Kosmische Detektivarbeit: Warum wir uns für Weltraumfelsen interessieren

Die gesamte Geschichte der menschlichen Existenz ist ein kleiner Ausschnitt aus der 4,5 Milliarden Jahre alten Geschichte unseres Sonnensystems. Niemand war da, um zu sehen, wie sich Planeten formen und dramatische Veränderungen durchlaufen, bevor sie sich in ihrer jetzigen Konfiguration niederließen. Um zu verstehen, was vor uns kam – vor dem Leben auf der Erde und vor der Erde selbst – müssen Wissenschaftler nach Hinweisen auf diese mysteriöse ferne Vergangenheit suchen.

Diese Hinweise kommen in Form von Asteroiden, Kometen und anderen kleinen Objekten. Wie Detektive, die forensische Beweise durchsuchen, untersuchen Wissenschaftler diese kleinen Körper sorgfältig auf Erkenntnisse über unsere Herkunft. Sie erzählen von einer Zeit, in der unzählige Meteoriten und Asteroiden auf die Planeten niedergeprasselt, in der Sonne verbrannt, über die Umlaufbahn des Neptuns hinausgeschossen oder miteinander kollidiert und in kleinere Körper zerbrochen sind. Von fernen, eisigen Kometen bis hin zum Asteroiden, der die Herrschaft der Dinosaurier beendete, enthält jeder Raumgestein Hinweise auf epische Ereignisse, die das Sonnensystem, wie wir es heute kennen, geprägt haben – einschließlich des Lebens auf der Erde.

Die NASA-Missionen zur Erforschung dieser „Nicht-Planeten“ helfen uns zu verstehen, wie sich Planeten einschließlich der Erde gebildet haben, Gefahren durch eingehende Objekte zu lokalisieren und über die Zukunft der Erforschung nachzudenken. Sie haben eine Schlüsselrolle in der Geschichte unseres Sonnensystems gespielt und spiegeln wider, wie sich dieses heute weiter verändert.

„Sie haben vielleicht keine riesigen Vulkane, keine globalen Ozeane oder Staubstürme, aber kleine Welten könnten große Fragen beantworten, die wir über die Ursprünge unseres Sonnensystems haben“, sagte Lori Glaze, stellvertretende Direktorin der Planetary Science Division am Hauptsitz der NASA in Washington.

Die NASA hat eine lange Geschichte der Erforschung kleiner Körper, beginnend mit Galileos Vorbeiflug des Asteroiden Gaspra 1991. Der erste Raumschiff, der einen Asteroiden umkreiste, Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) Shoemaker, landete ebenfalls erfolgreich auf dem Asteroiden Eros im Jahr 2000 und führte Messungen durch, die ursprünglich nicht geplant waren. Die Mission Deep Impact fuhr 2005 eine Sonde in den Kometen-Tempel 1 und veranlasste die Wissenschaftler, darüber nachzudenken, wo sich Kometen gebildet haben. Die jüngsten Bemühungen haben auf diesen Erfolgen aufgebaut und werden uns weiterhin mehr über unser Sonnensystem vermitteln. Hier ist ein Überblick darüber, was wir lernen können:

Bausteine von Planeten

Unser Sonnensystem, wie wir es heute kennen, bestand aus Körnern von staubigen Partikeln aus Gestein, Metall und Eis, die sich in einer Scheibe um unsere Säuglingssonne wirbeln. Das meiste Material aus dieser Scheibe fiel in den neugeborenen Stern, aber einige Teile vermieden dieses Schicksal und klebten zusammen und wuchsen zu Asteroiden, Kometen und sogar Planeten heran. Viele Überreste aus diesem Prozess sind bis heute erhalten geblieben. Das Wachstum von Planeten aus kleineren Objekten ist ein Stück unserer Geschichte, das uns Asteroiden und Kometen bei der Erforschung helfen können.

„Asteroiden, Kometen und andere kleine Körper halten Material aus der Geburt des Sonnensystems. Wenn wir wissen wollen, woher wir kommen, müssen wir diese Objekte untersuchen“, sagte Glaze.

