Enceladus (von ; auch Saturn II) ist einer der größten Saturnmonde. Nach Masse und Durchmesser steht er an sechster Stelle und nach Abstand vom Zentralplaneten Saturn an vierzehnter Stelle der bekannten Monde. Er ist ein Eismond und zeigt kryovulkanische Aktivitäten, deren sehr hohe Fontänen aus Wassereispartikeln auf der südlichen Hemisphäre eine dünne Atmosphäre erzeugen. Diese Fontänen speisen wahrscheinlich den E-Ring des Saturn. Im Bereich der vulkanischen Aktivität wurden auch Hinweise auf flüssiges Wasser gefunden, sodass Enceladus als einer der möglichen Orte im Sonnensystem mit günstigen Bedingungen für die Entstehung von Leben gilt.
Entdeckung und Benennung Enceladus wurde am 28. August 1789 von dem deutsch-britischen Astronomen Wilhelm Herschel entdeckt.William Herschel: Account of the Discovery of a Sixth and Seventh Satellite of the Planet Saturn; With Remarks on the Construction of Its Ring, Its Atmosphere, Its Rotation on an Axis, and Its Spheroidical Figure. By William Herschel, LL.D. F. R. S. Phil. Trans. R. Soc. Lond. January 1, 1790 80: 1–20; (Volltext)
Enceladus ist der sechste entdeckte Saturnmond und der zwölfte entdeckte Mond (abgesehen vom Erdmond) im gesamten Sonnensystem. Durch seine damals am zweitnächsten zu Saturn liegende Umlaufbahn wurde er als zweitinnerster der sieben bis dahin bekannten großen Saturnmonde von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) mit der römischen Nummerierung II bezeichnet.
Benannt wurde der Mond nach dem Giganten Enkelados (lateinisch Enceladus) aus der griechischen Mythologie. Der Name wird auf der zweiten Silbe betont.
Der Name „Enceladus“ sowie Namen für sieben weitere Saturnmonde wurden von Wilhelm Herschels Sohn, dem Astronomen John Herschel, in der 1847 erschienenen Veröffentlichung Results of Astronomical Observations made at the Cape of Good Hope vorgeschlagen. Sie sollten nach Geschwistern des Titanen Kronos benannt werden.
Bahneigenschaften Umlaufbahn Enceladus umkreist Saturn auf einer prograden, fast perfekt kreisförmigen Umlaufbahn in einem mittleren Abstand von etwa 238.000 km (ca. 4 Saturnradien) von dessen Zentrum (bzw. dem Schwerezentrum), also etwa 177.680 km über dessen Wolkenobergrenze. Die Bahnexzentrizität beträgt 0,0045, die Bahn ist 0° gegenüber dem Äquator von Saturn geneigt, liegt also fast in der Äquatorebene des Planeten. Durch die niedrige Exzentrizität variiert die Bahn in der Entfernung zu Saturn um etwa 2.100 km.
Die Umlaufbahn des nächstinneren Mondes Pallene ist im Mittel etwa 27.000 km vom Orbit von Enceladus entfernt, die Entfernungen der Bahnen der nächstäußeren Monde Tethys sowie deren Trojaner-Monde Telesto und Calypso betragen im Mittel etwa 56.000 km.
Enceladus umläuft Saturn in etwa 1 Tag, 8 Stunden, 53 Minuten.
Bahnresonanzen Enceladus steht in gravitativer Wechselwirkung mit seiner Nachbarschaft. Er befindet sich gegenwärtig in einer 2:1-Bahnresonanz mit Dione sowie nahe einer 3:2-Resonanz mit Mimas. Darüber hinaus läuft Enceladus fast in einer 4:3-Bahnresonanz mit dem nächstäußeren Mond Tethys. Außerdem stört er seinen unmittelbar inneren Nachbarn Pallene durch seine Gravitation und verursacht Abweichungen in dessen Bahn in der Größenordnung von etwa 4 km.
