die Beute des - Spektrum der Wissenschaft
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Welt der Wissenschaft: Asteroidenforschung Die Beute des Wanderfalken Staub vom Asteroiden Itokawa ist nun analysiert Die japanische Raumsonde Hayabusa, Wanderfalke, brachte im Juni 2010 die ersten Staubproben eines Asteroiden zur Erde. Nun liegen die Analyseergebnisse vor. Sie belegen, dass der Kleinplanet Itokawa einer der Mutterkörper der am häufigsten auf der Erde gefundenen Meteoriten ist: den gewöhnlichen Chondriten. Von Harald Krüger D er allergrößte Teil der mehre­ aber die wissenschaftliche Erkundung von re zehntausend Meteoriten, Itokawa in den Vordergrund. Die wich­ die in irdischen Sammlung tigste Aufgabe war dabei die Entnahme aufbewahrt werden, stammt von Gesteinsmaterial von der Oberfläche von den Planetoiden. Diese Kleinkörper umrunden die Sonne überwiegend zwi­ und der anschließende Transport zur Erde. Hayabusa wurde im Mai 2003 gestar­ Itokawa endete erfolgreich mit schen Mars und Jupiter. Ihre Bahnen kön­ tet und erreichte Itokawa nach gut zwei der weichen Landung der Rück- nen jedoch durch die Schwerefelder der Jahren Flug im September 2005. Zunächst kehrkapsel im Juni 2010. großen Planeten, durch thermische Ef­ untersuchte sie den Kleinplaneten aus der In Kürze ó Der von zahlreichen technischen Pannen geplagte Flug der Raumsonde Hayabusa zum Planetoiden ó Die von Hayabusa mitgebrachten fekte und durch gegenseitige Kollisio­nen Nähe, wobei sie sich in einem Bereich von winzigen Gesteinsproben entspre- so stark verändert werden, dass sie das in­ 7 bis 20 Kilometern über seiner Oberflä­ chen der Meteoritenklasse der nere Sonnensystem erreichen und die che aufhielt. Unter anderem kartierte sie gewöhnlichen Chondriten. Erdbahn kreuzen. Diese erdnahen Asteroi­ in dieser Flugphase die Oberfläche und ó Mit dem Gesteinsmaterial von den lassen sich mit vergleichsweise gerin­ suchte nach einem geeigneten Platz für Itokawa ließ sich erstmals ein gem Energieaufwand mit Raumsonden die Probenentnahme. Außerdem vermaß Mutterkörper der gewöhnlichen von der Erde aus anfliegen. Ein solcher Himmelskörper ist der nur die Sonde die räumliche Gestalt des Klein­ Chondriten sicher identifizieren. 44 Januar 2013 etwa 500 Meter große Asteroid (25143) Ito­ körpers. Die zur Erde übertragenen Bilder zeigen kawa, der als Ziel für die japanische Raum­ einen länglichen, hantelähnlichen Him­ sonde Hayabusa (japanisch: Wanderfal­ melskörper, der kaum Krater aufweist. Es ke) ausgewählt worden war. Von allen lassen sich zwei grundsätzlich verschie­ Objekten, die bisher von irdischen Sonden dene Gebiete auf seiner Oberfläche unter­ untersucht wurden, ist er das kleinste. Ur­ scheiden. An den Enden der Hantel befin­ sprünglich war die Mission als reiner Test­ den sich jeweils viele Gesteinsbrocken bis flug konzipiert, um verschiedene Tech­ hin zur Größe von Einfamilienhäusern, nologien im Weltraum zu erproben. Im während die Regionen in der Mitte, die weiteren Verlauf de Mission rückte dann etwa 20 Prozent der Gesamt­oberfläche aus­ Sterne und Weltraum Der 500 Meter lange Asteroid Itokawa ist eine lose Ansammlung aus einzelnen Gesteinsbrocken und feinerem Material und hat wie ein Schutthaufen nur einen JAXA geringen Zusammenhalt. machen, von einer wahrscheinlich mehre­ Auffangrohr hatte dabei Bodenkontakt und landete unbeschadet in der austra­ re Meter dicken