Rush-Hour zwischen Mars und Jupiter: Den Rätseln des
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Das Internetmagazin spricht alle wissbegierigenUseran-obinBeruf,StudiumoderFreizeit. scinexxwurde1998alsGemeinschaftsprojektderMMCDNEWMEDIA GmbHinDüsseldorfunddesHeidelbergerSpringerVerlagsgegründet und ist heute Teil der Konradin Mediengruppe mit dem bekannten Magazin Bild der Wissenschaft sowie den Wissensangeboten: wissen.de, wissenschaft.de, scienceblogs.de, natur.deunddamals.de. 02|Inhalt 01 02 ÜBERUNS INHALT 03 RUSH-HOUR ZWISCHEN MARS UND JUPITER Den Rätseln des Asteroidengürtels aufderSpur 04 IMPRESSUM 03|Rush-HourzwischenMarsundJupiter DenRätselndes Asteroidengürtelsauf derSpur VONNADJAPODBREGAR EristHeimatfürMillionenPlanetentrümmerundkosmischeBedrohung zugleich:derAsteroidengürtel.DennChaosundKollisionenindiesem TrümmerringlenkenimmerwiederBrockeninRichtungErde.Wasdabei passiertundwelcheSonderlingesichimSchuttringverbergen,finden Forschererstnachundnachheraus. KOSMISCHERELIKTE U rsprung in der Frühzeit des Sonnensystems Es gibt eine Region im Sonnensystem, die ist alles andere als gemütlich: Im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter umkreisen Hunderttausende von winzigen, kleinen und großenGesteinsbrockenaufmehroderminderchaotischenBahnendie Sonne. Im Gedränge kommt es immer wieder zu heftigen Kollisionen. DieBrockenzerbersten,schleudernBruchstückeweitinsAllhinausoder lenken sich gegenseitig aus ihrer ursprünglichen Bahn. Unberechenbar rasensiedannweiterenKollisionenentgegen–imExtremfallsogarmit derErde. DieAsteroidendesGürtelssindallesamtrund4,5MilliardenJahrealt– so alt wie Erde, Mars und die anderen Planeten des Sonnensystems. Doch im Unterschied zu diesen wuchsen sie nicht zur vollen Planetengröße heran sondern sammelten sich in einem losen Ring in der Lücke zwischen zwei Planeten. Astronomen haben ausgerechnet, dass die Masse aller Objekte im Asteroidengürtel mehr als ausreichen würde,umeinenkompletten,„ausgewachsenen“Planetenzubilden. StörungdurchdengroßenNachbarn Aber warum geschah dies nicht? Schuld daran ist vermutlich der große Nachbar des Asteroidengürtels, der Jupiter. Die enorme Schwerkraft des Gasriesen wirkt auf fast alle Himmelskörper des Sonnensystems ein und ist umso stärker, jenähermandemPlanetenist.Direktvor seiner Haustür, im Gebiet des heutigen Asteroidengürtels, zog und zerrte diese Asteroiden©NASA Kraft bei jedem Vorbeiziehen des Gasriesensosehr,dasssichdiehierherumfliegendenGesteinsbrocken nicht wie fast überall sonst dauerhaft zu einem Planeten zusammenlagernkonnten. Stattdessen blieb hier ein kosmisches Trümmerfeld erhalten. Der Störeinfluss der Jupiter-Schwerkraft sorgte zudem dafür, dass nur bestimmte Umlaufbahnen im Asteroidengürtel dauerhaft stabil waren und sind. Bei anderen Orbits dagegen treten Resonanzen mit der BewegungdesGasriesenauf,diealledortkreisendenObjekteausihrer Bahn schleudert. Im Laufe der Zeit haben sich dadurch drei Hauptgruppen der Asteroiden im Gürtel herausgebildet, die Millionen BrockenundBröckchensinddaherallesanderealsgleichmäßigverteilt. SteinigeZeitkapseln Die Asteroiden sind damit Relikte aus der Frühzeit unseres Planetensystems. Im Gegensatz zu den Planeten blieb ihnen ihre ursprüngliche Zusammensetzung weitestgehend erhalten. Viele Prozesse, die das Äußere und Innere von Planeten im Laufe der Entwicklung verändert haben, fanden bei ihnen nicht statt. Wie Zeitkapseln haben sie damitdieBedingungenzurZeit ihrer Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren konserviert. Für die Forscher ist dies eine wertvolle Möglichkeit, nähere Erkenntnisse über die Entstehungszeit unseres Sonnensystems und damit auch unserer Erde zu gewinnen. So können z.B. Meteoriten - auf der Erdoberfläche eingeschlagene Asteroiden - viel über die Vergangenheitverraten. DerAsteroidengürtelliegtzwischenMarsund Jupiter,dort,wofrüheAstronomeneinen Planetenvermuteten.