Zwei alte Fossilien, die Hinweise auf diese Geschichte geben, sind Vesta und Ceres, die größten Körper im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Die NASA-Raumsonde Dawn, die kürzlich ihre Mission beendete, umkreiste beide und zeigte definitiv, dass sie nicht Teil des regulären „Asteroidenclubs“ sind. Während viele Asteroiden lose Schuttsammlungen sind, sind die Innenräume von Vesta und Ceres geschichtet, mit dem dichtesten Material im Kern. Dies deutet darauf hin, dass beide Körper auf dem Weg zu Planeten waren, aber ihr Wachstum war gebremst – sie hatten nie genug Material, um so groß wie die Hauptplaneten zu werden.

Aber während Vesta weitgehend trocken ist, ist Ceres nass. Es kann bis zu 25 Prozent Wasser enthalten, das meist in Mineralien oder Eis gebunden ist, mit der Möglichkeit einer unterirdischen Flüssigkeit. Das Vorhandensein von Ammoniak in Ceres ist ebenfalls interessant, da es typischerweise kühlere Temperaturen erfordert als der aktuelle Standort von Ceres. Dies deutet darauf hin, dass sich der Zwergplanet über den Jupiter hinaus gebildet und in Materialien migriert oder zumindest eingearbeitet haben könnte, die weiter von der Sonne entfernt entstanden sind. Das Geheimnis der Ursprünge von Ceres zeigt, wie komplex die planetarische Bildung sein kann, und es unterstreicht die komplizierte Geschichte unseres Sonnensystems.

Obwohl wir indirekt das tiefe Innere der Planeten nach Hinweisen auf ihre Herkunft untersuchen können, wie es die NASA-Mission InSight auf dem Mars tun wird, ist es unmöglich, den Kern eines größeren Objekts im Weltraum, einschließlich der Erde, zu untersuchen. Dennoch kann ein seltenes Objekt namens Psyche die Möglichkeit bieten, den Kern eines planetartigen Körpers zu erforschen, ohne zu graben. Die Asteroidenpsyche scheint der freiliegende Eisen-Nickel-Kern eines Protoplaneten zu sein – eine kleine Welt, die sich früh in der Geschichte unseres Sonnensystems gebildet hat, aber nie die Planetengröße erreicht hat. Wie Vesta und Ceres sah auch die Psyche ihren Weg zur Planetenwelt gestört. Die Psyche Mission der NASA, die 2022 gestartet wurde, wird dazu beitragen, die Geschichte der Planetenbildung zu erzählen, indem sie dieses Metallobjekt im Detail untersucht.

Weiter entfernt befindet sich die Raumsonde New Horizons der NASA derzeit auf dem Weg zu einem entfernten Objekt namens 2014 MU69, das von der Mission als „Ultima Thule“ bezeichnet wird. Eine Milliarde Meilen weiter von der Sonne entfernt als Pluto, lebt MU69 im Kuiper-Gürtel, einer Region mit eisreichen Objekten jenseits der Umlaufbahn des Neptuns. Objekte wie MU69 können das primitivste oder unveränderte Material darstellen, das im Sonnensystem verbleibt. Während die Planeten in Ellipsen um die Sonne kreisen, haben MU69 und viele andere Objekte des Kuiper-Gürtels sehr kreisförmige Bahnen, was darauf hindeutet, dass sie sich seit 4,5 Milliarden Jahren nicht von ihren ursprünglichen Bahnen entfernt haben. Diese Objekte können die Bausteine von Pluto und anderen fernen eisigen Welten wie diesem darstellen. New Horizons wird seinen Close-tapproach auf MU69 am 1. Januar 2019 machen – dem weitesten planetarischen Vorbeiflug der Geschichte.

„Ultima Thule ist unglaublich wertvoll für das Verständnis des Ursprungs unseres Sonnensystems und seiner Planeten“, sagte Alan Stern, Hauptforscher von New Horizons mit Sitz am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Es ist uralt und unberührt, und nicht wie alles, was wir je gesehen haben.“

Lieferung der Elemente des Lebens

Kleine Welten sind wahrscheinlich auch dafür verantwortlich, dass die Erde mit den Zutaten für das Leben gesät wird. Die Untersuchung, wie viel Wasser sie haben, ist ein Beweis dafür, wie sie geholfen haben, das Leben auf der Erde zu säen.

„Kleine Körper sind die entscheidenden Faktoren. Sie nehmen an der langsamen und stetigen Entwicklung unseres Sonnensystems im Laufe der Zeit teil und beeinflussen die planetarischen Atmosphären und Lebenschancen. Die Erde ist Teil dieser Geschichte“, sagte der Chefwissenschaftler der NASA, Jim Green.

Ein Beispiel für einen Asteroiden, der die Bausteine des Lebens enthält, ist Bennu, das Ziel der NASA-Mission OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer). Bennu kann mit Molekülen aus Kohlenstoff und Wasser beladen sein, die beide für das Leben, wie wir es kennen, notwendig sind. Als sich die Erde bildete und danach, regnete es Objekte wie Bennu nieder und lieferte diese Materialien an unseren Planeten. Diese Objekte hatten selbst keine Ozeane, sondern Wassermoleküle, die in Mineralien gebunden waren. Es wird angenommen, dass bis zu 80 Prozent des Wassers der Erde von kleinen Körpern wie Bennu stammen. Indem wir Bennu studieren, können wir die Art der Objekte besser verstehen, die es einer kargen jungen Erde ermöglichten, mit dem Leben zu blühen.

Bennu stammt wahrscheinlich aus dem Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, und es wird angenommen, dass es eine katastrophale Kollision überlebt hat, die vor 800 Millionen bis 2 Milliarden Jahren stattfand. Wissenschaftler denken, dass ein großer, kohlenstoffreicher Asteroid in Tausende von Teilen zerbrochen ist, und Bennu ist einer der Überreste. Bennu gilt nicht als ein festes Objekt, sondern als ein „Schutthaufen“-Asteroid – eine lose Ansammlung von Gesteinen, die durch Schwerkraft zusammengehalten werden, und eine andere Kraft, die Wissenschaftler „Kohäsion“ nennen. OSIRIS-REx, das Anfang Dezember 2018 nach einer Reise von 1,2 Milliarden Meilen (2 Milliarden Kilometer) in Bennu ankommen wird und 2023 eine Probe dieses faszinierenden Objekts in einer Probenrückgabekapsel zur Erde zurückbringen wird.

Die japanische Hayabusa-2-Mission untersucht auch einen Asteroiden aus der gleichen Familie von Körpern, von denen angenommen wird, dass sie der Erde Inhaltsstoffe für das Leben geliefert haben. Derzeit im Orbit des Asteroiden Ryugu, mit kleinen hüpfenden Rovern an der Oberfläche, wird die Mission Proben sammeln und in einer Kapsel zur Analyse bis Ende 2020 zur Erde zurückbringen. Wir werden viel lernen, wenn wir Bennu und Ryugu vergleichen und die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen ihren Proben verstehen.

Tracer der Evolution des Sonnensystems

Der größte Teil des Materials, das unser Sonnensystem geformt hat, einschließlich der Erde, lebte nicht mehr, um die Geschichte zu erzählen. Sie fiel in die Sonne oder wurde über die Reichweite unserer mächtigsten Teleskope hinaus ausgestoßen; nur ein kleiner Bruchteil bildete die Planeten. Aber es gibt einige abtrünnige Überreste aus der Anfangszeit, als der Stoff der Planeten mit einem unsicheren Schicksal um die Sonne wirbelte.

Eine besonders katastrophale Zeit für das Sonnensystem lag zwischen 50 und 500 Millionen Jahren nach der Entstehung der Sonne. Jupiter und Saturn, die massivsten Riesen unseres Systems, organisierten die Objekte um sie herum neu, da ihre Schwerkraft mit kleineren Welten wie Asteroiden interagierte. Uranus und Neptun mögen näher an der Sonne entstanden sein und nach außen geworfen worden sein, als sich Jupiter und Saturn bewegten. Saturn hat den Jupiter vielleicht sogar daran gehindert, einige der irdischen Planeten, einschließlich der Erde, zu „fressen“, da seine Schwerkraft der weiteren Bewegung des Jupiters zur Sonne entgegenwirkte.

