ist es noch nicht so klar, nach einigen kam es nachträglich hinzu, nach anderen muss es schon immer da gewesen sein... Aber auf jeden Fall stimme ich dir zu, dass diese Isotope gleichmässig verteilt sein müssen.

Weder bei Iapetus noch bei Enceladus ist dies jedoch in Frage gestellt. Bei Enceladus geht es darum, eine genügend hohe anfängliche Wärme hinzubekommen, die dann durch die Gezeitenwärme nur noch "erhalten" werden muss. Bei Iapetus spielt, so wie ich das verstanden habe, die schnelle Rotation eine wichtigere Rolle als das Al-26. Alle Körper dieser Grösse waren in der Frühzeit des Sonnensystems "geologisch aktiv".
 

Toni

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Eine andere Idee ...

Hallo zusammen,

mir will diese Erklärung der "Cassini-Projektwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory" auch nicht so recht einleuchten. :(
Bei schneller Rotation entsteht doch ein Rotationsellipsoid, und wenn das einfriert, müsste die Ellipsoidform erhalten bleiben, nicht aber ein scharf begrenzter Äquatorwulst geringer Breite.
Das sehe ich genauso.
Wie kann denn solch ein äquatoriales "Gebirge" überhaupt entstehen?? Die Erklärung der "Cassini-Projektwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory" will mir irgendwie nicht gefallen. Mir kommt es dagegen eher so vor, als ob Japetus (so die deutsche Schreibweise :eek: ) nach einer warmen Anfangsphase recht schnell auskühlte, sich dabei eine dünne Kruste um ihn herum bildete, diese aber im Äquatorbereich noch etwas weich war, sein Kern durch die Auskühlung schrumpfte und dadurch die bereits erstarrten Halbkugelschalen der Nord- und der Südhemisphäre die noch weichere Äquatorzone zusammenquetschten. Dadurch entstand die merkwürdige Walnussform von Japetus und das äquatoriale Gebirge. Spätere Einschläge, wie der auf dem Foto rechts zu sehende, vernichteten dann Teile dieses Gebirges wieder.

Nach dieser meiner Vorstellung der Bildung von Japetus' Aussehen braucht man nicht einmal unbedingt eine hohe Rotation, obgleich diese sehr wohl existiert haben könnte, dann aber durch Ereignisse wie dem Einschlag stark gebremst wurde.

Außerdem ist es für mich nicht nachvollziehbar, weshalb der Wulst durch größere Impakte nicht zerstört wurde, wenn er tatsächlich so alt ist.
Dieser größere Impakt muss, wie ich eben schrieb, bereits eine Weile nach der Abkühlung geschehen sein.

Walnussartige Grüße von
Toni
 

Mahananda

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Alle Körper dieser Grösse waren in der Frühzeit des Sonnensystems "geologisch aktiv".

Ja schon, aber wenn bei Enceladus das Al-26 ausgereicht haben soll, einen "Kickstart" hinzulegen, der sich bis in die Gegenwart erhalten hat, dann erscheint es mir zumindest eigenartig, dass bei den beiden nächstfolgenden Monden Tethys (6fache Enceladusmasse) und Dione (10fache Enceladusmasse) dieser "Kickstart" entweder ausblieb oder so schwach verlief, dass er sich nicht erhalten konnte, obwohl die Gezeitenkräfte hier immer noch sehr stark an den Mondkörpern zerren. Allenfalls auf Dione sind noch vergleichsweise deutliche Spuren geologischer Aktivität auszumachen. Das Ithaca-Chasma auf Tethys hingegen sieht durch nachfolgende Impakte schon sehr verwittert aus. Die Kraterwüste auf Rhea habe ich schon erwähnt. Hier deutet nichts auf einstmalige Aktivität hin, obwohl hier die 22fache Enceladusmasse vorliegt und Titan in Zusammenwirkung mit Saturn ebenfalls einiges an Gezeitenkräften auslöst. Weiterhin: Was soll denn die ominöse schnelle Rotation des Iapetus ausgelöst haben? Ein Impakt? Falls ja, dann ist die sehr schnelle Abbremsung, die einen Rotationswulst gewissermaßen schockgefrieren ließ, um so rätselhafter, um nicht zu sagen konstruierter.

Viele Grüße!
 

Bynaus

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Wow, wirklich ein cooles Bild. Der Rücken sieht wirklich mysteriös und ungewöhnlich aus...