©NASA/JPL-Caltech Die urtümlichsten Vertreter dieser “steinigen Himmelsboten” sind die sogenannten Chondriten. Bei diesen relativ unauffälligen, meist grau gefärbten Meteoriten sind kugelförmige, bis zu einemZentimetergroßeGesteinskörnchen in die Grundsubstanz eingeschlossen. Diese Kügelchen aus geschmolzenemSilikatmaterialbildetensichwahrscheinlichnochinder KohligerChondrit(CV3)© MarioMüller/CC-by-sa3.0de Urwolke aus Vorgängermaterial, das sehr schnell stark erhitzt wurde bis auf 1.900°C - und schmolz. Als diese Schmelzkügelchen abgekühlt waren, klumpten sie sie dann im Laufe der Zeit mit anderem Material zusammen.DieEinschlüssederChondritengeltendaheralsdieältesten unverändertenReliktederUrwolke. FOLGENREICHEKOLLISIONEN D ie Ziele der Dawn-Mission Auch die heutigen Bahnen der AsteroidenimGürtelsindnichtalledauerhaftstabil.Einige haben eine Umlaufzeit um die Sonne, die sie noch immer regelmäßiginZonenerhöhterSchwerkrafteinwirkungbringt. In bestimmten Bereichen ihres Orbits können dann schon kleinste Einflüsse genügen, um sie abzulenken. Immer wieder kommt es daher vor, dass Asteroiden im Gürtel zusammenstoßen. Wegen der riesigen AusmaßedesAsteroidengürtelsunddergeringenGrößederbeteiligten BrockenbleibendiemeistendieserEreignisseallerdingsunentdeckt. IhreFolgenlassensichallerdingsbeobachten:GrößereKollisionen,wie siesichmeistvorTausendenodergarMillionenvonJahrenereigneten, hinterlassen oft diffuse Staubbänder. Bei anderen können Astronomen ausihrerUmlaufbahnschließen,dasssieeinstdurcheineKollisionaus der Bahn oder sogar ganz aus dem Asteroidengürtel geschleudert wurden. Obwohl solche Kollisionen durchaus häufig sind, gelang es Astronomen lange Zeit nicht, ein solches Ereignis quasi live zu beobachten-biszumJahr2010. ZusammenstoßimGürtel-live Denn dann stießen Wissenschaftler des USForschungsprojekts LINEAR (LIncoln Near-Earth Asteroid Research) bei ihrer routinemäßigen Durchmusterung des Weltraums nach erdnahen Asteroiden auf das Objekt P/2010 A2. Wegen seines TrümmerbrockenundKollisionen-der Asteroidengürtelistkeinsehrgemütlicher Aussehens hielten die Ort.©NASA/JPL Forscher den Himmelskörper zunächstfüreinenKometen-undfolgtenbeiderBenennungdaherder gängigen Kometen-Nomenklatur. Erst genauere Beobachtungen in den folgendenMonatendecktenseinwahresWesenauf-undlieferteneine Überraschung. „DasObjektP/2010A2undeinnurwenigeMetergroßerMiniplanetoid sindsozusagenerstgesternineinandergerast”,erklärtColinSnodgrass vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in KatlenburgLindau. Der dabei erzeugte Schweif aus Trümmerstücken lässt sich nochdirektbeobachten.„Dasistso,alswürdemanstattderFossilien einen vollständigen Dinosaurier mit Haut und Weichteilen finden.“ Die genaue Länge und Form des Schweifs ließ sich allerdings mit erdgebundenen Teleskopen und selbst mit den scharfen Augen des Weltraumteleskops Hubble nur schlecht erkennen, weil diese quasi zu seitlichaufdasGeschehenblickten. TrümmerschweifverrätAlter Abhilfe in Form eines Perspektivwechsels schaffte die Raumsonde Rosetta. Sie befand sich zum Beobachtungszeitpunkt bereits weit jenseitsderUmlaufbahndesMarsundkonntesoeinengenauerenBlick erhaschen. „Anhand der Aufnahmen der Raumsonde konnten wir die dreidimensionale Gestalt des Schweifs erkennen”, erklärt Snodgrass. Die Form sei für einen Kometen, der kontinuierlich Material emittiert, untypisch und deute auf den Trümmerschweif nach einem Asteroidenaufprallhin.UndauchdieGrößeeinigerFragmenteverrieten die Aufnahmen. Aus diesen Informationen konnten die Forscher rekonstruieren, wie sich der Trümmerschweif nach der Kollision entwickelt haben muss - und auch, dass der Aufprall zum Beobachtungszeitpunkt erst zehn Tage zurücklag. Ihre Beobachtungen lieferten damit wichtige Erkenntnisse über die frühe Phase nach einerAsteroidenkollision. Aufnahmendes TrümmerschweifsvonP/2010 A2,einemAsteroidendirekt nacheinerKollisionmiteinem kleinerenBrocken.©NASA HEIMATDESDINOKILLERS F ahndungnachdemUrsprungdesChicxulub-AsteroidenEine Kollision im Asteroidengürtel könnte auch an einem der dramatischsten Ereignisse der Erdgeschichte schuld sein: demEinschlagdes“Dinokillers”vorrund65MillionenJahren. DerrundzehnKilometergroßeMeteoritChicxulubschlugamEndeder KreidezeitaufderHalbinselYucataninMittelamerikaein. Dieser Aufprall hatte globale Folgen und veränderte die gesamte BiosphäreunseresPlaneten.MilliardenTonnenSchwefelundStaubund aufsteigender Rauch aus ausgedehnten Feuersbrünsten verdunkelten den Himmel für mindestens ein halbes Jahr und ließen die globalen Temperaturen nahezu bis zum Gefrierpunkt abstürzen. Nicht nur die Dinosaurier, auch die Hälfte aller anderen Tier- und Pflanzenarten der ErdestarbeninderFolgedieserKatastropheaus.Woaberkamdieser kosmischeBolideher?UndwashatteihnRichtungErdegelenkt? FragmentvonAsteroidBaptistina? Die Antwort auf diese Fragen blieb lange Zeit offen. Im Jahr 2007 deutetendannDatenvonerdbasiertenoptischenTeleskopendaraufhin, dass der Asteroid Baptistina ein möglicher Ausgangspunkt für den Chicxulub-Meteoriten gewesen sein könnte. Dieser rund 170 Kilometer große Brocken im Hauptgürtel des Asteroidenrings soll nach gängiger Lehrmeinung vor rund 160 Millionen Jahren mit einem zweiten, 60 Kilometer großen Objekt zusammengestoßen und dann zerbrochen DiesenKraterhinterließvor65 MillionenJahrenderAsteroid, derwahrscheinlichdas AussterbenderDinosaurier auslöste.