Schwärme von Asteroiden, die Trojaner genannt werden, könnten helfen, die Details dieser turbulenten Zeit zu klären. Die Trojaner bestehen aus zwei Gruppen von kleinen Körpern, die sich die Umlaufbahn des Jupiters um die Sonne teilen, wobei eine Gruppe vor dem Jupiter und eine hintereinander liegt. Aber einige Trojaner scheinen aus anderen Materialien hergestellt zu sein als andere, wie ihre unterschiedlichen Farben zeigen. Einige sind viel röter als andere und sind möglicherweise über die Umlaufbahn des Neptuns hinaus entstanden, während die graueren sich viel näher an der Sonne gebildet haben. Die führende Theorie ist, dass, als sich der Jupiter vor langer Zeit bewegte, diese Objekte in Lagrange-Punkte eingepfercht wurden – Orte, an denen die Schwerkraft des Jupiters und der Sonne Warteräume schaffen, in denen Asteroiden gefangen werden können. Die Vielfalt der Trojaner, so sagen Wissenschaftler, spiegelt Jupiters Reise an den heutigen Standort wider. „Sie sind die Überreste dessen, was bei der letzten Bewegung von Jupiter geschah“, sagte Hal Levison, Forscher am Southwest Research Institute.

Die Lucy-Mission der NASA, die im Oktober 2021 startet, wird zum ersten Mal ein Raumschiff zu den Trojanern schicken und sechs Trojaner (drei Asteroiden in jedem Schwarm) gründlich untersuchen. Für Levison, den Chefforscher der Mission, wird das Raumschiff Ideen testen, an denen er und seine Kollegen seit Jahrzehnten über Jupiters Umgestaltung des Sonnensystems arbeiten. „Was wirklich interessant wäre, ist das, was wir nicht erwarten“, sagte er.

Prozesse in einem sich entwickelnden Sonnensystem

Nach Sonnenuntergang können Sie unter den richtigen Bedingungen gestreutes Sonnenlicht in der Ekliptikebene bemerken, der Region des Himmels, in der die Planeten umkreisen. Denn das Sonnenlicht wird durch Staub gestreut, der bei den Kollisionen kleiner Körper wie Kometen und Asteroiden übrig bleibt. Wissenschaftler nennen dieses Phänomen „Tierkreislicht“, und es ist ein Hinweis darauf, dass unser Sonnensystem noch aktiv ist. Tierkreisstaub um andere Sterne herum deutet darauf hin, dass auch sie aktive Planetensysteme beherbergen können.

Staub von kleinen Körpern hat vor allem auf unserem Planeten eine wichtige Rolle gespielt. Etwa 100 Tonnen meteorologisches Material und Staubmaterial fallen täglich auf die Erde. Ein Teil davon stammt von Kometen, deren Aktivität direkte Auswirkungen auf die Evolution der Erde hat. Wenn sich Kometen der Sonne nähern und ihre Hitze erleben, blubbern Gase im Inneren des Kometen und tragen staubiges Material vom Kometen weg – einschließlich Inhaltsstoffe für das Leben. Die NASA-Sonde Stardust flog mit dem Kometen 81P/Wild und fand heraus, dass Kometenstaub Aminosäuren enthält, die Bausteine des Lebens sind.

Gelegentliche Gas- und Staubausbrüche, die bei Kometen beobachtet werden, deuten auf Aktivität auf oder in der Nähe ihrer Oberflächen hin, wie z.B. Erdrutsche. Die Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumorganisation, die 2016 die Erforschung des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko abschloss, lieferte beispiellose Erkenntnisse über die Kometenaktivität. Unter den Veränderungen im Kometen beobachtete die Raumsonde einen massiven Klippeneinsturz, einen großen Riss, der größer wurde und einen Felsbrocken. „Wir entdeckten, dass Felsbrocken von der Größe eines großen Lastwagens über die Oberfläche des Kometen in einer Entfernung von eineinhalb Fußballfeldern bewegt werden können“, sagte Ramy El-Maarry, Mitglied des U.S. Rosetta Science Teams der University of Colorado, Boulder, 2017.

Kometen beeinflussen auch heute noch die planetarische Bewegung. Während Jupiter weiterhin Kometen nach außen schleudert, bewegt er sich wegen des Gravitationstanzes mit den eisigen Körpern ganz leicht nach innen. Neptun hingegen wirft Kometen nach innen und erhält seinerseits einen winzigen Schub nach außen. Uranus und Saturn bewegen sich in diesem Prozess ebenfalls sehr langsam nach außen.

„Im Moment sprechen wir über winzige Mengen an Bewegungen, weil es nicht mehr viel Masse gibt“, sagte Levison.

Wissenswertes: Das Raumschiff, das die meisten Kometen gesehen hat, ist das Solar & Heliospheric Observatory (SOHO) der NASA, das vor allem für seine Sonnenforschung bekannt ist. SOHO hat gesehen, wie die Sonne Tausende von Kometen „frisst“, was bedeutet, dass diese kleinen Welten Material im inneren Teil des Sonnensystems auf ihrer Reise zum Abendessen der Sonne versprühten.

Gefahren für die Erde

Asteroiden können immer noch eine Gefahr für die Planeten darstellen, einschließlich unserer eigenen.

Während die Trojaner als Jupiter-Groupies festsitzen, ist Bennu, das Ziel der OSIRIS-REx-Mission, einer der potenziell gefährlichsten Asteroiden für die Erde, der derzeit bekannt ist, obwohl die Wahrscheinlichkeit, mit der Erde zu kollidieren, immer noch relativ gering ist; Wissenschaftler schätzen, dass Bennu eine von 2.700 Chancen hat, unseren Planeten während einer seiner erdnahen Annäherungen im späten 22. Jahrhundert zu beeinflussen. Im Moment können Wissenschaftler Bennus Weg ziemlich genau durch das Jahr 2135 vorhersagen, wenn der Asteroid einen seiner engen Pässe durch die Erde zieht. Genaue Beobachtungen von OSIRIS-REx werden Bennus Reise noch besser in den Griff bekommen und Wissenschaftlern helfen, unseren Planeten vor gefährlichen Asteroiden zu schützen, um besser zu verstehen, was es braucht, um einen auf einer Aufprallkurve abzulenken.

„Wir entwickeln eine Vielzahl von Technologien, um mit Präzision um diese Art von Körpern herum zu arbeiten und die Positionen auf ihren Oberflächen zu bestimmen sowie ihre allgemeinen physikalischen und chemischen Eigenschaften zu charakterisieren. Sie würden diese Informationen benötigen, wenn Sie eine Asteroiden-Ablenkmission entwerfen wollten“, sagte Dante Lauretta, leitender Prüfarzt der OSIRIS-REx-Mission mit Sitz an der University of Arizona in Tucson.

Eine weitere bevorstehende Mission, die eine Technik zur Verteidigung des Planeten vor natürlich auftretenden Aufprallgefahren testen wird, ist die Double Asteroid Redirection Test (DART) Mission der NASA, die versuchen wird, die Bewegung eines kleinen Asteroiden zu verändern. Wie? Kinetische Wirkung – mit anderen Worten, etwas kollidiert mit ihm, aber auf eine präzisere und kontrolliertere Weise als die Natur es tut.

Das Ziel von DART ist Didymos, ein binärer Asteroid, der aus zwei Objekten besteht, die sich gegenseitig umkreisen. Der größere Körper ist etwa eine halbe Meile (800 Meter) breit, mit einem kleinen Mondschein, der weniger als eine Zehntel Meile (150 Meter) breit ist. Ein Asteroid dieser Größe könnte zu weitreichenden regionalen Schäden führen, wenn er die Erde trifft. DART prallt absichtlich in das Mondland, um die Umlaufgeschwindigkeit des kleinen Objekts leicht zu ändern. Teleskope auf der Erde werden dann diese Geschwindigkeitsänderung messen, indem sie den neuen Zeitraum beobachten, in dem das Mondkaninchen benötigt, um eine Umlaufbahn um den Hauptkörper zu vollenden, die voraussichtlich eine Änderung von weniger als einem Bruchteil von einem Prozent darstellt. Aber selbst diese kleine Änderung könnte ausreichen, um einen vorhergesagten Impaktor in einem zukünftigen Wirkungsszenario von der Erde fernzuhalten. Der Satellit, der vom Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory gebaut wird, soll im Frühjahr/Sommer 2021 gestartet werden.