Ich finde Iapetus ganz allgemein eine extrem spannende Welt, ich könnte mir gut vorstellen, dass sie dereinst als Ausgangsbasis für die bemannte Erforschung des Saturnsystems dienen könnte.
 

jonas

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Das Bild ist wirklich beeindruckend. Gemessen an der Grösse seines Himmelskörpers dürfte der Wulst wohl Olympus Mons als beeindruckendste Erhebung im Sonnensystem den Rang ablaufen. :)
 

Joerschi

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Als "Beeindruckendste" Erhebung ja, als "Höchste" aber leider nicht.
Und da soll mal einer sagen, dass nicht die Länge zählt :D

@ Bynanus: Warum denkst du, dass Iapetus als bemannter Ausgangsposten für das Saturnsystem am besten geeignet wäre? Wegen der relativ saturnfernen Umlaufbahn (verglichen mit den anderen Monden) bzw. der "leicht erreichbaren" Oberfläche (im Gegensatz zu Titan...)?

PS: Leider kann/konnte bei dem Vorbeiflug nicht der nördliche Einschlagskrater näher fotografiert werden...
 
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Bynaus

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Warum denkst du, dass Iapetus als bemannter Ausgangsposten für das Saturnsystem am besten geeignet wäre? Wegen der relativ saturnfernen Umlaufbahn (verglichen mit den anderen Monden) bzw. der "leicht erreichbaren" Oberfläche (im Gegensatz zu Titan...)?

Ja und ja. Die Umlaufbahn liegt nicht besonders tief in der "Gravitationsdelle" von Saturn, der Mond wäre also vergleichsweise einfach erreichbar. Möglicherweise könnten anfliegende Raumschiffe die Atmosphäre Titans zu einem Aerobraking in Richtung Iapetus nutzen. Und der Mond ist einfach an sich schon sehr faszinierend.
 

Mahananda

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Hallo,

ist euch aufgefallen, dass der Äquatorwulst eine Deformation der Kruste ist und daher weder ein Faltengebirge noch ein abgestürzter Asteroidenring sein kann? Mir erscheint die These vom nahen Flyby an Titan immer noch plausibel, auch wenn sie einigen (oder den meisten) hier zu abenteuerlich ist. Immerhin könnte der Äquatorwulst ebenso wie die Herkunft des dunklen Materials damit erklärt werden. Beides wären dann Relikte dieses kurzfristigen Vorgangs.

Viele Grüße!
 

Bynaus

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ist euch aufgefallen, dass der Äquatorwulst eine Deformation der Kruste ist und daher weder ein Faltengebirge noch ein abgestürzter Asteroidenring sein kann?

Ich bezweifle, dass man dies aus den Bildern schliessen kann. Warum kein Faltengebirge (wie grenzt du dieses genau von einer "Deformation der Krust", m.E. nichts anderes als ein Faltengebirge, ab?), warum kein abgestürzter Ring (ich stimme dir soweit zu, dass die Dichte und Kompetenz des Wulsts gleich gross zu sein scheint wie die restliche Kruste (basierend auf den ähnlichen Kratermorphologien) - aber das allein muss ja noch nicht dagegen sprechen, dass es sich hier um einen staubbedecken Trümmerwulst handelt)?

Immerhin könnte der Äquatorwulst ebenso wie die Herkunft des dunklen Materials damit erklärt werden.

Wie genau würde dann deiner Meinung nach ein naher Vorbeiflug an Titan den Äquatorwulst erzeugen?

Für die Herkunft des dunklen Materials habe ich letztlich eine interessante photochemische Erklärung (Verdampfung / Kondensation) gelesen, die auch erklärte, warum man das Phänomen nur bei Iapetus beobachtet. Ich such mal danach. Zudem hab ich jetzt die Sache mit dem "eingefrorenen" Iapetus, der früher schneller rotierte, besser verstanden: das bezog sich nämlich gar nicht auf den Wulst, sondern auf die merkwürdig abgeplattete Form des Mondes allgemein. Diese Erklärung aus dem Astronews-Artikel für den Wulst (= die Bergkette) scheint mir immer noch die plausibelste:

astronews.com schrieb:
Nach Berechnungen der Wissenschaftler hat sich Iapetus ursprünglich in nur fünf bis 16 Stunden einmal um die eigene Achse gedreht. Durch die schnelle Drehung wurde der Mond im Äquatorbereich deutlich breiter, wodurch sich auch die gesamte Oberfläche des Mondes vergrößerte. Als nun die Eigendrehung des Mondes merklich abnahm, war die äußere Hülle von Iapetus bereits gefroren. Eine geringere Rotation bedeutet aber auch, das die Wulst kleiner werden sollte und damit auch die Mondoberfläche. Da diese aber nun gefroren war, sammelte sich das überschüssige Material in einer kleinen Bergkette am Äquator an.
 