©LunarandPlanetary Institute Dinokiller©NASA/JPL/DonDavies sein. Diese Kollision hinterließ einen nur noch 40 Kilometer großen RestAsteroiden und unzählige Fragmente. Modellsimulationen nach könnten dabei rund 100.000 Bruchstücke mit mehr als einem Kilometer Durchmesser und etwa 300 mit mehr als 10 Kilometer Durchmesser entstanden sein. Rund zwei Prozent davon wurden wahrscheinlich in Richtung des inneren Sonnensystems und damit potenziell auch in Richtung Erdbahn abgelenkt. Eines dieser Fragmente, so die damalige Vermutung, könnte zum ChicxulubMeteoritengewordensein. NichtgenügendZeit Im Jahr 2011 allerdings stellten neue Beobachtungen von NASAAstronomendiesesSzenarioinFrage.SiehattenmitHilfedesInfrarotWeltraumteleskops Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) mehr als 1.000 Gesteinsbrocken der sogenannten BaptistinaFamilieanalysiert-derGruppe von Brocken im Asteroidengürtel, die aus den Fragmenten der Kollision gebildet wurde. Die SokönntedasZerbrechendesgroßen hochauflösenden Aufnahmen AsteroidenBaptistinaausgesehenhaben.© NASA/JPL-Caltech erlaubten es, die Größe und Verteilung der Bruchstücke genauer als bisher zu kartieren. Weil sich größere Trümmerstücke langsamer in ihren Bahnen verteilen als kleinere, ermöglicht die GrößenverteilungRückschlüssedarauf,wanndieursprünglicheKollision stattgefunden haben muss. Das Ergebnis der Auswertungen: Der Zusammenprall des Baptistina-Asteroiden mit einem anderen Objekt kannerstvorrund80MillionenJahrenstattgefundenhaben.Dasaberist zu kurz vor dem Einschlag des Chicxulub-Meteoriten, um eines dieser Fragmente zum “Dino-Killer” zu machen. “Das gab den Trümmern der KollisionnichtgenügendZeit,umineineResonanzzugeratenunddann vor 65 Millionen Jahren auf die Erde geschleudert zu werden”, erklärt StudienleiterinAmyMainzervomJetPropulsionLaboratoryderNASA in Pasadena. Denn normalerweise dauert es mehrere zehn Millionen Jahre, bis solche Schwerkraft-Effekte die Trümmerbrocken in Richtung Erdeauslenken.DamitistdieFrage,woherder“Dino-Killer”kam,erneut offen. Die Suche nach dem Ursprung des Chicxulub-Meteoriten geht weiter. WILDEMISCHUNG E rdnahe Asteroiden und Erdbahnkreuzer Woher der “Dinokiller”auchimmerkam,klaristaufjedenFalleines:Er gehörte zu den sogenannten “Near-Earth-Objects” (NEOs). AlssolchebezeichnenAstronomendieObjekte,derenOrbit die Umlaufbahn der Erde um die Sonne kreuzt oder ihr zumindest bis aufwenigerals1,3astronomischeEinheitennahekommt. Nach Schätzungen von NASA-Astronomen existieren Millionen solcher Brocken, die meisten von ihnen sind allerdings nur wenige Zentimeter bisMetergroß.WennsieaufdieErdetreffen,sorgtdieReibungshitze der Atmosphäre dafür, dass sie verglühen, bevor sie die Oberfläche erreichen. Anders ist dies bei Objekten größer als zehn Meter: Sie können die Atmosphäre durchschlagen oder in Bodennähe zerplatzen, wie im Februar 2013 der Tscheljabinsk-Meteorit über Russland. Dieser 50-Meter-BrockensetztebeiseinerExplosiondieEnergievon100bis 500KilotonnenTNTfrei. UnterBeobachtung Genauer überwacht werden zurzeit rund 7.500 Erdbahnkreuzer mit einem Durchmesservonmindestens140Metern. Ihr Einschlag könnte nicht nur lokale Zerstörungen anrichten, sondern regionale Populationdererdnahen oder globale Folgen nach sich ziehen. Asteroiden(blau)undpotenziell Daher werden ihre Flugbahn und ihr gefährlichenObjekte(orange)© NASA/JPL-Caltech Verhalten möglichst akkurat bestimmt, um rechtzeitig bemerken zu können, wenn einer von ihnen einen KollisionskursmitderErdeeinschlägt.Allerdings:DieDunkelzifferistin Bezug auf solche Gefahren sehr hoch. Jedes Jahr werden rund 1.000 neue erdnahe Objekte verschiedenster Größen entdeckt. NASAForschergehendaherdavonaus,dassbishernurrundeinViertelaller erdnahenAsteroidengrößerals100Meterbekanntsind.Undauchüber dieBeschaffenheitundphysikalischenEigenschaftendieserBrockenist bishernurwenigbekannt. AlterundUrsprungganzunterschiedlich Unter anderem deshalb haben NASA-Forscher im Jahr 2010 mit Hilfe des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer einen Teil dieser registrierten erdnahen Objekte näher untersucht. Die Beobachtung im infraroten Bereich ermöglicht es