Silikate im Wassereis

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Kernphysik bestimmen die mineralische Zusammensetzung der schnellen Staubteilchen von Saturn

Die chemische Zusammensetzung der schnellen Staubteilchen, die mit Geschwindigkeiten von über 100 Kilometern pro Sekunde das Saturnsystem verlassen, hat jetzt ein Forscherteam um Sascha Kempf vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik mit dem Staubdektor „Cosmic Dust Analyser“ (CDA) auf der Raumsonde „Cassini“ analysiert. Etwa drei Viertel der Staubpartikel wiesen dabei silikatisches Material auf, obwohl die Saturnringe überwiegend aus Wassereis bestehen. (Science Express Paper, 24 Februar 2005).

Einige der auf ihren Mineralgehalt untersuchten schnellen Staubteilchen stammen aus dem äußeren A-Ring von Saturn. Das konnten die Wissenschaftler aufgrund der dynamischen Eigenschaften der mit dem Staubdetektor auf der Raumsonde „Cassini“ detektierten Teilchen nachweisen. Da die majestätischen Ringe Saturns nicht direkt mittels Raumsonden erforscht werden können, erlauben nun die Untersuchungen der Partikel Rückschlüsse auf das Material der Saturnringe.

Die Heidelberger Forscher werteten dazu die Massenspektren von mehr als 500 Staubteilchen aus, deren Einschlagssignale nach Cassinis Eintritt in die Saturnumlaufbahn im Juli 2004 vom Staubdetektor aufgezeichnet wurden. „Aufgrund der Winzigkeit der Staubteilchen, die kleiner als 40 Nanometer sind, waren die resultierenden Flugzeitmassenspektren sehr schwach und verrauscht“, sagt Kempf. „Einige Spektren enthielten nur eine gut aufgelöste Massenlinie. Die Spektren zeigten überwiegend Linien gesteinsbildender Elemente wie Silizium und Sauerstoff, das Material des Einschlagstargets Rhodium, sowie Kohlenstoff unklarer Herkunft“, erklärt der Physiker. „Unsere qualitative Auswertung der Massenspektren ergab, dass die Massenlinien vier verschiedene Materialgruppen zugeordnet werden können, nämlich Silikatverbindungen, Eis- und Stickstoffverbindungen sowie Alkaliverbindungen, welche Verunreinigungen des Einschlagstargets zugeordnet werden können“, sagt Kempf.

Zum Erstaunen der Physiker deuteten die Massenspektren von 74 Prozent der registrierten Staubpartikel auf ein silikatisches Material, obwohl die Saturnringe überwiegend aus Wassereis bestehen. Allerdings wird schon seit langen aufgrund der leichten Verfärbung der Ringe vermutet, dass die Ringkörper winzige silikatische Verunreinigungen enthalten.

Die Heidelberger Forscher vermuten daher, dass die Staubteilchen Saturns aus den silikatischen Einschlüssen im Wassereis der Ringkörper des Saturns bestehen. Freigesetzt werden die Teilchen wahrscheinlich durch Kollisionen zwischen den einzelnen Eiskörpern in den Saturn-Ringen. Anschließend werden sie dann aufgrund ihrer winzigen Masse in den Weltraum geschleudert, anders als die Eispartikel, die weit schwerer sind und die Anziehungskraft des Planeten nicht überwinden können.