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Mahananda

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Hallo Bynaus,

Warum kein Faltengebirge (wie grenzt du dieses genau von einer "Deformation der Krust", m.E. nichts anderes als ein Faltengebirge, ab?),

Nun ja, das war etwas ungenau formuliert. Ein Faltengebirge entsteht, wenn zwei Krustenplatten miteinander kollidieren. Das Resultat sind aufgewölbte und geborstene Strukturen, die sich bis zu einer gewissen Höhe auftürmen, wobei in der Regel mehrere parallel verlaufende Gebirgsketten entstehen. Außerdem haben Faltengebirge eher einen bogenförmigen Verlauf, statt schnurgerade wie auf Iapetus. Von daher schließe ich eine analoge Entstehung durch Plattenkollision auf Iapetus aus. Die Krustendeformation am Äquatorwulst muss daher auf anderen Ursachen beruhen.

Auffällig ist die scharfe Gratlinie am rechten Bildrand sowie die traktrixähnliche Gestalt des Hangs in beiden Fall-Linien. Beides zeigt mir, dass es sich hier nicht um eine Stauchung infolge eines Druckes handelt (wie es bei kollidierenden Platten zu erwarten wäre), sondern eher um eine nicht zum Abschluss gekommene Zugentlastung. Die Frage, die sich mir dann stellt, ist die nach der Ursache einer Zugkraft, die zudem genau am Äquator wirksam gewesen ist. Nach Lage der Dinge kommt für mich dafür das Wirken von Gezeitenkräften in Frage. Diese wiederum können nur durch einen hinreichend massereichen Körper hervorgerufen werden, der sich in geringem Abstand befindet.

Der nächstgelegene Körper ist Titan. Er hat etwa die 75fache Masse von Iapetus und könnte daher der verursachende Körper gewesen sein. Wenn sich – aus welchen Gründen auch immer – eine nahe Passage (oder auch mehrere) beider Körper ereignete, dürfte dies bei Iapetus zu dramatischeren Folgen geführt haben als bei Titan. Die starken Gezeitenkräfte würden insbesondere in den Iapetus-Gebieten, die die größte Nähe zur Titanoberfläche gehabt haben (also die Äquatorregion), zu Wärmefreisetzungen führen, die wiederum eine größere Plastizität des Eises bewirkt hätten (zum Aufschmelzen hätte es vielleicht nicht gereicht). Diese erhöhte Plastizität, verbunden mit den Gezeitenkräften führte zur begrenzten Deformation der äquatornahen Kruste in Gestalt einer traktrixförmigen Hangstruktur mit schmalem geradlinigem Grat. Nach dem erfolgten (letzten) Flyby setzte die Kompensationsbewegung ein, die jedoch nicht zum Abschluss kam, da die Gezeitenreibung ausblieb und das Eis wieder abkühlte, so dass die Plastizität verlorenging. Auf diese Weise wurde der Äquatorwulst konserviert.

Für die Herkunft des dunklen Materials habe ich letztlich eine interessante photochemische Erklärung (Verdampfung / Kondensation) gelesen, die auch erklärte, warum man das Phänomen nur bei Iapetus beobachtet. Ich such mal danach.

Das würde mich sehr interessieren. Auf spektroskopischem Weg konnte festgestellt werden, dass das dunkle Material den Tholinen in der Titanatmosphäre gleicht. Daher sehe ich da einen möglichen Zusammenhang.

Diese Erklärung aus dem Astronews-Artikel für den Wulst (= die Bergkette) scheint mir immer noch die plausibelste:

Die Fragen, die ich in Post #10 aufgeworfen habe, werden damit aber nicht beantwortet.

Viele Grüße!
 

Bynaus

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Ein Faltengebirge entsteht, wenn zwei Krustenplatten miteinander kollidieren. Das Resultat sind aufgewölbte und geborstene Strukturen, die sich bis zu einer gewissen Höhe auftürmen, wobei in der Regel mehrere parallel verlaufende Gebirgsketten entstehen.

Das hängt stark vom totalen Betrag der Stauchung ab. Ist er nur sehr klein, (und gibt es darüber hinaus keine Erosion!), dann müssen keine geborstenen Strukturen und keine parallelen Ketten entstehen.

Außerdem haben Faltengebirge eher einen bogenförmigen Verlauf, statt schnurgerade wie auf Iapetus.