besser als im sichtbaren, die Größe und Zusammensetzung eines Objekts zu ermitteln. Nach der Analyse von rund 700 dieser kosmischen Brocken zeichnete sich ab, dass die Population dieser fliegenden Brocken weitaus vielgestaltiger ist als zuvorangenommen.DieDatenzeigtenunteranderem,dasseinigeder kleineren Objekte eine überraschend hohe Albedo besitzen und ihre Oberfläche wahrscheinlich sehr hell ist. Da die Oberfläche von AsteroidennormalerweisemitderZeitdurchdieEinstrahlungderSonne immer dunkler wird, ist dies ein Zeichen dafür, dass zumindest einige Asteroiden im erdnahen Raum noch relativ jung sind. Die Astronomen sehen darin einen Hinweis auf eine andauernde Entwicklung und Ergänzung der erdnahen Population durch Objekte aus anderen Bereichen des Sonnensystems. Die Forscher vermuten, dass ein Teil der Objekte aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter kommt, ein anderer Teil aber von weiter draußen aus dem äußeren Sonnensystem stammt. Die Vielseitigkeit der Zusammensetzungen könntezudemaufeinestarkeDurchmischungderAusgangsmaterialien für Planeten und Asteroiden in der Frühzeit des Sonnensystems hindeuten–quasiaufeineArt„Ursuppe“desPlanetensystems. Ganzverschieden:DieGrößenspanneder ObjekteimAsteroidengürtelreichtvon winzigenBröckchenbiszumKleinplaneten Ceres.©NASA/JPL DASRÄTSELDERASTEROIDENPAARE W arum kreisen einige Brocken zu zweit im Gürtel? Die meisten Brocken im Asteroidengürtel ziehen ihre Bahn allein-unabhängigvondenanderengroßenundkleinen Asteroiden im Ring. Doch es gibt unter ihnen auch Ausnahmen: Ansammlungen von nur lose durch die Schwerkraft zusammengehaltenen kleineren Brocken, die im gleichen Orbit um die Sonne kreisen und sich dabei mehr oder weniger nahe sind. Einige dieser Kombi-Asteroiden bilden dabei Paare aus zwei Einzelbrocken, wie der tschechische Astronom David Vokrouhlicky im Jahr 2008 entdeckte. Wie aber kommen solche Paare zustande? Sind die aus der Spaltung eines Ursprungsbrockens hervorgegangen? Oder haben sich hier zwei Partner nachträglich gefunden und durch ihre Schwerkraft quasi gegenseitigeingefangen?EininternationalesAstronomenteamumPetr Pravec vom Astronomischen Institut TschechienshatimJahr2010dieseFrage anhand von 35 solcher Paare im Asteroidengürtelnäheruntersucht.„Eswar klar, dass es nicht ausreichte, nur die Umlaufbahnen der gepaarten Asteroiden zu analysieren, um ihre Herkunft zu verstehen“, so Pravec. „Wir mussten die Eigenschaften der Objekte studieren.” Die Asteroidenpaar:typischerweise isteinerderbeidendeutlich Forscher ermittelten daher zusätzlich für größeralsderandere.© ESO/L.Calçada jeden Gesteinsbrocken die relative Helligkeit, da diese wertvolle Rückschlüsse auf dessen Größe zulässt, sowiedieRotationsrate. EinKleinerundeinGroßer InteressanterweiseergabendieMessungen,dassalleAsteroidenpaare ein ganz spezifisches Größenverhältnis zwischen dem größeren und kleinerenPartneraufwiesen:DerkleinereAsteroidhatteimmerweniger als60ProzentderGrößeseinesPartners.DieseBeobachtungpasste gut zu einer Theorie, die der Astronom und Raumfahrtingenieur Daniel Scheeres von der Universität von Colorado in Boulder bereits 2007 aufgestellt hatte. Sie besagt, dass sich bei der Bildung eines Asteroidenpaars durch Aufspaltung beide nur dann trennen können, wenn der kleinere weniger als 60 Prozent der Größe seines Partners aufweist. EinesolcheTrennungkannbeispielsweisedannauftreten,wennsichein aus losen Brocken zusammengesetzter Asteroid extrem schnell dreht. SeinÄquatorbeultsich,getriebenvonderZentrifugalkraft,immermehr nach außen. Ist eine bestimmte Fluchtgeschwindigkeit erreicht, lösen sich Gesteinsbrocken aus der Äquatorgegend und sammeln sich in einem Orbit um den Ursprungsasteroiden. Im Laufe von Millionen Jahren verbinden sich diese Brocken zu einem zweiten, kleineren Asteroiden,sodasseinDoppelasteroidentsteht.Astronomenschätzen, dass zehn bis 15 Prozent aller kleineren Asteroiden im Weltall aus solchensichumkreisendenPartnernbestehenkönnten. SonnenlichtalsTriebkraft Für Bildung solcher Doppelasteroiden durch eine schnelle Rotation spielt das Sonnenlicht wahrscheinlich eine Schlüsselrolle. Studien belegen, dass der sogenannte „YORP“-Effekt (Yarkovsky– O'Keefe–Radzievskii– Paddack-Effekt) die Eigendrehung von Asteroiden beschleunigen kann. Dabei sorgtdasLichtdafür,dasssich die der Sonne zugewandte EinnurlosezusammengehaltenerAsteroid Seite des Objekts erwärmt. verlierteinenBrocken,soentstehteinPaar. Gleichzeitig wirkt der ©Pravecetal. Strahlungsdruck wie ein Anschub,derdieEigenrotationdesBrockensnachundnachverstärkt. Das Prinzip ist wie die Reaktion einer WindmühleaufdenWind-nurinZeitlupe. Im Laufe von Jahrmillionen kann so das SonnenlichtdieRotationeineswenigerals zehn Kilometer großen Asteroiden messbar verändern. „Dieser langsame Prozess und nicht-katastrophale Kollisionen füllen die Population von Doppelasteroiden auf“, erklärt Franck DerYarkovsky-Effekt:EineSeite desAsteroidenwirdstärker erwärmtundbewegtsichdaher vonderLichtquelleweg.