Didymos und Bennu sind nur zwei der fast 19.000 bekannten erdnahen Asteroiden. Es gibt über 8.300 bekannte erdnahe Asteroiden in der Größe des Mondlings von Didymos und größer, aber Wissenschaftler schätzen, dass etwa 25.000 Asteroiden in diesem Größenbereich im erdnahen Raum existieren. Das Weltraumteleskop, das Wissenschaftlern hilft, diese Art von Objekten, einschließlich potenzieller Gefahren, zu entdecken und zu verstehen, heißt NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

„Für die meisten Asteroiden wissen wir wenig über sie, außer über ihre Umlaufbahn und wie hell sie aussehen. Mit NEOWISE können wir die von den Objekten abgegebene Wärme nutzen, um ihre Größe besser einschätzen zu können“, sagt Amy Mainzer, leitende Prüferin von NEOWISE im Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Das ist wichtig, denn Asteroidenschläge können einen ziemlichen Schlag versetzen, und die Energiemenge hängt stark von der Größe des Objekts ab.“

Kleine Welten als Boxenstopps, Ressourcen für zukünftige Explorationen

Es gibt noch keine Tankstellen im Weltraum, aber Wissenschaftler und Ingenieure denken bereits darüber nach, wie Asteroiden eines Tages als Tankstellen für Raumfahrzeuge auf dem Weg zu weiter entfernten Zielen dienen könnten. Diese kleinen Welten könnten auch Astronauten helfen, ihre Vorräte wieder aufzufüllen. Zum Beispiel hat Bennu wahrscheinlich Wasser, das in Tonmineralien gebunden ist, das vielleicht eines Tages geerntet werden könnte, um durstige Raumfahrer zu befriedigen.

„Neben der Wissenschaft wird die Zukunft tatsächlich im Bergbau liegen“, sagte Green. „Die Materialien im Weltraum werden im Weltraum für weitere Forschungen verwendet.“

Wie sind Metalle auf Asteroiden gekommen? Während ihrer Entstehung sammelten Asteroiden und andere kleine Welten schwere Elemente, die vor Milliarden von Jahren geschmiedet wurden. Eisen und Nickel, die in Asteroiden gefunden wurden, wurden von früheren Generationen von Sternen produziert und in die Bildung unseres Sonnensystems einbezogen.

Diese kleinen Körper enthalten auch schwerere Metalle, die bei Sternexplosionen geschmiedet werden, so genannte Supernovae. Der gewaltsame Tod eines Sterns, der zur Entstehung eines schwarzen Lochs führen kann, verbreitet Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium, im ganzen Universum. Dazu gehören Metalle wie Gold, Silber und Platin sowie Sauerstoff, Kohlenstoff und andere Elemente, die wir zum Überleben benötigen. Eine weitere Art der Katastrophe – die Kollision von Supernova-Resten, die Neutronensterne genannt werden – kann ebenfalls Schwermetalle erzeugen und verbreiten. Auf diese Weise sind kleine Körper auch forensische Beweise für die Explosionen oder Kollisionen von längst toten Sternen.

Wegen der großen Dinge haben wir jetzt viele sehr kleine Dinge. Und aus kleinen Dingen erhalten wir große Hinweise auf unsere Vergangenheit – und möglicherweise auf Ressourcen für unsere Zukunft. Die Erforschung dieser Objekte ist wichtig, auch wenn es sich nicht um Planeten handelt.

Es sind schließlich kleine Welten.

Teilen Ist Liebe! ❤❤❤ 22 shares ❤❤❤

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

shares