Schicht aus millimeter- bis (siehe Bild auf S. 46). Für die eigentliche lischen Wüste. Mit Spannung erwarteten zentimetergroßen Gesteinspartikeln be­ Probennahme war vorgesehen, dass ein nun die Planetenforscher das Öffnen des deckt sind (siehe Bild oben). Die mittleren im Auffangrohr abgeschossenes Projektil Behälters. Und – siehe da – er enthielt tat­ Regionen erscheinen dadurch sehr glatt beim Aufprall Staubpartikel von der Ober­ sächlich winzige Mengen an Staub. Bisher (siehe SuW 12/2006, S. 26). Die Dichte von fläche freisetzt, die anschließend in einen wurden mehr als 1500 Staubkörnchen aus Itokawa beträgt 1,95 Gramm pro Kubikzen­ Probenbehälter gelangen sollten. Der Me­ dem Probenbehälter extrahiert, die größ­ timeter, was etwa derjenigen von losem chanismus versagte jedoch beide Male und ten von ihnen sind rund 0,2 Millimeter Sand entspricht. Sie ist deutlich geringer es war unklar, ob sich nun überhaupt Staub groß. Die meis­ten Partikel sind jedoch als bei einem kompakten Gesteinsbrocken. im Probengefäß befand. Dies war nur kleiner als ein zwanzigs­tel Millimeter, was Offenbar ist Itokawa ein poröser Him­ eines von mehreren gravierenden tech­ etwa der Dicke eines menschlichen Haars melskörper, der einem lose zusammen­ nischen Problemen, mit denen die Mis­ entspricht. hängenden Schutthaufen vergleichbar ist. sionskontrolleure zu kämpfen hatten. So Interessanterweise ähnelt die Form von ging ein mitgeführtes Landegerät bei der Ist es wirklich Asteroidenstaub? Itokawa dem Kern des Kometen Hartley Annäherung verloren, und auch die Rück­ Zunächst gab es Zweifel, ob es sich wirk­ 2 (siehe SuW 10/2011, S. 30). In ihrer Zu­ kehr der Sonde zur Erde dauerte wegen lich um Partikel von der Oberfläche des sammensetzung unterscheiden sich beide fehlerhafter Antriebs- und Computersys­ Asteroiden handelte. Es hätten auch von jedoch grundlegend, da der Schweif­stern der im Gegensatz zu Itokawa überwiegend aus teme erheblich länger als geplant. Ein erstes Rückkehrfens­ter im De­ Wassereis besteht und eine noch wesent­ zember 2005 verstrich wegen Kommu­ der Landung in Australien eingedrungen lich geringere Dichte aufweist. nikationsproblemen ungenutzt, so dass sein können. Wie ließ sich nun heraus­ Missionskontrolleure sich Hayabusa erst im April 2007 auf den finden, ob die Staubkörner wirklich von der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA Rückweg zu unserem Heimatplaneten Itokawa stammten? einen geeigneten Platz für die Probenent­ machen konnte, wo sie drei Jahre später, Um diese Frage zu klären, wurden die nahme gefunden hatten, flog die Sonde im Juni 2010, eintraf. Eine Atmosphären- Häufigkeiten unterschiedlich schwerer zweimal unmittelbar an die Oberfläche Eintrittskapsel mit dem Probenbehälter Sauerstoffatome von Itokawa heran. Ein trichterförmiges wurde von der Raumsonde abgetrennt trometrie untersucht. Sauerstoff besteht Nachdem die www.sterne-und-weltraum.de Erde mitgeschleppte Verunreini­ gungen sein können, oder sie hätten bei mittels Massenspek­ Januar 2013 45 tungen wesentliche Informationen über ihre Oberflächenzusammensetzungen ableiten. Schon früher wurde Itokawa von den Astronomen als Asteroid vom Typ S eingestuft, das heißt, er sollte an seiner Oberfläche viele silikatreiche Minerale ent­ halten. Durch die Laboruntersuchungen an den Proben von Itokawa ließ sich diese Zuordnung nun für einen Asteroiden erst­ mals direkt bestätigen. Viele der mehr als 1500 untersuchten Körner bestehen aus Kristallen unter­ schiedlicher Minerale, die eine ähnliche Zusammensetzung aufweisen wie die Mi­ nerale in den gewöhnlichen Chondriten, was im Einklang mit den Ergebnissen der Künstlerische Darstellung: Akihiro Ikeshita / MEF / JAXA-ISAS Isotopenmessungen steht. Mittels Rönt­ genanalytik und Rasterelektronenmikro­ skopie gewonnene Daten zeigen, dass die meisten Mineralkörner aus den auch auf der Erde sehr häufig vorkommenden Silikatmineralen Olivin, Pyroxen und Feldspat bestehen. Sie bauen beispielswei­ se die irdischen Basalte auf. In geringen Mengen finden sich zudem Eisensulfid, Die Raumsonde Hayabusa entnahm Eisen-Chrom-Oxid, Kalziumphosphat und im Jahr 2005 Staubproben auf dem metallisches Eisen-Nickel. Etwa zwei Drit­ Asteroiden Itokawa. tel der Teilchen bestehen aus nur je einem Mineral, während der Rest aus zwei oder mehr Mineralen aufgebaut ist. Die scharf­ wie viele andere chemische Elemente aus sanfte Aufsetzen des trichterförmigen kantige Form der Körner deutet darauf einer Mischung unterschiedlich schwerer Auffangrohrs auf der Asteroidenoberflä­ hin, dass es sich überwiegend um Bruch­ Atome, den Isotopen. Zusätzlich zu dem che eine winzige Menge von Gesteinsma­ stücke größerer Gesteinsbrocken handelt Isotop mit der Masse 16, das weitaus am terial freigesetzt, die in das Probengefäß (siehe Bild auf S. 48). häufigsten auf der Erde vorkommt, gibt es auch noch zwei schwerere Isotope mit den gelangen konnte. Was lernen wir aus der Untersuchung Itokawa ist ein Überbleibsel Massen 17 und 18. Während Sauerstoff-16 der Staubkörnchen? Ein Vergleich der Isoto­ Durch die Untersuchungen lässt sich nun acht Protonen und acht Neutronen und penhäufigkeiten von Itokawa mit den Wer­ die geologische Geschichte von Itokawa damit 16 Kernbausteine enthält, weisen ten verschiedener Meteoritentypen ergibt in groben Zügen verstehen. So liefern die die beiden schwereren Isotope ein bezie­ eine sehr gute Übereinstimmung mit einer chemische und die mineralische Zusam­ hungsweise zwei zusätzliche Neutronen Untergruppe der am häufigsten auf der mensetzung Hinweise auf die thermische auf. Ihre Kernmassen betragen daher 17 Erde gefundenen silikatreichen Meteorite. Entwicklung dieses Kleinkörpers. Dem­ und 18 atomare Masseneinheiten. Es sind die so genannten gewöhnlichen LL- nach war das am stärksten erwärmte Ma­ Chondriten (LL steht dabei für Low metal, terial einer Temperatur von etwa 800 Grad Low iron; also metall- und eisenarm). Auch Celsius ausgesetzt. Die Forscher um Akira die weiteren chemischen Eigenschaften des Tsuchiyama von der Osaka University ge­ Entscheidend ist nun, dass diese Isotope Probenmaterials stimmen gut mit denjeni­ ben eine Abkühlungsrate von etwa einem in allen irdischen Materialien in festen gen dieser Meteoriten überein. Der Astero­ halben Grad pro 1000 Jahre bei einer Häufigkeitsverhältnissen vorkommen, die id Itokawa ist offenbar einer der Mutterkör­ Starttemperatur von 600 Grad Celsius an. kaum variieren. In Meteoriten und im per jener Meteoritengruppe. Daraus folgt, dass sich das zur Erde ge­ Sauerstoffisotope belegen extraterrestrischen Ursprung Mondgestein haben diese Isotope jedoch Seit Langem versuchen die Planetenfor­ brachte Probenmaterial früher in einem andere Häufigkeiten, die sich klar von scher die verschiedenen auf der Erde ge­ Himmelskörper von rund 20 Kilometern den irdischen Werten unterscheiden. Die fundenen Typen von Meteoriten einzelnen Durchmesser befunden haben muss – Laboruntersuchungen der aus dem Pro­ Klassen von Ursprungskörpern im Astero­ denn nur Objekte, die mindestens diese benbehälter von Hayabusa extrahierten idengürtel zuzuordnen. Dabei sind beson­ Größe haben, weisen derart langsame Teilchen zeigen eindeutig nichtirdische ders die spektroskopischen Eigenschaften Abkühlungsraten auf. Itokawa war also Häufigkeiten der Sauer­stoffisotope. Ob­ des von ihrer Oberfläche reflektierten Son­ einmal Teil eines größeren Himmelskör­ wohl der Schussmechanismus versagt nenlichts entscheidend. Nur dadurch las­ pers. Sein Gesteinsmaterial wurde stark hatte, wurde demnach allein durch das sen sich mittels erdgebundener Beobach­ durch thermische Prozesse verändert und 46 Januar 2013 Sterne und Weltraum Teleskopsteuerung zerbrach durch ein oder mehrere Ein­ Es ergeben sich erstaunlich kurze schlagereignisse in eine Vielzahl kleinerer Zeiträume von maximal acht Millionen Bruchstücke. Einige dieser Fragmente fan­ Jahren, während derer sich die Teilchen den sich später zum Asteroiden Itokawa nur wenige Zentimeter unterhalb der zusammen. Oberfläche befunden haben müssen. Die Forscher um Keisuke Nagao an Direkt an der Oberfläche oder nur knapp der University of Tokyo rekonstruierten darunter waren sie vermutlich nur 100 zudem, wie lange sich die Staubpartikel bis 1000 Jahre. Offenbar verliert Itokawa an der Oberfläche des Asteroiden befan­ ständig Material in den Weltraum, wofür den. Hierzu maßen sie die Häufigkeiten eine Verlustrate von einigen zehn Zenti­ der Edelgase Helium, Neon und Argon in metern Oberflächenmaterial pro Million den Proben. Die Wissenschaftler konnten Jahre abgeleitet wird. Setzt man dies ins zwei Komponenten dieser Edelgas­atome Verhältnis zur Größe des Asteroi­den, so unterscheiden: eine niederenergetische, ergibt sich eine Überlebenszeit, die inte­ aus dem Sonnenwind stammende, und ressanterweise wesentlich kürzer ist als so genannte kosmische Teilchen mit das Alter des Sonnensystems von 4,6 Mil­ wesentlich höheren Energien, die aus liarden Jahren. Danach würde sich Itoka­ dem interstellaren Raum zu uns stoßen. wa nach mehreren hundert Millionen bis Treffen jene Teilchen auf festes Material, maximal einer Milliarde Jahren komplett so dringen sie je nach ihrer Energie unter­ auflösen. Sehr wahrscheinlich wird er je­ schiedlich tief darin ein und bleiben dort doch wesentlich früher ein ganz anderes stecken. Da die Energien und Eindringtie­ Schicksal erleiden. fen dieser Atome recht gut bekannt sind, lässt sich aus ihren Konzentrationen ab­ Auf Kollisionskurs? leiten, über welche Zeiträume hinweg die Hinweise für häufige Oberflächenverän­ Mineralkörner diesem Bombardement derungen auf Itokawa gibt es nämlich von energetischen Teilchen ausgesetzt auch von anderer Seite. Berechnungen waren und wie nahe sie sich an der Ober­ seiner Flugbahn zeigen, dass dieser rund fläche befanden. 500 Meter große Himmelskörper bei LFE Photo ,9 9 5 ab Features: - Goto, Encoder - USB, Ethernet - Motorfokus - DSLR Control - ST4, RTC - und vieles mehr 10 % SuW Rabatt im Onlineshop Code: pI&vv-N7!s4Jk+zh ( 1x pro Kunde, gültig bis 30.11.2013 ) Große Auswahl an Zubehör: z.B.: Motorsets, Dachsteuerung, GPS Maus, Netzteile, Tiny Interface, Motorkabel, DSLR - Kabel, SD Karte, u.s.w. 