Dwergplaneet dicht bij aarde blijkt geologisch actief te zijn

De kleine, bitterkoude dwergplaneet Ceres verbluft astronomen met aanwijzingen voor recente ijsvulkanen, die worden gevoed door overblijfselen van een ondergrondse oerzee.

Wednesday, August 12, 2020,
Door Michael Greshko
In deze opname in valse kleuren van Ceres worden de verschillen in oppervlaktemateriaal op de dwergplaneet ...

In deze opname in valse kleuren van Ceres worden de verschillen in oppervlaktemateriaal op de dwergplaneet benadrukt, waardoor de helderwitte zoutafzettingen in de krater Occator goed zijn te zien.

Foto van Image by NASA/JPL-CalTech/UCLA/MPS/DLR/IDA

In de planetoïdengordel, tussen de banen van Mars en Jupiter, is de dwergplaneet Ceres een schatkamer van verrassingen. Op basis van een grote hoeveelheid nieuwe metingen van de NASA-sonde Dawn mag worden aangenomen dat Ceres – op zijn eigen koude, zilte manier – een geologisch actief hemellichaam is, met ijsvulkanen en verspreide overblijfselen van een lang geleden verdwenen oceaan.

Tijdens zijn laatste vluchten rond Ceres vergaarde Dawn tussen eind 2017 en eind 2018 een grote hoeveelheid gegevens voordat het ruimtevaartuig definitief door zijn brandstof heen was. En uit al die gegevens blijkt nu dat er op de dwergplaneet waarschijnlijk een dikke smurrie van pekelwater uit de bodem opwelt. Ook registreerde Dawn grote hopen en heuvels van ijs dat weer moet zijn bevroren nadat het bij de inslag van een asteroïde, zo’n twintig miljoen jaar geleden, was gesmolten.

Op 26 juli 2018 bracht de NASA-sonde Dawn vanaf een hoogte van 152 kilometer dit netwerk van breuken in de bodem van de krater Occator in beeld.

Foto van Image by NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Het idee dat er op Ceres – een hemellichaam met een doorsnede van minder dan een derde van die van de maan – stromend water zou kunnen voorkomen, zou ooit absurd hebben geklonken. Maar nu Dawn het met eigen ‘ogen’ van dichtbij heeft kunnen waarnemen, weten we dat het piepkleine en bitterkoude Ceres een geologisch levende wereld is. De ontdekking kan bijdragen aan een verklaring voor Ceres’ grote mysterie: een inslagkrater met een diameter van negentig kilometer die de naam Occator draagt en is bezaaid met opvallend heldere zoutvlekken. Zo’n 1,2 miljoen jaar geleden welde ijskoud pekelwater uit de ondergrond van Occator op en vormde deze zoutafzettingen, zo blijkt uit nieuw onderzoek.

De vorming van de bergen en heuvels past bij het idee dat Ceres een vorm van ijskoud cryovulkanisme kent, waarbij een dikke brei van zout en ijs zich gedraagt als gesmolten lava op aarde. In één regio van de kraterbodem zag Dawn aanwijzingen voor pekelstromen die in de afgelopen tientallen jaren – en misschien nóg recenter – uit ijsvulkanen zijn gesijpeld. “We beschikken nu over duidelijke bewijzen dat Ceres mogelijk in het heden geologisch actief is of dat in een zeer recent verleden is geweest,” zegt Carol Raymond, hoofwetenschapper van de Dawn-missie en manager van het ‘Small Bodies Program’ van NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië. “En er zijn ook veelbelovende aanwijzingen dat dit nog steeds het geval is.”

Afgezien van de exotische ijsvulkanen kan Ceres dankzij het nieuwe onderzoek worden toegevoegd aan de lijst van hemellichamen die op enig moment in hun geschiedenis beschikten over alle benodigde ingrediënten voor het bestaan van leven: vloeibaar water, energie en koolstofhoudende organische moleculen. Wetenschappers denken dat Ceres dankzij de hitte die bij inslagen van asteroïden vrijkwam, gedurende korte perioden in zijn bestaan levensvatbaar moet zijn geweest, wat overigens niet betekent dat er ook leven is ontstaan. “We zien nu dit recente, warme en natte geologische systeem, dat aan alle voorwaarden voldoet voor de vorm van leven zoals wij die kennen,” zegt Kirby Runyon, een planetair geoloog van het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University in Laurel, Maryland, die niet bij de nieuwe studies was betrokken.

