Zwischen Mars und Jupiter zieht eine Welt ihre Bahn, die lange kaum mehr als ein Lichtpunkt in Teleskopen war. Ceres ist das größte Objekt im Asteroidengürtel und zugleich der einzige dort gelegene Zwergplanet. Als die NASA-Raumsonde Dawn Ceres 2015 erreichte, zeigte sich jedoch schnell, dass dieser knapp 950 Kilometer große Himmelskörper wesentlich interessanter ist als ein gewöhnlicher Felsbrocken.

Dawn entdeckte auffallend helle Flecken, Hinweise auf wasserhaltige Minerale und schließlich sogar Eis unmittelbar unter der Oberfläche. Besonders der Occator-Krater wurde zu einem Schlüssel für die Frage, ob im Inneren von Ceres noch heute Wasser vorhanden sein könnte. Die Antwort ist inzwischen erstaunlich eindeutig: Wasser gibt es auf Ceres tatsächlich. Schwieriger ist die Frage, in welcher Form es vorkommt und ob tief unter der Oberfläche möglicherweise noch flüssiges Salzwasser existiert.

Gibt es Wasser auf Ceres?

Ceres besitzt kein offenes Meer und keine sichtbaren Flüsse oder Seen. Dennoch gilt Wasser heute als wichtiger Bestandteil des Zwergplaneten. Messungen der Dawn-Mission zeigten, dass in seinem Untergrund große Mengen Wassereis vorhanden sind. Teilweise liegt dieses Eis relativ dicht unter der Oberfläche.

Besonders aufschlussreich waren Messungen mit dem Gamma Ray and Neutron Detector der Raumsonde. Das Instrument registrierte Wasserstoff in der obersten Schicht von Ceres. Da Wasserstoff ein Bestandteil von Wasser ist, ließen sich daraus Rückschlüsse auf Wassereis im Untergrund ziehen. Die Verteilung deutete darauf hin, dass Eis vor allem in höheren Breiten reichlich vorhanden ist.

Ceres unterscheidet sich damit deutlich von vielen kleineren und stärker ausgetrockneten Asteroiden. Er besitzt einen beträchtlichen Anteil an wasserreichen Materialien und scheint während seiner Entwicklung Prozesse durchlaufen zu haben, bei denen Wasser eine entscheidende Rolle spielte.

Wie viel Wasser gibt es auf Ceres?

Wie groß der gesamte Wasservorrat von Ceres tatsächlich ist, lässt sich nicht direkt messen. Wissenschaftliche Modelle gehen jedoch davon aus, dass Wassereis einen erheblichen Anteil seines Materials ausmachen könnte. Ceres ist also keine reine Gesteinswelt.

Dabei darf man sich den Zwergplaneten nicht als vollständig gefrorene Wasserkugel vorstellen. Sein Inneres besteht wahrscheinlich aus einer Mischung verschiedener Gesteine, Salze, wasserhaltiger Minerale und Eis. Die genaue Struktur ist weiterhin Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen.

Die Dawn-Daten sprechen dafür, dass sich Ceres in seiner frühen Geschichte zumindest teilweise in verschiedene Schichten aufgeteilt hat. Wärme im Inneren könnte Eis zum Schmelzen gebracht haben. Flüssiges Wasser hätte anschließend mit Gestein reagieren und die chemische Zusammensetzung des Zwergplaneten verändern können.

Genau solche Veränderungen sind heute noch an seiner Oberfläche zu erkennen.

Wo befindet sich das Wasser auf Ceres?

Ein Teil des Wassers liegt als Eis im Untergrund. An manchen Stellen wurde es jedoch auch direkt an oder unmittelbar unter der Oberfläche nachgewiesen.

Besonders interessant sind dauerhaft verschattete Gebiete in der Nähe der Pole. Dort erreicht kaum Sonnenlicht den Boden. Die Temperaturen können deshalb so niedrig bleiben, dass sich Wassereis über sehr lange Zeiträume halten kann.

Auch in einigen Kratern wurden Hinweise auf freiliegendes Eis gefunden. Solche Vorkommen sind wissenschaftlich besonders wertvoll, weil sie zeigen, dass der Wasserreichtum von Ceres nicht nur eine theoretische Schlussfolgerung aus Modellen ist.

Auf großen Teilen der Oberfläche dürfte das Eis dagegen von einer Schicht aus Staub und anderem Material bedeckt sein. Diese Deckschicht schützt es zumindest teilweise davor, direkt dem Weltraum ausgesetzt zu sein.

Was sind die weißen Flecken auf Ceres?

Als Dawn sich Ceres näherte, sorgten vor allem ungewöhnlich helle Punkte im Occator-Krater für Aufmerksamkeit. Auf den ersten Aufnahmen wirkten sie beinahe wie leuchtende Flächen auf einer ansonsten dunklen Landschaft.

Inzwischen ist bekannt, dass es sich überwiegend um Salzablagerungen handelt.

Die bekannteste helle Region im Zentrum des Occator-Kraters trägt den Namen Cerealia Facula. Weitere helle Ablagerungen befinden sich in ihrer Umgebung. Untersuchungen der Dawn-Daten zeigten unter anderem Natriumcarbonate und andere Salze.

Damit stellte sich eine neue Frage: Wie gelangten solche Salze an die Oberfläche?

Die wahrscheinlichste Erklärung führt erneut zum Wasser. Salzreiche Flüssigkeit muss sich irgendwann durch Risse und Bruchzonen nach oben bewegt haben. Nachdem das Wasser an oder nahe der Oberfläche verdampfte beziehungsweise in den Weltraum entwich, blieben die gelösten Salze zurück.

Die weißen Flecken sind damit nicht bloß eine ungewöhnliche Färbung. Sie sind Spuren einer Geschichte, in der flüssiges Wasser eine entscheidende Rolle spielte.

Gibt es unter der Oberfläche von Ceres flüssiges Wasser?

Genau hier wird Ceres besonders interessant.

Aus der Auswertung der Dawn-Mission ergaben sich Hinweise darauf, dass sich unter dem Occator-Krater zumindest in geologisch vergleichsweise junger Vergangenheit eine Flüssigkeitsquelle befunden haben muss. Dabei handelte es sich nicht um reines Wasser, sondern wahrscheinlich um stark salzhaltige Lösungen – sogenannte Solen.

Salze sind für diese Frage entscheidend. Reines Wasser würde bei den niedrigen Temperaturen im Inneren beziehungsweise nahe der Oberfläche von Ceres leicht gefrieren. Gelöste Salze können den Gefrierpunkt jedoch deutlich herabsetzen. Salzhaltiges Wasser kann daher unter Bedingungen flüssig bleiben, bei denen reines Wasser längst zu Eis geworden wäre.

Daten aus dem Occator-Krater wurden deshalb als Hinweis auf ein tief liegendes Reservoir mit salzhaltiger Flüssigkeit interpretiert. Ob dieses Reservoir heute noch in größerem Umfang flüssig ist, lässt sich allerdings nicht direkt beobachten.

Von einem sicher nachgewiesenen unterirdischen Ozean wie beispielsweise bei einigen Eismonden kann deshalb nicht gesprochen werden.

Hatte Ceres früher einen unterirdischen Ozean?

Eine der spannendsten Möglichkeiten ist, dass Ceres in seiner frühen Geschichte wesentlich mehr flüssiges Wasser besaß als heute.

Nach seiner Entstehung vor Milliarden Jahren stand im Inneren mehr Wärme zur Verfügung. Radioaktive Elemente und die bei der Bildung gespeicherte Energie könnten dafür gesorgt haben, dass ein Teil des Eises schmolz. Dadurch wäre zeitweise eine ausgedehnte Schicht aus flüssigem Wasser oder salzhaltiger Flüssigkeit möglich gewesen.

Im Laufe der Zeit kühlte Ceres ab. Große Teile dieses Wassers dürften gefroren sein. Zurückgeblieben sein könnten jedoch Taschen oder tiefe Schichten salzhaltiger Flüssigkeit.

Die heutige Oberfläche enthält zahlreiche Hinweise darauf, dass Wasser und Gestein miteinander reagierten. Bestimmte Minerale auf Ceres können sich nur oder besonders gut unter Beteiligung von Wasser bilden.

Ceres könnte deshalb der erkaltete Rest einer einst wesentlich aktiveren Wasserwelt sein.

Ist auf Ceres noch geologische Aktivität möglich?

Ceres galt früher leicht als eine längst erstarrte Welt. Die Dawn-Mission veränderte dieses Bild.

Der Occator-Krater enthält Ablagerungen, die im Verhältnis zum Alter des Zwergplaneten geologisch jung sind. Das deutet darauf hin, dass dort noch lange nach der Entstehung von Ceres Material aus dem Untergrund an die Oberfläche gelangte.

Auch der auffällige Berg Ahuna Mons lieferte Hinweise auf besondere Vorgänge im Inneren. Der mehrere Kilometer hohe Berg wird als mögliches Ergebnis von Kryovulkanismus betrachtet. Anders als bei gewöhnlichen Vulkanen würde dabei nicht heißes Gestein, sondern eine Mischung aus Wasser, Salzen, Eis und anderem Material aus dem Inneren aufsteigen.

Ob Ceres gegenwärtig noch aktiv ist, konnte Dawn nicht eindeutig feststellen. Die Beobachtungen zeigen jedoch, dass seine geologische Entwicklung wesentlich länger andauerte, als man bei einem so kleinen Himmelskörper zunächst erwarten könnte.

Warum gefriert das Wasser auf Ceres nicht vollständig?

Dass sich möglicherweise noch Flüssigkeit im Inneren halten kann, hängt vor allem mit Salzen zusammen.

Salzhaltige Lösungen gefrieren bei niedrigeren Temperaturen als reines Wasser. Je nach Zusammensetzung kann deshalb auch in einer sehr kalten Umgebung eine Flüssigkeit erhalten bleiben.

Hinzu kommt, dass tiefere Schichten von Ceres gegenüber dem Weltraum isoliert sind. Während die Oberfläche enormen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, verändern sich die Bedingungen im Inneren wesentlich langsamer.

Modelle müssen außerdem berücksichtigen, wie viel Wärme Ceres noch erzeugt, wie gut seine verschiedenen Schichten Wärme transportieren und welche Salze tatsächlich in möglichen Flüssigkeitsreservoiren gelöst sind. Deshalb lässt sich derzeit nicht exakt bestimmen, wie groß mögliche flüssige Bereiche heute noch sind.

Könnte es auf Ceres Leben geben?

Die Entdeckung von Wasser führt zwangsläufig zu einer weiteren Frage: Könnte Ceres lebensfreundliche Bedingungen bieten?

Dafür gibt es bisher keinen Nachweis.

Wasser allein reicht für Leben nicht aus. Entscheidend sind unter anderem eine geeignete chemische Umgebung, verfügbare Energiequellen und langfristig stabile Bedingungen. Interessant ist allerdings, dass Dawn neben wasserhaltigen Mineralen auch organische Verbindungen auf der Oberfläche von Ceres nachweisen konnte.

Organische Stoffe sind kohlenstoffhaltige Verbindungen. Ihre Existenz bedeutet nicht, dass dort Leben entstanden ist. Solche Moleküle können durch zahlreiche nichtbiologische Prozesse gebildet werden.

Dennoch macht gerade die Kombination aus Wasser, Salzen, Mineralen und organischem Material Ceres für die Forschung interessant. Der Zwergplanet gehört dadurch zu den Orten im Sonnensystem, an denen sich untersuchen lässt, welche chemischen Voraussetzungen auf kleinen Himmelskörpern entstehen können.

Woher stammt das Wasser auf Ceres?

Wahrscheinlich gehörte ein großer Teil des Wassers bereits zu dem Material, aus dem Ceres vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstand.

Der Zwergplanet bildete sich in einer Region des frühen Sonnensystems, in der sich unterschiedliche Gesteins- und Eiskörper sammelten. Seine genaue Entstehungsgeschichte ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. Unter anderem wird diskutiert, ob Ceres genau an seiner heutigen Position entstand oder ob er ursprünglich weiter außen im Sonnensystem entstanden sein und später seine Bahn verändert haben könnte.

Die Zusammensetzung seiner Oberfläche liefert dabei wichtige Hinweise. Wasserreiche Minerale, Carbonate, Salze und andere Stoffe erzählen von chemischen Prozessen, bei denen Wasser über lange Zeiträume eine Rolle gespielt haben muss.

Ceres ist damit auch ein Archiv aus der Frühzeit des Sonnensystems.

Was entdeckte die Raumsonde Dawn auf Ceres?

Dawn erreichte Ceres im März 2015 und blieb bis zum Ende der Mission im Jahr 2018 in seiner Umlaufbahn. Zuvor hatte die Raumsonde bereits den großen Asteroiden Vesta untersucht.

Auf Ceres kartierte Dawn die Oberfläche, bestimmte Höhenunterschiede, untersuchte die chemische und mineralogische Zusammensetzung und sammelte Daten über den inneren Aufbau des Zwergplaneten.

Erst durch diese Messungen wurde deutlich, wie eng viele seiner auffälligsten Eigenschaften mit Wasser verbunden sind. Die Mission zeigte unter anderem Wassereis im Untergrund, wasserhaltige Minerale, Salzablagerungen im Occator-Krater und Hinweise auf frühere Bewegungen salzhaltiger Flüssigkeit.

Selbst nachdem Dawn keinen Treibstoff mehr für die Lageregelung besaß und die Mission 2018 endete, gingen die Untersuchungen weiter. Wissenschaftler werteten die umfangreichen Datenbestände erneut und mit verbesserten Methoden aus. Dadurch entwickelte sich das Bild von Ceres noch Jahre nach dem Ende der Mission weiter.

Könnte eine zukünftige Mission das Wasser auf Ceres untersuchen?

Eine Rückkehr zu Ceres wäre wissenschaftlich besonders interessant. Dawn konnte den Zwergplaneten lediglich aus der Umlaufbahn untersuchen. Eine Landemission könnte Salzablagerungen und Bodenmaterial unmittelbar analysieren.

Besonders reizvoll wäre eine Untersuchung des Occator-Kraters. Dort könnten Proben zeigen, wie jung die Salzablagerungen tatsächlich sind, aus welcher Tiefe das Material stammt und wie lange salzhaltige Flüssigkeiten im Inneren von Ceres existieren konnten.

Eine solche Mission könnte außerdem genauer untersuchen, welche organischen Verbindungen auf Ceres vorhanden sind und ob sie aus dem Inneren stammen oder durch Einschläge anderer Himmelskörper dorthin gelangten.

Bislang bleibt Dawn jedoch die einzige Raumsonde, die Ceres aus unmittelbarer Nähe umfassend erforscht hat.

Ceres ist mehr als ein großer Asteroid

Ceres erscheint auf den ersten Blick wie ein unscheinbares Mitglied des Asteroidengürtels. Die Dawn-Mission hat daraus eine überraschend komplexe Welt gemacht.

Dass Ceres Wasser besitzt, gilt heute als gesichert. Wassereis befindet sich im Untergrund und an einigen besonders kalten Stellen nahe der Oberfläche. Mineralien und Salzablagerungen zeigen zusätzlich, dass flüssiges Wasser beziehungsweise salzhaltige Lösungen in seiner Vergangenheit eine wichtige Rolle gespielt haben.

Noch spannender ist die Möglichkeit, dass tief im Inneren Reste solcher Flüssigkeiten bis heute existieren. Ein globaler flüssiger Ozean ist nicht nachgewiesen. Die Hinweise auf ehemalige oder möglicherweise noch bestehende Reservoirs aus stark salzhaltigem Wasser sind jedoch ein wesentlicher Grund dafür, weshalb Ceres wissenschaftlich so interessant geblieben ist.

Aus einem Lichtpunkt zwischen Mars und Jupiter wurde durch Dawn eine Welt aus Eis, Gestein und Salz – und vielleicht eine der unerwartetsten Wassergeschichten des inneren Sonnensystems.

Quellen
▪︎ NASA – Dawn Mission und wissenschaftliche Ergebnisse zu Ceres
▪︎ NASA Jet Propulsion Laboratory – Untersuchungen zu Ceres, Occator-Krater und Wassereis
▪︎ M. C. De Sanctis et al., Nature – Ammoniated phyllosilicates und mineralogische Untersuchungen von Ceres
▪︎ M. C. De Sanctis et al., Science – Nachweis organischer Verbindungen auf Ceres
▪︎ C. A. Raymond et al., Nature Astronomy – Geologische Entwicklung und Hinweise auf salzhaltige Flüssigkeiten im Occator-Krater
▪︎ A. Raponi et al., Nature Astronomy – Mineralogie der Cerealia Facula und Hinweise auf geologisch junge Salzablagerungen
▪︎ T. H. Prettyman et al., Science – Verteilung von Wasserstoff und Wassereis im Untergrund von Ceres