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Mineralen, und sein Durchmesser beträgt 1999 JU3 ist ein Kleinplanet des C-Typs. etwa 150 Mikrometer. Solche Himmelskörper reflektieren nur etwa sieben Prozent des einfallenden Sonnenlichts und ähneln in ihren Ei­ genschaften den Meteoriten der Klasse der kohligen Chondriten. Diese gehören – ähnlich wie die Kometen – zum urtüm­ lichsten Material, das wir in unserem seinem Umlauf um die Sonne den terres­ können. Für Kleinkörper dieser Größe Planetensys­tem kennen. Hayabusa 2 soll im Jahr 2014 starten trischen Planeten des Sonnensystems oft wurde dieser elektrostatische Effekt bis­ und 2018 ihr Ziel erreichen. Die Untersu­ sehr nahe kommt: Er wird wahrscheinlich her jedoch noch wenig untersucht. chung des Kleinplaneten einschließlich innerhalb der nächsten Million Jahre mit Die Analyseergebnisse des von Haya­ einer Probenentnahme ist auf etwa an­ der Erde, Mars oder Venus kollidieren. busa zur Erde gebrachten Probenmate­ derthalb Jahre angesetzt. Die Sonde wird Auch wenn sich keine Kollision ereignet, rials stehen im Einklang mit den derzei­ auch ein aus Deutschland stammendes kann die Schwerkraft der Planeten bei tigen Theorien über die Entstehung des Landegerät und ein französisches Fahr­ sehr dichten Vorbeiflügen zu Vibrationen Sonnensystems. Demnach bildeten sich zeug, einen Rover, mitführen, welche die und Verschiebungen von Material auf die­ die Sonne und die Planeten vor 4,567 Mil­ Oberfläche des Planetoiden direkt erkun­ sem fliegenden Schutthaufen führen. Da liarden Jahren aus einer in sich zusam­ den. Um an frisches Material von unter­ das Material auf der Oberfläche durch sei­ menfallenden interstellaren Wolke aus halb der Oberfläche für die Proben­ent­ ne geringe Schwerkraft nur locker gebunden ist, kann er so auch Ge­ Die Messergebnisse der Itokawa-Proben passen zu den Theorien über die Entstehung des Sonnensystems. stein in den Weltraum nah­me zu ge­langen, soll ein Impaktor durch einen harten Aufprall einen klei­ verlieren. Inter­es­­santerweise beobachtete Gas und Staub (siehe SuW 9/2012, S. 46). nen Krater erzeugen. Dort wird die Sonde man auf der Erde mehrere helle Meteore, Die Planetoiden sind nach heutigem dann niedergehen und mit einem ge­ so genannte Feuerkugeln, die von Itokawa Kenntnisstand Überreste aus der Entste­ genüber ihrem Vorgänger modifizierten stammen könnten, was ein weiterer Beleg hungsphase des Sonnensystems, als sich Sammelmechanismus Gesteinsmaterial für Materialverlust von seiner Oberflä­ zwischen Mars und Jupiter kein weiterer aufnehmen. Für das Jahr 2020 ist ihre che ist. All diese Effekte führen zu relativ Planet bilden konnte. Rückkehr zur Erde geplant. Die Untersu­ schnellen Oberflächenveränderungen. Bisher wurden die Proben von Itokawa chungen von Proben dieses sehr urtüm­ Zur Freisetzung von kleinen Parti­ überwiegend von japanischen Forscher­ lichen Kleinkörpers lassen neue Einblicke keln in den Weltraum könnte zudem ein gruppen untersucht. Sie hatten dieses in die Entstehung unseres Planetensys­ weiterer Prozess beitragen, der bisher Vorrecht, weil es sich bei Hayabusa um tems erwarten. hauptsächlich auf dem Erdmond genauer eine rein japanische Mission handelte. untersucht wurde. Dort wurde schon in Seit Kurzem können sich Forscher aus den 1960er Jahren von verschiedenen aller Welt bewerben, um Probenmaterial Harald Krüger arbeitet Weltraummissionen der für eigene Analysen zu bekommen. Wir am Max-Planck-Institut für Oberfläche beobachtet, der von der Mond­ dürfen gespannt sein, welche weiteren Sonnensystemforschung oberfläche selbst stammen musste. Die inter­essanten Ergebnisse jene Untersu­ in Katlenburg-Lindau. Staubpartikel werden durch die geladenen chungen liefern werden. Seine Hauptarbeitsgebiete Staub nahe Teilchen im Plasma des Sonnenwinds und sind die Erforschung von die Ultraviolettstrahlung der Sonne elek­ Der Nachfolger: Hayabusa 2 Kometen und von kosmischem Staub. Er ist trisch aufgeladen. Je nachdem, welcher Hayabusa war trotz zahlreicher tech­ an der Entwicklung von zwei Staubmess­ dieser beiden Mechanismen überwiegt, nischer Probleme sehr erfolgreich. Die instrumenten der Rosetta-Mission beteiligt. sind die Teilchen positiv oder negativ ge­ japanische Weltraumbehörde JAXA plant laden. Da sich Partikel, welche die gleiche deshalb einen wesentlich anspruchs­ elektrische Ladung besitzen, gegenseitig volleren Nachfolger zum bisher namen­ abstoßen, können sie von der Oberfläche losen erdnahen Asteroiden (162173) 1999 abheben und bilden dicht darüber eine JU3. Bei dem bisher noch als Hayabusa 2 dünne Staubwolke. Jener Effekt funktio­ bezeichneten Projekt mit intensiver in­ niert allerdings nur auf Himmelskörpern, ternationaler Beteiligung steht von An­ die keine schützende Atmosphäre besit­ fang an die wissenschaftliche Untersu­ zen. Das Schwerefeld von Itokawa ist so chung des Zielobjekts im Vordergrund. gering, dass die schwebenden Teilchen Es ist im Gegensatz zu Itokawa nahezu sogar direkt in den Weltraum entweichen kugelförmig und mit einem Durchmes­ 48 Januar 2013 Literaturhinweise Müller, T.: Ein Kleinplanet unter der Lupe. In: Sterne und Weltraum 12/2006, S. 26 – 34 div. Autoren: Schwerpunktheft mit sechs Beiträgen zu den Untersuchungen der Staubpartikel von Itokawa: Science 333, 1113 – 1131, 2011. Sterne und Weltraum DIE WOCHE Deutschlands erstes digitales, wöchentliches Wissenschaftsmagazin DIE WOCHE DIE WOCHE DIE WOCHE Exklusive Inhalte aus Exklusive Inhalte aus 42 42 42 Jetzt jeden > Künstliche Qualle ahmt Herzschlag nach Donnerstag > Gewitter durchlöchern Ozonschicht > Gewitter durchlöchern Ozonschicht > Künstliche Qualle ahmt NR NR Exklusive Inhalte aus > Gewitter durchlöchern Ozonschicht Herzschlag nach> Schwarzes Loch zerreißt Stern > Schwarzes19.10. Loch zerreißt SternMateriescheibe aus und bildet NR - mit mehr als 40 Seiten Hintergründen, News, TopTHEMA: TEILCHENpHYSIK Kommentaren und TopTHEMA: TEILCHENpHYSIK Das Gespenst von Genf Das Gespenst von Genf wird Gespenst greifbar Das von Genf Bildern aus der Forschung wird greifbar - im Abo nur 0,77 € wird greifbar Am Mittwoch hat das CERN die Entdeckung eines neuen Teilchens pro Ausgabe bekannt gegeben. Auf das Higgs-Boson wollen sich die Forscher aber Am Mittwoch hat das CERN die Entdeckung eines neuen Teilchens Wird die Evolution noch endgültigwollen festlegen. bekannt gegeben. Auf dasnicht Higgs-Boson sich die Forscher aber - jederzeit kündbar umgeschrieben? > Künstliche Qualle ahmt Herzschlag nach > Schwarzes Loch zerreißt Stern 19.10. 2012 19.10. 2012 und bildet Materiescheibe aus und bildet Materiescheibe aus 2012 TopTHEMA: TEILCHENpHYSIK Am Mittwoch hat das CERN die Entdeckung eines neuen Teilchens bekannt gegeben. 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