E-Ring mini|links|E-Ring mit Ausstoß von Enceladus Der E-Ring, manchmal auch „Enceladus-Ring“ genannt, ist der äußerste der regulären Saturnringe. Er ist im Vergleich zu den anderen Ringen des Planeten extrem breit; es handelt sich um eine sehr diffuse Scheibe aus mikroskopisch kleinen Eis- oder Staubteilchen (mit Silikaten, Kohlendioxid und Ammoniak), die sich etwa vom Orbit von Mimas bis zur Bahn von Rhea hinzieht, obschon einige Beobachtungen darauf schließen lassen, dass sie sich sogar bis zur Titan-Bahn fortsetzt, was eine Breite zwischen 340.000 und 1.040.000 km bedeutet. Verschiedenen Berechnungen zufolge ist ein solcher Ring instabil und besitzt eine Lebensspanne zwischen 10.000 und einer Million Jahren, daher muss er konstant mit neuem Material gespeist werden. Die Umlaufbahn von Enceladus befindet sich innerhalb des Rings an dessen schmalsten, jedoch auch gegenwärtig dichtesten Ort. Aus diesem Grund geht man davon aus, dass Enceladus die Hauptquelle der Ringpartikel ist. Diese Theorie wurde durch die Messdaten aus den Vorbeiflügen von Cassini gestützt. Es gibt zwei verschiedene Mechanismen, die den Ring speisen können: Die erste und womöglich wichtigste Quelle sind die kryovulkanischen Regionen am Südpol, die Material ausstoßen, wobei der Großteil davon zwar wieder auf die Oberfläche zurückfällt, doch durch Enceladus’ niedrige Fluchtgeschwindigkeit von 866 km/h Partikel entweichen und in einen Orbit um Saturn gelangen können. Der zweite Mechanismus ist das Bombardement durch Mikrometeoriten, die auf der Oberfläche des Mondes einschlagen und Staubteilchen freisetzen. Letzterer Vorgang ist nicht einzigartig auf Enceladus, sondern betrifft alle Monde, die Saturn innerhalb des E-Rings umlaufen.
Rotation Die Rotationsachse ist nicht gegen die Umlaufbahn geneigt, steht also senkrecht auf der Umlaufebene. Die Rotationszeit ist gleich der Umlaufzeit. Enceladus weist damit, wie der Erdmond und alle großen Trabanten der Gasriesen, eine gebundene Rotation auf, die sich somit ebenfalls binnen 1 Tag, 8 Stunden, 53 Minuten vollzieht. Dieser Mond zeigt also immer mit derselben Hemisphäre zu Saturn.
Physikalische Eigenschaften Größe mini|Größenvergleich: Enceladus und Großbritannien (Fotomontage) Enceladus ist annähernd kugelförmig mit einem mittleren Durchmesser von 504,2 km. Die genauen Abmessungen sind 514 km × 502 km × 496 km. Die Abweichung von etwa 3 % ist auf die Gezeitenkräfte von Saturn zurückzuführen, was dem Mond die Form eines Ellipsoids verleiht. Die Längsachse ist auf Saturn ausgerichtet, die mittlere Achse befindet sich zwischen führender und folgender Hemisphäre und die kürzeste Achse zwischen den Polen. Enceladus ist der sechstgrößte Saturnmond und rangiert im gesamten Sonnensystem auf dem 17. Platz bei allen Planetenmonden.
Von der Größe her ist Enceladus am ehesten mit dem zweitgrößten Hauptgürtel-Asteroiden Vesta oder dem fünftgrößten Uranusmond Miranda vergleichbar.
Die Gesamtfläche von Enceladus beträgt etwa 798.650 km², dies entspricht in etwa der Fläche von Mosambik oder Pakistan. Die Fläche lässt sich auch mit der von Frankreich und Großbritannien zusammen (ohne Überseegebiete) vergleichen.
Innerer Aufbau Enceladus ist vermutlich überwiegend aus Wassereis zusammengesetzt. Mit 1,61 g/cm3 weist er die drittgrößte Dichte aller großen Saturnmonde auf, dichter sind nur Phoebe und Titan. In seinem Inneren müssen daher größere Anteile an dichtem Material vorhanden sein, etwa silikatisches Gestein; es handelt sich demnach um einen differenzierten Körper.
Oberfläche mini|links|Nahaufnahmen von Cassini zeigen deutlich unterscheidbare Terrains.
Enceladus ist außergewöhnlich hell, da er großflächig mit reinem Wassereis bedeckt ist, das 99 % des eingestrahlten Sonnenlichts reflektiert. Dies ist die höchste Albedo eines Himmelskörpers im Sonnensystem; sie übertrifft sogar die Reflexivität von frisch gefallenem Schnee. Aufgrund der hohen Reflexion des Sonnenlichts herrschen auf Enceladus meist Temperaturen unter −200 °C bzw. unter 70 Kelvin.
Auf seiner Oberfläche konnten verschiedene Terrains ausgemacht werden. Neben Einschlagkratern sind flache Ebenen sowie ausgeprägte Brüche und Verwerfungen sichtbar. Ein Teil seiner Oberfläche scheint mit einem geschätzten Alter von 100 Millionen Jahren relativ jung zu sein. Dies deutet darauf hin, dass Enceladus geologisch aktiv ist. Ursache ist offensichtlich Kryovulkanismus (Kältevulkanismus), bei dem Wasser aus dem Innern des Mondes austritt und sich über die Oberfläche verteilt. Enceladus ist der kleinste bekannte Körper im Sonnensystem mit einer geologischen Aktivität dieser Art.