Die Bogenform bei Faltengebirgen auf der Erde wird durch die Form der sich ineinander verzahnenden Platten gebildet - auf Iapetus waren es jedoch einfach die zwei Hemisphärenplatten (die oberste Kruste), die sich im Zuge von Iapetus' verlangsamter Rotationsgeschwindigkeit gegeneinander drückten. Die Oberfläche eines schnell rotierenden Iapetus ist etwas grösser als jene eines langsam rotierenden - daher die Kollision am Äquator. Diese Erklärung finde ich äusserst einleuchtend.

Die Frage, die sich mir dann stellt, ist die nach der Ursache einer Zugkraft, die zudem genau am Äquator wirksam gewesen ist. Nach Lage der Dinge kommt für mich dafür das Wirken von Gezeitenkräften in Frage.

Das scheint mir sehr unplausibel: warum soll eine derart diffuse Kraft wie die Gezeitenkraft (bzw. die Gravitation) eine so "scharfe" Wirkung auf die Kruste von Iapetus haben? Der Gezeiten-Wasserberg, den der Mond um die Erde schleppt, ist auch über die ganze Erde verteilt und beschränkt sich nicht auf einen steil zugespitzten Wasserrücken am Äquator der Erde - natürlich auch dann nicht, wenn der Mond der Erde sehr viel näher wäre.

Die starken Gezeitenkräfte würden insbesondere in den Iapetus-Gebieten, die die größte Nähe zur Titanoberfläche gehabt haben (also die Äquatorregion), zu Wärmefreisetzungen führen, die wiederum eine größere Plastizität des Eises bewirkt hätten (zum Aufschmelzen hätte es vielleicht nicht gereicht). Diese erhöhte Plastizität, verbunden mit den Gezeitenkräften führte zur begrenzten Deformation der äquatornahen Kruste in Gestalt einer traktrixförmigen Hangstruktur mit schmalem geradlinigem Grat.

Du bist dir bewusst, dass es auf Iapetus zwei interessante morphologische Phänomene (die Farbe der Oberfläche eingerechnet, sind es sogar drei) gibt: erstens der Äquatorwulst, zweitens die Äquatorbergkette. Beide ziehen sich um den ganzen Planeten herum - wenn sie nur die Folge eines einzigen nahen Vorbeifluges waren, dann lässt sich diese Beobachtung damit nicht erklären. Zudem bezweifle ich, ob ein einziger kurzer Vorbeiflug reicht, um nennenswerte Veränderungen herbeizuführen.

Das würde mich sehr interessieren. Auf spektroskopischem Weg konnte festgestellt werden, dass das dunkle Material den Tholinen in der Titanatmosphäre gleicht.

Tholine sind im äusseren Sonnensystem weit verbreitet - sie sorgen auch für die rotverfärbung der Oberfläche von KBOs und SDOs wie z.B. Sedna. Das muss keine direkte Verbindung zu Titan haben, genausowenig wie Wasser auf dem Mars auf einen früheren Vorbeiflug an der Erde hindeutet.

Die Fragen, die ich in Post #10 aufgeworfen habe, werden damit aber nicht beantwortet.

So wie es jetzt aussieht, handelt es sich bei Enceladus' Geysiren wohl eher um eine Art Klathraten, die sich da dekomprimieren, und nicht um flüssiges Wasser. Damit fällt der Bedarf nach extra viel Al-26 für Enceladus weg.

Iapetus schnelle Rotation ist für ein KBO-ähnliches Objekt ohne grösseren Mond (ich denke, es ist zumindest bei Iapetus (erst recht bei Phoebe und wer weiss, vielleicht auch bei Hyperion) und seiner grossen Saturnentfernung zumindest denkbar, dass er ein eingefangenes KBO = Kuipergürtelobjekt ist) ziemlich typisch. Und ja, auch eine schnellere Rotation liesse sich, etwa durch einen Impakt erklären. 2003EL61 ist z.B. ein KBO mit einer Rotationszeit von 4 Stunden und den Dimensionen 2000 x 1500 x 1000 km sowie zwei Monden - ein solches Objekt dürfte wohl das Ergebnis einer solchen Kollision sein. Die Abbremsung der Rotation muss nicht einmal besonders schnell erfolgt sein: es reicht, dass die Kruste zu diesem Zeitpunkt bereits hart gefroren war - selbst, wenn die Abbremsung Jahrmilliarden dauerte, dann schiebt sich die Kruste letztlich eben doch zum Äquatorgebirge zusammen, und ohne neue Energiequelle bleibt auch der Äquatorwulst erhalten.
 
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