© Graevemoore/CC-by-sa3.0 Marchis,AstronomanderUniversitätvon Kalifornien in Berkeley. “Das erklärt auch die große Anzahl von Doppelasteroiden undehemaligenDoppelasteroiden,diewir sehen.” PartnerschaftaufZeit Die bei der Spaltung entstandene Partnerschaft muss allerdings nicht ewig halten: Unter bestimmten Umständen können sich die Asteroiden eines solchen Doppelsystems trennen und anschließend getrennt voneinander ihre Bahn ziehen. „Der Kleinere stiehlt Rotationsenergie vondemGrößeren,dadurchdrehtsichderGrößerelangsamerunddie Umlaufbahn beider dehnt sich aus. Wenn der zweite Asteroid klein genug ist, gibt es ausreichend überschüssige Energie, um das Paar voneinander zu lösen und in ihre eigenen Orbits um die Sonne zu katapultieren”,soderForscher.Asteroidensinddahernichteinfachnur große, unveränderliche Brocken im Orbit um die Sonne. „Stattdessen handeltessichumkleineWelten,diesichständigverändern,wennsie älter werden, und manchmal auch kleinere Asteroiden bilden, die dann ihr eigenes Leben in einer Umlaufbahn um die Sonne beginnen“, so Scheerer. SONDERLINGEIMGÜRTEL W oher kommen die rätselhaften Asteroiden mit Schweif? Der Asteroidengürtel besteht primär aus Gesteinstrümmern, den Brocken, die bei der Planetenbildung übrig blieben - so die gängige Vorstellung. Doch in den letzten zehn Jahren haben Astronomen zwölf Bewohner dieses Gürtels entdeckt, die nicht ins Bild passen: Es sind aktiveKometen,BrockenausEisundStaub,dieeinenhellen,sichtbaren SchweifausStaubpartikelnundGasenausbilden. Diese “Schweifsterne” umlaufen die Sonne normalerweise in langgezogenen,starkelliptischenBahnen,diesienurperiodischindas Innere Sonnensystem führen. Ihr Ursprung liegt meist weit außen jenseits der Bahn des Neptun. Dort, im sogenannten Kuipergürtel, und auch noch weiter außen, in der Oortschen Wolke, kreisen zahlreiche dieser“schmutzigenSchneebälle”.ÄhnlichwiebeidenGesteinsbrocken im Asteroidengürtel führen bei diesen eisige Körpern störende Schwerkrafteinflüsse dazu, dass ab und zu einer von ihnen aus seiner Bahn geworfen wird und in Richtung inneres Sonnensystem fliegt - es entstehteinKomet.Soweit,sobekannt. AsteroidenmitSchweif Aber seltsamerweise tauchten in den letzten Jahren einige dieser Kometen aus heiterem Himmel inmitten der Gesteinsbrocken des Asteroidengürtelsauf.Stattder normalen stark elliptischen Bahn bleiben diese Kometen seltsamerweise auf ihrer nahezu kreisförmigen Bahn im Gürtel. „Vieles spricht dafür, dass diese sogenannten Komet©NASA aktiven Asteroiden keine einheitliche Gruppe bilden“, sagt Jessica Agarwal vom Max-PlanckInstitut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau. Von der OberflächeeinigerdieserObjekteverdampftvermutlichEis,ähnlichwie bei einem Kometen. Dieses stammt wahrscheinlich aus dem tiefen InnerenderKörperundwurdemöglicherweisedurchheftigeEinschläge freigelegt. Bei anderen aktiven Asteroiden haben Zusammenstöße Fontänen aus Staub erzeugt, die monatelang als Schweif sichtbar blieben. Einer dieser Sonderlinge ist auch der erst im Sommer 2013 entdeckteAsteroidP/2013P5.ZunächstschmücktesichdieserBrocken nur mit einem Schweif, doch eine erneute Beobachtung im November 2013 enthüllte nunmehr gleich sechs Schweife, die wie die Speichen einesWagenradsvomKernausgingen. AsteroidmitsechsSchweifen Aber wie waren diese Schweife entstanden? Bei gleich sechs solcher FontäneninwenigenMonaten,istesnach Ansicht der Planetenforscher eher unwahrscheinlich, dass Einschläge kleinerer Brocken die Ursache sind. Aber auch verdampfendes Eis erscheint nicht wirklichplausibler,dennP/2013P5bewegt Hubble-Aufnahmendes sich am inneren Rand des AsteroidenP/2013P5vom10. AsteroidengürtelsunddamitineinerZone, und23.September2013.