Mysterie opgelost: ondergronds zout water oorzaak heldere plekken op dwergplaneet Ceres
De dwergplaneet Ceres is een 'oceaanwereld' met een groot zoutwaterreservoir onder zijn bevroren oppervlak. Dat zoute water is de oorzaak van de mysterieuze heldere vlekken die op Ceres te zien zijn. Dat blijkt uit onderzoek van de gegevens die de NASA-ruimtesonde Dawn verzameld heeft tijdens haar dichte vluchten over het oppervlak van Ceres. De dwergplaneet is ook nog steeds geologisch actief en de oceaan vergroot de kans dat er ooit leven zou geweest zijn.
De dwergplaneet Ceres bevindt zich in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter en is met haar diameter van zo'n 950 kilometer veruit het grootste object in die gordel.
In maart 2015 bereikt de ruimtesonde Dawn van de NASA Ceres en kwam ze in een baan rond de dwergplaneet. Tegen het einde van de missie van Dawn, in oktober 2018, was ze het oppervlak van Ceres genaderd tot op minder dan 35 kilometer, zodat de sonde gedetailleerde gegevens kon doorsturen over de mysterieuze heldere plekken op het oppervlak waarvoor Ceres bekend stond.
Wetenschappers hadden al uitgezocht dat de heldere gebieden afzettingen waren, die voor het grootste deel bestonden uit natriumcarbonaat, een verbinding van natrium, koolstof en zuurstof. Waarschijnlijk waren ze afkomstig van een vloeistof die opborrelde naar het oppervlak en verdampte, en zo een erg weerkaatsende zoutkorst achterliet. Maar de wetenschappers hadden niet kunnen vaststellen waar die vloeistof vandaan kwam.
Door de gegevens te analyseren die Dawn tegen het einde van haar missie verzameld had, zijn de wetenschappers van het Dawn-team tot de conclusie gekomen dat de vloeistof uit een diep reservoir van pekelwater komt, water dat verrijkt is met zout.
Door de zwaartekracht van Ceres te bestuderen kwamen de wetenschappers meer te weten over de interne structuur van de dwergplaneet en waren ze in staat vast te stellen dat het zoutwaterreservoir zo'n 40 kilometer diep is en zich uitstrekt over honderden kilometers.
Ceres heeft geen interne hitte die veroorzaakt wordt door zwaartekrachtinteracties met een grote planeet, wat wel het geval is voor een aantal van de ijzige manen van het buitenste zonnestelsel. Maar het nieuwe onderzoek bevestigt dat Ceres net als die ander ijzige hemellichamen een waterrijke wereld is. Het onderzoek was overigens toegespitst op de 92 kilometer brede Occator-krater waar de meest uitgestrekte heldere plekken te vinden zijn.
"Dawn heeft veel meer bereikt dan we hoopten toen de sonde vertrok op haar bijzondere buitenaardse expeditie", ze Marc Rayma, de directeur van de missie aan het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van de NASA. "Deze opwindende nieuwe ontdekkingen van het einde van haar lange en productieve missie vormen een prachtig eerbetoon aan deze opmerkelijke interplanetaire onderzoeker."
Het heldere mysterie opgelost
Lang voor Dawn in 2015 bij Ceres aankwam, hadden astronomen met telescopen al verspreide heldere plekken opgemerkt, maar ze wisten niet wat die waren. Vanuit haar dichte baan maakte Dawn beelden van twee verschillende, sterk reflecterende gebieden in de Occator-krater, die vervolgens Cerelia Facula en Vinalia Faculae genoemd werden. Faculae betekent heldere gebieden.
Wetenschappers wisten dat micrometeorieten dikwijls het oppervlak van Ceres treffen, daarbij het oppervlak ruwer maken en puin achterlaten. Na verloop van tijd zou dat deze heldere gebieden donkerder moeten maken, en dus betekende hun helderheid dat ze waarschijnlijk jong waren.
