ENTSTAND EIN SATURNMOND AUS TITANS EIS?

Das Saturnsystem hat zwei Merkwürdigkeiten. Iapetus, einer seiner großen Monde, ist ungewöhnlich eisreich: Verglichen mit den großen Eiskörpern des äußeren Sonnensystems — Quaoar, Pluto, Triton — enthält er weit mehr Wasser als Gestein. Quaoar ist kleiner als Iapetus, aber viel dichter. Und Titan, Saturns Riesenmond, folgt einer Bahn, die gestreckter ist als erwartet (heute eine Exzentrizität von 0,029).

Titan umkreist Saturn in etwa 1,2 Millionen Kilometern Abstand; Iapetus in etwa 3,6 Millionen.

Ein Einschlag, zwei Rätsel?

Ignacio Mosqueira von der San José State University prüft eine Idee, die er 2005 mit P. R. Estrada vorschlug: eine gewaltige Kollision auf Titan. Der Einschlag hätte Eis aus Titans äußerem Mantel auf ferne Bahnen um Saturn geschleudert, wo es sich zu Iapetus hätte sammeln können. Derselbe Stoß hätte Titans Bahn gestreckt.

Das Szenario lehnt sich an „Hit-and-run“-Kollisionen an, mit denen bereits der übergroße Eisenkern des Merkur erklärt wird: Der Gesteinskern des Einschlagkörpers fliegt weiter, während das von den Mänteln abgerissene Eis zurückbleibt.

Was die Simulationen zeigen

Die Studie verwendet 3D-Einschlagssimulationen (mit dem Code Spheral des Lawrence Livermore National Laboratory) unter Einbeziehung der Schwerkraft Saturns und verfolgt dann die Trümmer über Tage, Jahre und bis zu 50 Jahre. Beide Körper haben einen Gesteinskern und einen Eismantel.

Szenario 1 — ein Einschlagkörper von außerhalb des Saturnsystems. Ein Körper mit einem Zehntel der Titanmasse trifft schräg mit 10 km/s auf.

• Etwa 3,5 Iapetus-Massen an Trümmern bleiben fünf Tage später an Saturn gebunden, zu 83 % Eis.
• 95 % dieses Eises stammen aus Titans Mantel.
• Eine Eisprobe folgt einer Bahn, die über die Entfernung des Iapetus hinaus reicht.
• Der Gesteinskern des Einschlagkörpers entkommt Saturn endgültig.
• Titans Bahnexzentrizität springt auf etwa 0,13.

Szenario 2 — ein Begleiter, der Saturn bereits umkreist. Ein Körper mit einem Viertel der Titanmasse trifft unter 45° mit etwa 3,7 km/s auf.

• Er setzt 0,60 Iapetus-Massen Eis frei.
• Sein Gesteinskern streift an Titan vorbei und kehrt dann — in einem Durchlauf — 6,9 Jahre später zurück und trifft Titan. Nach der Verschmelzung läge Titans Exzentrizität bei etwa 0,10.

Die Grenzen, vom Autor benannt

Es handelt sich um gering aufgelöste „Pilot“-Simulationen — nur etwa 27 Teilchen pro Iapetus-Masse. Sie lösen die Fragmentgrößen nicht auf, ihre Konvergenz ist nicht gezeigt; die Rückkehrdaten hängen empfindlich von numerischen Einstellungen ab.

Vor allem entsteht Iapetus in den Simulationen nicht. Das Eis landet auf stark langgestreckten Bahnen, die Titans Weg noch kreuzen. Um sich auf einer Kreisbahn in der Entfernung des Iapetus einzupendeln, bräuchte es 67 bis 86 % mehr Drehimpuls — etwas, das Restgas oder eine Trümmerscheibe liefern könnten, indem sie die Bahnen abbremsen und abrunden. Dieser Schritt ist nicht modelliert. Auch ist Titans heutige Exzentrizität geringer als die simulierten Werte, sodass zusätzlich eine spätere Dämpfung nötig wäre.

Was trägt, was noch zu zeigen ist

Der erste Schritt des Szenarios trägt: Eine Kollision kann ein Eisreservoir von mehreren Iapetus-Massen erzeugen, größtenteils von Titan abgerissen, und dabei Titans Bahn strecken. Der Rest — Iapetus zusammenzufügen und seine Bahn zu zirkularisieren — muss noch gezeigt werden. Der Autor vermutet außerdem, dass eine Restgasscheibe weitere Merkmale des Saturnsystems erklären könnte, etwa seine eisigen inneren Monde und Ringe; das sind Ideen, keine Ergebnisse.