© NASA/ESA,andD.Jewitt in der jedes Eis in ihm schon vor langer (UCLA) Zeit hätte verdampft sein müssen. Was aber war dann der Auslöser? Entscheidende Hinweise lieferten im September2013AufnahmendesWeltraum-TeleskopsHubble,dieden Asteroiden zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten zeigten. „Zwischen den Beobachtungen lagen 13 Tage. In dieser Zeit hatte sich unser Forschungsobjekt stark verändert“, so Agarwal. Während ein Schweif fastunverändertgebliebenwar,hatteeinzweiterdeutlichanLängeund Leuchtkraft zugenommen. Alle anderen waren verblasst. Die Forscher vermuten, dass die Rotation des Objektes für die Schweife verantwortlich ist: Es dreht sich so schnell um die eigene Achse, dass es Masse verliert. Angetrieben wird dieser Vorgang vom Druck des Sonnenlichts. Dieses trifft in unterschiedlichen Winkeln auf die zerklüftete Oberfläche. Unterm Strich wird dadurch die Rotation des Asteroiden mehr und mehr beschleunigt, wie bei einem Rad, das man nuraneinerSeiteanschiebt.IrgendwannwirddadurchdieFliehkraftam Äquator des Asteroiden stärker als die schwache Schwerkraft des mit einem Durchmesser von 240 Metern recht kleinen Körpers: Material wirdvonderOberflächefortgeschleudert.DieAstronomenklassifizieren diesekosmischeDreckschleuderals“Hauptgürtel-Kometen”. DIELAZARUS-KOMETEN E in Kometen-Friedhof im Asteroidengürtel? Aber woher kommensolcheSonderlingeimAsteroidengürtel?Forscher um Ignacio Ferrin von der Universität von Anitoquia in Kolumbien gingen dieser Frage im Jahr 2013 mit neuen Beobachtungen und mit Hilfe von Simulationen und Modellrechnungen nach. Dabei stießen sie tatsächlich auf eine plausible Erklärung für die seltsamen“Gürtelkometen”. LetzteRuhestätte Demnach sah der Asteroidengürtel vor Millionen von Jahren ganz andersausalsheute.StattnurtoterGesteinstrümmerfandensichinihm auchTausendevonaktivenKometen.DochimLaufederZeitließderen Aktivitätnach,weildieSonnenwärmenachundnachallesEisausihren oberenKernschichtenherauslösteundalsWasserdampfausgasenließ. Dadurch war quasi der Nachschub für ihren Schweif erschöpft, sie wurden inaktiv. “Wenn ein Kometenkern nur 50 bis 150 Meter im Radius misst, dann ist die Sonnen-Einstrahlung im Asteroidengürtel stark genug, um im Laufe der Zeit alles Eis und alle flüchtigen Substanzen aus ihm herauszulösen - der SokönntederAsteroidengürtelimfrühen Sonnensystemausgesehenhaben:voller Komet erlischt”, erklären die aktiverKometen.©IgnacioFerrin/ UniversityofAnitoquia Forscher. Für viele Tausend solcher Kleinkometen wurde dieserRingzwischenMarsundJupiterdaherzurletztenRuhestätte:Sie haben ihr Eis längst verloren und kreisen nun für immer als steinige Brocken inmitten der Asteroiden. “Wir haben einen echten KometenFriedhofgefunden”,erklärtFerrin. Wiederauferstehungmöglich Anders aber bei den größeren Kometenkernen: Sie sind nicht tot, sondern schlafen nur. Denn die Sonnenwärme konnte nicht bis in das InneredesKernseindringen,sodassdort NeuerwachteKometenim Asteroidengürtel©Ignacio Ferrin/UniversityofAnitoquia noch Eisreserven übrigblieben. “Diese schlafenden Kometen können wieder zum Leben erwachen, wenn die Energie der Sonneneinstrahlung nur um wenige Prozent ansteigt”, so die Astronomen. Das kann dadurch geschehen, dass beispielsweise die Anziehungskraft des Jupiter oder andere Turbulenzen im lokalen Schwerkraftfeld die Bahn dieser Kometen ein wenig weiter nach innen verlagert. Dann dringt die Sonnenstrahlung tiefer in den Kometenkern ein und erreicht so auch die inneren Eisreserven, die nun beginnen, auszugasen-derKometbekommtwiedereinenSchweifundwirdaktiv. “Diese Objekte sind 'Lazarus-Kometen', die nach Tausenden oder MillionenvonJahrenderRuhenunwiedererwachen”,sagtFerrin.Nach Ansicht der Forscher könnten elf der zwölf in den letzten zehn Jahren entdeckten Kometen auf diese Weise wiederaufstanden sein - und sie werden nicht die einzigen bleiben: “Potenziell könnte jeder der vielen tausendschlafendenNachbarndieserKometendasGleichetun”,sodie Astronomen. BESUCHBEIVESTA D as vernarbte Relikt eines Protoplaneten Der Asteroidengürtel birgt aber noch weitere interessante Bewohner. Zwei davon sind der Asteroid Vesta und der KleinplanetCeres-inmancherHinsichtsindsiegleichund dochsehrverschieden.DendereineisteinmassiverGesteinsbrocken, der andere besteht mindestens zum Teil aus Eis. Mit ihrer trotz der NähesounterschiedlichenGeologiebildendiebeidenquasieineBrücke zwischen den erdähnlichen Gesteinsplaneten SonnensystemsunddeneisigenBrockendesäußeren. des inneren Neben ihrer Position im Asteroidengürtel gibt es aber noch eine Gemeinsamkeit: Beide sind Ziel der Dawn-Mission, die zurzeit im Asteroidengürtel unterwegs ist. Die am 7. Juli 2007 gestartete Raumsonde erreichte ihr erstes Untersuchungsobjekt, den Asteroiden