Der größte benannte Krater auf Enceladus, Ali Baba, hat einen Durchmesser von lediglich 34 km. In: Gazetteer of Planetary Nomenclature der IAU (WGPSN)/USGS. Abgerufen am 7. Februar 2016. Das längste Grabensystem, Samarkand Sulci, erstreckt sich über 360 km.Enceladus: Sulcus, sulci. Im Gazetteer of Planetary Nomenclature der IAU (WGPSN)/USGS. Abgerufen am 7. Februar 2016. Die Namen aller Formationen des Trabanten wurden von der IAU auf solche aus Tausendundeine Nacht festgelegt.
Erforschung durch die Sonde Cassini Die Raumsonde Cassini untersuchte den Mond bei mehreren nahen Vorbeiflügen ab März 2005. Dabei entdeckte sie ein Magnetfeld und eine dünne Wasserdampf-Atmosphäre. Da die Schwerkraft von Enceladus zu schwach ist, um die Gase längere Zeit zu halten, deutet dies auf eine dauerhafte Quelle auf dem Mond selbst hin. Die Gase stammen entweder von der Oberfläche oder aus dem Inneren des Mondes. Man vermutete, sie könnten durch Vulkane, Geysire oder andere Aktivitäten ausgestoßen werden. Enceladus ist damit, neben Titan, der zweite Mond des Saturn, der eine Atmosphäre besitzt. Die Enceladusatmosphäre scheint jedoch auf die geologisch aktive Südpolarregion beschränkt zu sein, wie weitere Daten der Cassini-Mission ergaben.
Vulkanische Aktivität in der Südpolarregion links|mini|hochkant=1.4|Modell eines „kalten Geysirs“ auf Enceladus mini|Kryovulkanische Aktivität auf Enceladus
Überraschenderweise befindet sich am Südpol dieses Mondes eine Zone lokaler Erwärmung, die die Oberfläche dort um etwa 20 bis 25 K stärker aufheizt, als es zu erwarten wäre. Die Energiequelle für die vulkanischen Vorgänge ist unbekannt. Es werden aber verschiedene Modelle diskutiert. Enceladus ist eigentlich viel zu klein, als dass radioaktiver Zerfall zu einer bedeutenden Erwärmung im Innern des Mondes führen würde. Er umkreist Saturn in einer 2:1-Resonanz mit dem Mond Dione (wie die Monde Io und Europa den Jupiter), wodurch Gezeitenkräfte wirksam werden, die Reibungen im Mondinnern und damit eine Erwärmung bewirken. Allerdings ist dieser Mechanismus nicht ausreichend, um genügend Wärme zur Verflüssigung von Wassereis zu erzeugen. Die gesamte Erhitzungsrate, die sich aus der Summe möglichen radioaktiven Zerfalls im Innern sowie der maximalen Gezeitenkräfte ergibt, beträgt lediglich etwa ein Zehntel der beobachteten Wärmeenergie. Im Innern von Enceladus könnten chemische Stoffe vorhanden sein, die den Schmelzpunkt des Eises herabsetzen. Diskutiert wird das Vorhandensein von Ammoniak, welches dies bewirken könnte. Waite u. a. veröffentlichten 2009 neue Messdaten von Cassini, bei denen erstmals Ammoniak nachgewiesen werden konnte.
mini|Temperaturprofil an den sogenannten „Tigerstreifen“
In der geologisch aktiven Region ist die Oberfläche von parallelen, Hunderte Kilometer langen Streifen durchzogen, die aus bis zu 300 Meter tiefen Spalten bestehen, in denen kristallines Eis bis zur Oberfläche vordringt. Die Umgebung erinnert in ihrem Aussehen an eine vorübergehend erstarrte zähflüssige Masse. Eventuell bewegt sich unter der Oberfläche das Eis in Konvektionsströmen und löst eine kryovulkanische Spaltenaktivität aus. Der Vorgang erinnert in seinen Effekten an die Plattentektonik der Erde oder an vergleichbare Aktivitäten auf dem Jupitermond Europa. Das Ausstoßvolumen der Tigerstreifen schwankt zyklisch. Am schwächsten erscheinen die Geysire, wenn sich Enceladus am saturnnächsten Punkt seiner Umlaufbahn befindet, um dann kontinuierlich in ihrer Aktivität zuzunehmen, je weiter sich der Mond von seinem Planeten entfernt. Die Ausstoßrate ist am saturnfernsten Punkt schließlich drei bis vier Mal so hoch wie am saturnnächsten. Ein Erklärungsmodell ist, dass bei größerer Nähe zum Saturn und der daraus resultierenden stärkeren gravitativen Belastung die Tigerstreifen regelrecht zusammengedrückt werden, wodurch sich die Ausstoßöffnungen verkleinern und weniger Material entweichen lassen.