Dwergplaneet van dichtbij

Op 10 augustus verschenen zeven afzonderlijke studies in drie vakbladen – Nature AstronomyNature Communications en Nature Geoscience – waarin de gegevens van de laatste etappe van de Dawn-missie worden gepresenteerd. In die periode, van 2015 tot 2018, bevond het ruimtevaartuig zich in een omloopbaan rond Ceres. Als grootse finale van de hele missie scheerde Dawnop een hoogte van slechts 35 kilometer over het oppervlak van de dwergplaneet, waarbij de sonde opnamen met een adembenemende resolutie van drie meter per pixel nam, wat te vergelijken is met het waarnemen van een golfbal op vierhonderd meter afstand.

Sinds Dawn in 2015 de heldere plekken in Occator waarnam, hebben wetenschappers zich het hoofd gebroken over het ontstaan ervan. Al snel kwamen ze erachter dat de vlekken uit zout bestonden, dat moet zijn afgezet door een ijskoude smurrie van pekelwater die uit de bodem van Ceres opwelde. De vraag is waar dat pekelwater vandaan kwam. Onderzoekers denken dat de krater Occator zo’n twintig miljoen jaar oud is. Bij de inslag die de krater deed ontstaan, moet een enorme hoeveelheid hitte zijn vrijgekomen en het normaliter stijf bevroren landschap in een schuimende en kolkende zee van zout water zijn veranderd. Maar met behulp van computersimulaties ontdekte het team van Dawn dat die hitte al na zo’n vijf miljoen jaar naar de ruimte moet zijn afgevoerd.

Op 31 juli 2018 legde Dawn de kloven in de bodem van de krater Occator opnieuw vast, ditmaal vanaf een hoogte van slechts vijftig kilometer.

Foto van Image by NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Sommige heldere zoutvlekken zijn in de laatste vier miljoen jaar afgezet, dus kunnen ze niet door een inslag zijn ontstaan. In plaats daarvan moeten de vloeistoffen uit een oeroud en diep reservoir van vloeibaar pekelwater afkomstig zijn geweest. Het zwaartekrachtveld van Ceres onthulde de mogelijke bronnen van de vloeistof. De aantrekkingskracht van de dwergplaneet vertoont van gebied tot gebied lichte verschillen, afhankelijk van het plaatselijke landschap en de dikte van de korst. Deze variaties hadden hun uitwerking op de snelheid waarmeeDawnrond de dwergplaneet vloog, zodat de onderzoekers het zwaartekrachtveld van Ceres in kaart konden brengen.

Toen ze deze gegevens vergeleken met de zichtbare topografie van Ceres, ontdekten ze dat het gesteente onder Occator een geringere dichtheid had dan de omringende korst. Onder de krater leken twee afgeplatte reservoirs van pekelwater te liggen. De grootste van de twee, met een doorsnede van ruim vierhonderd kilometer, lag op een diepte van zo’n vijftig kilometer pal onder de krater aan de onderzijde van Ceres’ korst. Het kleinere pekelreservoir, met een doorsnede van een kleine tweehonderd kilometer, lag ten zuidoosten van de krater, op een diepte van slechts twintig kilometer. “Als je daar zou boren, zou je een watervoerende laag gesteente – een aquifer – bereiken en dan zou er extreem koud pekelwater uit opwellen,” zegt Bill McKinnon, een planetoloog van de Washington University in St. Louis die bij geen van de nieuwe studies was betrokken.

Opwellende overblijfselen

Deze opname van een van de wanden van de krater Occator op Ceres werd op 5 juli 2018 vanaf een hoogte van 43 kilometer gemaakt door de NASA-sonde Dawn.