Vesta, im Oktober 2011 und umkreiste ihn mehrere Monate lang. Seit 2012istsienununterwegszuCeres,densieimFebruar2015erreichen wird. EinfastfatalerTreffer DerAsteroidVesta,dasersteZielderDawn-Sonde,wurdebereits1807 durch den deutschen Astronomen Wilhelm Olbers entdeckt. Er gehört mit einem Durchmesser von gut 500 Kilometernzudensehrgroßen Objekten des Asteroidengürtels. Beobachtungen deuten darauf hin,dassseineOberflächeaus basaltischem Gestein besteht, gefrorenerLava,diekurznach DawnmitCeresundVesta©WilliamK. derEntstehungdesAsteroiden Hartmann/UCLA aus dem heißen Inneren quoll understarrte.Soweit,sounspektakulär.DocheineEigenschaftbesitzt Vesta, die ihn besonders spannend für die Wissenschaft macht: Seine Oberfläche trägt deutliche Spuren eines dramatischen Ereignisses. Irgendwann muss der Asteroid einen gewaltigen Treffer durch ein anderesObjekterlittenhaben.FastdergesamteSüdpoldesansonsten nahezu kugeligen Asteroiden wurde dabei weggesprengt, die Kollision hinterließ einen gigantischen Krater von gut 460 Kilometern Durchmesserund13KilometernTiefe.GuteinenProzentdesgesamten VolumensdesAsteroidenschleudertedieKollisioninsAll.DieTrümmer der Kollision, von winzigen Staubkörnchen bis hin zu haus- und gebirgsgroßen Brocken, flogen fortan auf ihren eigenen chaotischen Bahnen durch das Sonnensystem. Astronomen vermuten, dass rund fünf Prozent aller bisher auf der Erde gefundenen Meteoriten von diesemkosmischen„Unfall“herrühren. DoppelschlagamSüdpol DieTopografievonVestaist extrem.Kraterzeugenvonder katastrophalenVerganghenheit. ©NASA/JPL-Caltech/UCLA/ MPS/DLR/IDA/PSI Im Herbst 2011 lieferte die Raumsonde Dawn dann wie erhoffte genauere Aufnahmen des gewaltigen Südpolkraters vonVesta-undenthüllteÜberraschendes. Denn der Asteroid wurde offenbar nicht nur von einem, sondern gleich von zwei großen Brocken getroffen. Die gewaltige Vertiefung am Vesta-Südpol besteht aus zwei teilweise überlappenden Kratern mit jeweils mehreren kreisförmigen Wällen und Vertiefungen und einem rund 13 Kilometer hohenZentralberg.Anfang2013gelangesdemPlanetenforscherMartin Jutzi von der Universität Bern mit Hilfe einer dreidimensionalen Computersimulation, zu rekonstruieren, wie diese Krater entstanden sein könnten: Demnach trafen zwei 66 und 64 Kilometer große GesteinsbrockenmitderhohenGeschwindigkeitvon5,4Kilometernpro Sekundeaufdennurrund500KilometergroßenProtoplaneten.Wäreer belebt gewesen, hätte keiner seiner Bewohner diese planetare Katastrophe überlebt. Diese Einschläge schleuderten Gesteinsmaterial aus bis zu 100 Kilometern Tiefe hinaus und durchbrachen an einigen Stellen die Kruste des Protoplaneten, wie die Forscher berichten. “Wir können anhand der Verteilung und Art dieses Materials die verschiedenen inneren Schichten, aus denen Vesta zusammengesetzt ist, präzise rekonstruieren”, erläutert Philippe Gillet, Direktor des Earth and Planetary Science Laboratory der EPFL. Im Gegensatz zu vielen kleineren Asteroiden ist Vesta ein sogenannter differenzierter Körper: Wie bei einem Planeten ist sein Inneres aus drei Schichten - Kern, MantelundKruste-aufgebaut.DamitdieseSchichtungentstehenkann, muss der Himmelskörper irgendwann in seiner Geschichte komplett aufgeschmolzen sein, so dass schwerere Elemente nach innen sinken undleichterenachobensteigenkonnten. Ein Flickenteppich und dunkler Auswurf Und noch etwas zeigten die Aufnahmen der Raumsonde Dawn: Die Oberfläche des Asteroiden ist ein wahrer Flickenteppich aus Material unterschiedlicher Helligkeit und Zusammensetzung. So gibt es auf Vesta helle Bereiche, die so weiß sind wie Schnee, und AmCornelia-KrateraufVestaistderdunkle Auswurfdeutlichzuerkennen.©NASA/JPLdunkle Bereiche, die so Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA schwarz sind wie Kohle. „Vielessprichtdafür,dassdasdunkleMaterialsehrreichanKohlenstoff ist“, erklärt Vishnu Reddy vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS). Untersuchungen von ihm und seinen Kollegen deuteten Anfang 2013 auf einen Zusammenhang zwischen dem dunklen Material und den beiden riesigen Asteroideneinschlägen auf Vestas Südhalbkugel hin. Eine Karte der Verteilung des dunklen Materialszeigte:DiesesgruppiertsichinersterLinieumdieRänderder beidengroßenKrateraufderSüdhalbkugel.DieForschergehendaher davon aus, dass dieses Gestein wahrscheinlich mit dem ersten der beiden Einschläge vor etwa zwei bis drei Milliarden Jahren auf den Protoplaneten kam. Der zweite Einschlag, in dessen Folge der zweite Krater entstand, hat einen Teil dieses Material dann später überdeckt. Die Dawn-Daten lieferten den Forschern auch den ersten direkten Beweis, dass viele auf der Erde gefundenen Meteoriten tatsächlich Bruchstücke von Vesta sind. Denn einige dieser sogenannten HEDMeteoritenzeigendunkleEinschlüsse,dieebenfallsreichanKohlenstoff sind. „Durch genaue Analyse des dunklen Materials auf der Vesta und VergleichenmitLaboruntersuchungendieserMeteoritekonntenwirnun denerstendirektenBeweisliefern,dassdieHED-Meteoritetatsächlich BruchstückevonVestasind“,berichtetReddysKolleginLucilleLeCorre vomMPS. DERGRÖSSTEIMGÜRTEL K leinplanet Ceres und seine Geheimnisse Schon die EntdeckungsgeschichtevonCereszeigtdieSonderstellung diesesKleinplaneten.Denndasmitknapp1.000Kilometern Durchmesser größte Objekt des Asteroidengürtels war der erste im Sonnensystem entdeckte Asteroid - und wurde prompt zunächstfüreinenechtenPlanetengehalten. LichtpunktamrichtigenOrt Kein Wunder: Als der italienische Astronom Giuseppe Piazzi 1801 diesen Lichtpunkt zwischen der Mars- und Jupiterbahn aufspürte, lag dieser genau dort, wo den theoretischen Berechnungen nach noch ein Planet im Sonnensystem fehlte. Denn die Kräfte- und Bewegungsverhältnisse der bekannten Planeten legten eine bestimmte AbstandsfolgederSonnenbegleiternahe-unddieLückezwischenMars undJupiterpasstenichtinsBild.PositionundBahnvonCeresschienen dieseLückeperfektzufüllen.Erstrund50JahrespäterkamenZweifel daranauf,dassessichbeidiesemObjektwirklichumeinenvollwertigen Planeten handelte. Denn inzwischen waren zahlreiche weitere, kleinere AsteroidenindergleichenHimmelsregionentdecktworden.WäreCeres abereinechterPlanet,hätteerdiesekleinerenBrockenlängstanziehen undsicheinverleibenmüssen. Nichtgefegt DerKleinplanetCeres-noch gibtesvonihmnurAufnamen vonerdbasiertenTeleskopen.© NASA/ESA/SwRI/Cornell University)/Universityof Maryland Heuteistklar,dassessichbeiCereszwar um einen echten Riesen des Asteroidengürtels handelt, aber noch nicht ganzumeinenvollwertigenPlaneten.Denn auch wenn er ein Drittel der Masse aller Asteroiden des Sonnensystems auf sich vereinigt, annähernd kugelförmig ist und auch eigenständig um die Sonne kreist, fehlt ihm eine entscheidende Eigenschaft zum echten Planeten: Er hat seinen Vorgartennichtgefegt-seineUmlaufbahn ist nicht durch seine Schwerkraft oder Kollisionen freigeräumt. Für Objekte wie Ceres, die zwar größer als die normalen Asteroiden sind, aber die Kriterien für einen „echten“ Planeten nicht erfüllen, hat die Internationale Astronomische Union im Jahr 2006 daher eine eigene Kategorie von Himmelskörpern aufgestellt: die Zwergplaneten. Zu den ersten Mitgliedern dieser Liga der Kleinplaneten gehören neben Ceres auch ErisundderehemaligeneuntePlanetdesSonnensystems,Pluto. WassereisundKohlenstoff? Besonders spannend an Ceres ist jedoch nicht nur seine Größe und Lage im Asteroidengürtel, auch die Zusammensetzung macht ihn interessant:Dennerkönntezu17bis27GewichtsprozentausWasser bestehen - immerhin so viel, dass es dem Fünffachen der irdischen Süßwasservorräte entspricht. Vermutlich liegt dieses Wasser in Form einer zehn Kilometer dicken Eiskrustevor,diedensteinigen Kernumschließt.Damitkönnte Ceres der sonnennächste Vertreter eines so eisreichen Himmelskörpers im Sonnensystem sein. Spektralanalysen des von der Oberfläche des Kleinplaneten zurückgeworfenen Lichts deutenzudemdaraufhin,dass MutmaßlichesInnenlebenvonCeres:ein es auf Ceres neben Wasser Gesteinskern,einMantelausWassereisund auch Karbonatgestein geben eineKruste.©NASA,ESA,andA.Feild (STScI) könnte. Diese kohlenstoffhaltigen Verbindungen entstehen oft, wenn Wasser verdunstet oder verdampft. Noch ist alles Weitere unklar, Forscher halten es aber durchaus für möglich, dass der Kleinplanet in seiner Vergangenheit einmal lebensfreundlicher war und sogar flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche besaß. Ob das tatsächlich der Fall war, könntendieDatenderRaumsondeDawnimJahr2015verraten. 04|Impressum scinexx.de-DasWissensmagazin MMCDNEWMEDIAGmbH Elisabethstraße42 40217Düsseldorf Tel.0211-94217222 Fax03212-1262505 www.mmcd.de [email protected] Geschäftsführer:HaraldFrater,[email protected] Chefredakteurin:NadjaPodbregar,[email protected] Handelsregister: Düsseldorf,HRB56568;USt.-ID.:DE254927844; FinanzamtDüsseldorf-Mitte Konzeption/Programmierung YOUPUBLISHGmbH Werastrasse84 70190Stuttgart M:info(at)you-publish.com Geschäftsführer:AndreasDollmayer ©2016byKonradinMedienGmbH,Leinfelden-Echterdingen
