Op Ceres ligt ijs in de eeuwige schaduw

Astronomie

IJs op andere planeten of hun manen wekt verbazing, vooral als er geen atmosfeer is. Op dwergplaneet Ceres is er ijs in donkere kraters.

Dwergplaneet Ceres heeft een noordpool waar het altijd schemert. Foto NASA

Op de donkere bodems van kraters rond de noordpool van de dwergplaneet Ceres ligt waterijs. Dat blijkt uit onderzoek met de Amerikaanse ruimtesonde Dawn, die sinds maart 2015 bij Ceres is. De dwergplaneet, die tussen de planeten Mars en Jupiter om de zon cirkelt, is het derde hemellichaam in ons zonnestelsel waar ‘poolkraterijs’ is aangetroffen.

Hoewel de temperaturen overal op Ceres permanent ver onder nul liggen, houdt ijs dat zich aan de oppervlakte bevindt doorgaans niet lang stand. Bij blootstelling aan de straling van de zon treedt sublimatie op – de directe overgang van ijs naar damp.

Maar nu zijn er met de camera van Dawn toch ijsvoorraden ontdekt die aan de oppervlakte liggen. Het ijs is waarneembaar als heldere afzettingen op de bodems van een aantal kraters bij de noordpool van Ceres. Metingen met de spectrometer van de ruimtesonde geven aan dat het om bevroren water gaat. Eerder zijn dergelijke ijsvoorraden ook aangetroffen in kraters bij de polen van onze maan en van de planeet Mercurius.

Op de bodems van de poolkraters van Ceres dringt zelden of nooit een sprankje zonlicht door en komt de temperatuur niet boven de –163°C uit. Dat is dermate koud dat er geen sublimatie kan plaatsvinden. Hierdoor fungeren deze plekken als ‘koudevallen’: watermoleculen die hier op welke manier dan ook verzeild raken, slaan neer als ijs.

Modelberekeningen laten zien dat zich op die manier in een miljoen jaar tijd een enkele millimeters dik ijslaagje kan vormen. De benodigde waterdamp is waarschijnlijk afkomstig van delen van het oppervlak die voldoende opwarmen om bodemijs te laten sublimeren of waar meteorietinslagen hebben plaatsgevonden.

Hoewel er in de donkere poolkraters geen sublimatie plaatsvindt, blijft het ijs daar niet eeuwig aan de oppervlakte liggen. Via een proces dat impact gardening wordt genoemd – het omwoelen van korstmateriaal na meteorietinslagen – raakt het ijs geleidelijk bedolven, of wordt het simpelweg over de omgeving verspreid.

Met een ander instrument van Dawn, een detector van gamma-straling en neutronen, is de samenstelling gemeten van het materiaal dat vlak onder het oppervlak van Ceres ligt. Deze metingen laten zien dat ook daar aanzienlijke hoeveelheden bevroren water te vinden zijn. Aan de polen bestaat het bodemmateriaal voor ongeveer dertig procent uit water, op meer gematigde breedten is dat percentage lager.

Deze ontdekking bevestigt het theoretische vermoeden dat ijs dat met een laagje gruis is bedekt miljarden jaren bewaard kan blijven. Maar zij kan niet de uitstoot van waterdamp verklaren die enkele jaren geleden bij Ceres is waargenomen door de Europese infraroodtelescoop Herschel. De bron daarvan wordt nu gezocht bij tijdelijke oppervlakte-ijs dat uit het inwendige is opgeweld of dat bijvoorbeeld door een meteorietinslag of een aardverschuiving werd blootgelegd.

De beide onderzoeksresultaten zijn donderdag gepresenteerd op het congres van de American Geophysical Union in San Francisco. Ze zijn ook gepubliceerd in de tijdschriften Nature Astronomy en Science.