De verlengde missie van Dawn, van 2017 tot 2018, werd toegespitst op het achterhalen van wat de oorsprong was van de heldere gebieden en hoe het kwam dat het materiaal zo nieuw was
Het onderzoek bevestigde niet alleen dat de heldere gebieden jong zijn - sommige zijn minder dan 2 miljoen jaar oud -, het wees ook uit dat de geologische activiteit die achter deze afzettingen zat, nog steeds aan de gang zou kunnen zijn. Deze laatste conclusie is gebaseerd op een belangrijke ontdekking: concentraties van samenstellingen van zout - natriumchloride dat chemisch verbonden is met water en ammoniumchloride - in Cerealia Facula.
Aan het oppervlak van Ceres dehydrateren zouten die water bevatten snel, binnen enkele honderden jaren. Maar uit de metingen van Dawn blijkt dat ze nog steeds water bevatten en dus moeten de vloeistoffen het oppervlak zeer recent bereikt hebben. Dat is bewijs voor zowel de aanwezigheid van vloeistof onder het gebied van de Occator-krater als voor de nog steeds doorgaande transfer van materiaal uit het diepe binnenste van Ceres naar het oppervlak.
De wetenschappers vonden twee belangrijk trajecten die vloeistoffen toelaten het oppervlak te bereiken. "Voor de grote afzetting in Cerealia Facula werd het grootste deel van de zouten geleverd door een waterig gebied net onder het oppervlak dat gesmolten was door de hitte van de impact die de krater zo'n 20 miljoen jaar geleden gevormd heeft", zei de belangrijkste onderzoeker van het Dawn-team Carol Raymond. "De hitte van de inslag zakte na een paar miljoen jaar weg, maar de inslag creëerde ook grote breuken die het diepe, oude reservoir konden bereiken. En dat heeft toegelaten dat het pekelwater bleef opborrelen naar het oppervlak."
Recente en ongewone geologische activiteit
In ons zonnestelsel vindt geologische activiteit gebaseerd op ijs voornamelijk plaats op ijzige manen, waar ze wordt aangedreven door de zwaartekracht-interacties van die manen met hun grote planeten.
Maar dat is niet het geval met de beweging van pekelwater op het oppervlak van Ceres, wat suggereert dat andere grote ijsrijke hemellichamen die geen manen zijn, ook geologisch actief zouden kunnen zijn.
Sommige bewijzen voor recente vloeistoffen in de Occator-krater komen van de heldere afzettingen, maar andere aanwijzingen zijn afkomstig van een verzameling interessante kegelvormige heuvels die doen denken aan de pingo's op aarde - kleine bergjes van ijs in de polaire gebieden die gevormd worden door bevroren grondwater onder druk. Dergelijke elementen zijn al gezien op Mars, maar de ontdekking ervan op Ceres markeert de eerste keer dat ze zijn waargenomen op een dwergplaneet.
Op een grotere schaal waren de wetenschappers in staat de dichtheid van de structuur van de korst van Ceres in kaart te brengen in functie van de diepte - een primeur voor een ijsrijk planetair hemellichaam.
Aan de hand van metingen van de zwaartekracht ontdekten ze dat de dichtheid van de korst van Ceres aanzienlijk toeneemt met de diepte, veel sterker dan het geval zou zijn enkel als het het effect was van de druk. De onderzoekers leiden daaruit af dat terwijl het reservoir op Ceres aan het bevriezen is, zout en modder zich incorporeren in het onderste deel van de korst.
Vloeibaar water wordt beschouwd als een sleutelingrediënt voor leven zoals wij dat kennen. Wetenschappers willen nu vaststellen of Ceres ooit bewoonbaar is geweest voor microbieel leven.
"In dit stadium is er grote belangstelling voor het kwantificeren van het bewoonbaarheidspotentieel van het diepe zoutwatereservoir", zei planetair wetenschapper Julie Castillo van JPL.
Omdat er organische materialen gevonden zijn op het oppervlak van Ceres en vloeistof onder het oppervlak, vereisten de regels voor de bescherming van planeten dat de sonde Dawn op het einde van haar missie in een omloop van lange duur gebracht werd rond Ceres, om te verhinderen dat de sonde de eerste tientallen jaren op de dwergplaneet zou neerstorten.
De bevindingen van het onderzoek zijn gepubliceerd in vier studies en een commentaarstuk in Nature Astronomy, twee studies in Nature Communications en een studie in Nature Geoscience, voor een overzicht zie Nature. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van het Jet Propulsion Laboratory en een telex van het persagentschap Reuters.