Foto van Image by NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Het team kwam tot de conclusie dat de verspreide reservoirs overblijfselen moeten zijn van een veel grotere oceaan die Ceres misschien ooit helemaal omspande. Iedereen die ’s winters weleens op een weg heeft gereden waar met zout is gestrooid, weet dat het opgeloste zout ervoor zorgt dat het water ook onder het vriespunt vloeibaar blijft. In het geval van Ceres ligt de temperatuur van de pekelbrei naar schatting dertig graden Celsius onder nul. Om de pekel op die temperatuur nog in vloeibare vorm te houden, is heel veel zout en mogelijk ook een mengsel van modderige of kleiachtige mineralen nodig.

De pekel is “absoluut niet geschikt om in te duiken, maar meer een groot moeras,” zegt planetologe Julie Castillo-Rogez van het JPL, lid van het Dawn-team en een van de medeauteurs van het nieuwe onderzoek. Wat het ook was dat zich lang geleden in het oppervlak van Ceres boorde en daar de krater Occator creëerde, het heeft waarschijnlijk het ijsvulkanisme op de dwergplaneet op gang gebracht. Anders dan gewone vulkanen op aarde zijn de ijsvulkanen op Ceres ontstaan doordat de korst van de dwergplaneet bevroor en uitzette, waarbij ondergrondse reservoirs van pekelwater werden samengeperst en de smurrie onder druk naar de oppervlakte werd gestuwd. De inslagkrater Occator doorbrak de korst van Ceres en veroorzaakte diepe scheuren, waardoorheen pekelwater uit diep gelegen reservoirs zich een weg naar de oppervlakte baande. Toen de brei eenmaal was uitgevloeid, verdampte het water en ontstonden de heldere zoutafzettingen die nu zijn waargenomen. 

Sommige observaties lijken er zelfs op te wijzen dat de cryovulkanische activiteit op Ceres nog altijd gaande is. In een van de zeven onderzoeken, door een team onder leiding van Maria Cristina De Sanctis, planetologe aan het Italiaanse Istituto nazionale di astrofisica (INAF), worden bewijzen aangevoerd voor de mogelijkheid dat de heldere vlekken in Occator deels uit gehydrateerd natriumchloride bestaan. Volgens de onderzoekers moet het water in dit ‘keukenzout’ binnen honderd jaar na zijn uittreden aan de oppervlakte zijn verdampt. Maar omdat de substantie nog altijd gehydrateerd is, zouden de ijsvulkanen op Ceres nog in een zeer traag tempo kunnen doorwerken. “Het is zeer waarschijnlijk dat deze vulkaan nog actief is, in de zin dat er nog kleine hoeveelheden water uit opwellen,” zegt planetoloog Andreas Nathues van het Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, een van de medeauteurs van het nieuwe onderzoek.

IJswerelden van het zonnestelsel

Dawnen de NASA-sonde New Horizons, die in 2015 langs Pluto vloog, hebben aangetoond dat kleine, ijzige hemellichamen veel actiever zijn dan altijd werd aangenomen, op een manier die het voorstellingsvermogen van wetenschappers vaak te boven gaat. De heldere zoutvlekken op Ceres maken weer eens duidelijk dat “elke dwergplaneet iets bijzonders en unieks heeft,” zegt McKinnon, een van de onderzoekers van de New Horizons-missie. “De geologie van deze ijzige werelden zal overeenkomsten vertonen maar toch telkens verschillend zijn.”

Een team onder leiding van Castillo-Rogez heeft deze week bij de NASA een voorstel ingediend om een sonde naar Ceres te sturen die monsters van de dwergplaneet terug naar de aarde kan sturen. Zo’n missie zou op z’n vroegst in 2031 kunnen plaatsvinden, aangezien het jaren kost om een ruimtevaartuig te fiatteren, ontwerpen en bouwen. Tijdens de missie zou een monster van honderd gram materiaal van de bodem van Occator worden genomen en terug naar de aarde worden gestuurd.

Dat klinkt als een zeer kleine hoeveelheid om mee te werken, maar het zou gaan om het meest ongerepte en primitieve materiaal dat we ooit hebben kunnen bestuderen, zegt Raymond. “Door gedetailleerd te kunnen onderzoeken uit welke materialen deze hemellichamen bestaan, zullen we enorm veel te weten komen.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer