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29-04-2010

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Asteroid mit Eiskruste

Auf dem 200 Kilometer großen Themis, im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, wurde eine dünne Schicht aus Wassereis und organischen Stoffen entdeckt.

Der knapp 200 Kilometer große Asteroid Themis ist in eine dünne Schicht aus gefrorenem Wasser eingehüllt. Das zeigen Messungen von gleich zwei Forscherteams mit der Infrared Telescope Facility der Nasa auf Hawaii. Die für die Astronomen überraschende Entdeckung von Eis auf der Oberfläche eines großen Körpers im Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter wirft auch ein neues Licht auf die Herkunft des Wassers auf der Erde.

Abb.: Künstlerische Darstellung des eisbedeckten Asteroiden Themis und von zwei weiteren kleinen Körpern der Themis-Familie. (Bild: Gabriel Pérez, Servicio MultiMedia, Instituto de Astrofisica de Canarias)

Die mit dem Infrarot-Teleskop gewonnen Spektren zeigen ein ausgeprägtes Absorptionsband bei einer Wellenlänge von 3,1 Mikrometern. Ein umfangreicher Vergleich mit katalogisierten Spektren von Mineralien auf der Erde und in Meteoriten führte sowohl Andrew Rivkin und Joshua Emery von der Johns Hopkins University als auch das Team um Humberto Campins von der University of Central Florida zu der Überzeugung, dass das Sonnenlicht an der Oberfläche von Themis durch eine dünne, mit organischen Stoffen angereicherte Eisschicht absorbiert wird, die das körnige Material an der Oberfläche des Asteroiden umhüllt. Campins und seinen Kollegen gelang es außerdem, durch an die Rotationsdauer des Asteroiden von 8,37 Stunden angepasste Messungen zu zeigen, dass es sich nicht um ein lokales Eisvorkommen handelt, sondern dass das gefrorene Wasser über die gesamte Oberfläche des Himmelskörpers verteilt ist.

Dass es im Inneren von Asteroiden Wasser geben könnte, vermuten die Astronomen schon länger. So lieferten sowohl spektroskopische Untersuchungen als auch Analysen von Meteoriten Hinwiese auf hydratisierte Mineralien und damit auf den Einfluss von Wasser in der Entstehungsphase der Himmelskörper. In den vergangenen Jahren wurden zudem mehrere Objekte im Asteroidengürtel entdeckt, die eine kometenartige Aktivität aufweisen - wiederum ein Hinweis auf die Sublimation von Eis. Ein Teil dieser Körper bewegt sich auf ähnlichen Bahnen wie Themis, scheint also vom gleichen Ursprungskörper zu stammen.

Ausgedehnte Eisvorkommen auf der Oberfläche von Themis sind gleichwohl eine Überraschung für die Wissenschaftler. Denn im Asteroidengürtel liegt die Oberflächentemperatur zwischen 150 und 200 Kelvin. Bei diesen Temperaturen sublimiert Eis an der Oberfläche innerhalb weniger Jahre. Das von den Forschern entdeckte Eis muss also relativ jungen Ursprungs sein. Die Forscher sehen es jedoch als unwahrscheinlich an, dass es sich um ein temporäres Phänomen beispielsweise durch einen kürzlich erfolgten Kometeneinschlag handelt. Vielmehr müsse das Eis stetig aus dem Inneren des Kometen nachgeliefert werden.

Modellrechnungen zeigen, dass sich schon wenige Meter unter der Oberfläche Eis über mehrere Milliarden Jahre halten könnte. Von dort langsam - zum Beispiel auch durch den Einschlag von Mikrometeoriten unterstützt - sublimierendes Eis würde an die Oberfläche dringen und dort teilweise wieder kondensieren und so die beobachtete dünne Eisschicht bilden.

Weitere Beobachtungen müssen nun zeigen ob Themis und die anderen Mitglieder seiner Asteroiden-Familie eine Ausnahme sind, oder ob vielleicht die Mehrheit der Asteroiden wasserhaltiger ist, als bislang vermutet. Das wäre ein wichtiges Indiz für die These, dass das Wasser unserer Ozeane durch Asteroiden zur Erde gebracht wurde. Denn bei ihrer Entstehung befand sich die Erde innerhalb der so genannten "Schneegrenze", außerhalb der Wasser kondensieren konnte und so zu einem Bestandteil der sich formenden Himmelskörper werden konnte. Ein genauer Vergleich der Isotopenverteilung von Wasserstoff im Wasser der irdischen Ozeane und auf den Asteroiden könnte in Zukunft den endgültigen Beweis für diese Theorie liefern.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

Originalveröffentlichungen:
A. S. Rivkin und J. P. Emery: Detection of ice and organics in an asteroidal surface. Nature 464, 1322 (2010)
dx.doi.org/10.1038/nature09028
H. Campins et al.: Water ice and organics on the surface of the asteroid 24 Themis. Nature 464, 1320 (2010)
dx.doi.org/10.1038/nature09029
News & Views - Artikel:
H. H. Hsieh: A frosty finding. Nature 464, 1286 (2010)
dx.doi.org/10.1038/4641286a
Infrared Telescope Facility:
irtfweb.ifa.hawaii.edu/
Johns Hopkins University:
www.jhu.edu/
University of Central Florida:
www.ucf.edu/

Weitere Literatur:

H. H. Hsieh und D. Jewitt: A population of comets in the main asteroid belt. Science 312, 561 (2006)
M. J. Mottl et al.: Water and astrobiology. Chemie der Erde / Geochemistry 67, 253 (2008)