Saturn, Jupiter und merkwürdige Asteroiden

  • 29. December 2017

Jahresrückblick Sonnen­system­forschung 2017.

Die Planetenforschung fokussierte sich im vergangenen Jahr auf wieder stärker als zuvor auf Gasriesen. Aber Asteroiden und der Erdmond interes­sierten die Forscher zunehmend.

123.000 Kilometer pro Stunde schnell war Cassini, als die 2,5 Tonnen schwere Raumsonde am 15. September 2017 in die Wolkenbänder des Saturns eintrat. Cassini brach auseinander und eine Ära der Planeten­forschung endete. Seit den 1980er Jahren geplant und 1997 gestartet, hatte die Sonde in den letzten 13 Jahren unermüdlich Daten gesammelt, bis zuletzt. Daher ist Cassinis Absturz wohl eines der wichtigsten Ereig­nisse des vergangenen Jahres im Planeten­system: Die Sonde sammelte Daten der aus der Ferne nur schwer zu untersuchenden dichten Bereiche der Saturn­ringe, um deren Alter zu bestimmen. Dazu widmete sie sich während des lethalen Tauch­manövers dem inneren Aufbau des Gasriesen.

Enceladus

Abb.: Oberfläche, Ozean und Kern des Saturn­mondes Ence­ladus. Eine Computer­simu­lation zeigt, wie der Eis­mond Wasser in einem porösen Gesteins­kern auf­heizt. (Bild: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / G. Choblet et al. / ESA)

Längst sind noch nicht alle Daten von Cassini ausgewertet, doch gab es im Jahr 2017 einige Erkennt­nisse aus dem Saturn­system, etwa von dem ungewöhn­lichen Mond Enceladus. Sein Durch­messer liegt bei nur 250 Kilometern; der Trabant müsste entsprechend komplett gefroren sein. Tatsächlich ist es in seinem Innern aber 200 Grad Celsius wärmer als gedacht: Radioaktiver Zerfall oder Gezeitenwärme des Saturn können die enorme Hitze nicht erklären, die Enceladus einen globalen und bis zu 37 Kilometer tiefen unter­irdischen Ozean beschert. Französische Geo­physiker stellten nun Berechnungen vor, wie das Innere des Eismondes so heiß werden kann: So besitzt Enceladus vermutlich einen sehr porösen Kern, der ungewöhnlich stark auf die Gezeiten­kräfte reagiert und deren Wirkung verstärkt. Gleich­zeitig kann das Wasser tief in den kleinen Gesteins­kern eindringen und die Hitze nahe an die Eis­oberfläche transpor­tieren, wo der Ozean liegt.

Dazu kamen weitere Funde vom Saturn: Die Atmosphäre seines größten Mond Titan leuchtet wohl auf seiner Nachtseite stärker als am Tage, was mit der übermäßig ausge­dehnten Atmo­sphäre zusammenhängt. Eine andere Forschergruppe verglich die Landschaften des Titan mit jenen von Erde und Mars und fand deutliche Paral­lelen: So wird auch die Ober­fläche des Saturn­monds wie erwartet von Flüssen gestaltet, die aber aus Kohlen­wasser­stoffen bestehen .

Neues Schlaglicht auf Jupiter

Seit dem Sommer 2016 umkreist die NASA-Sonde Juno den Jupiter, deren wissen­schaft­liche Arbeit 2017 Fahrt aufnahm. Juno lieferte während seiner bislang zehn Umkrei­sungen des Planeten ungewöhn­liche Aufnahmen der Wolken­bänder, darunter auch ein Überflug des großen roten Flecks. Dieser gewaltige Wirbelsturm existiert mindestens seit seiner Entdeckung im Jahr 1664. Junos eigent­liche Spezia­lität sind jedoch elektrische und magnetische Phänomene in der Atmosphäre. So deuteten Messungen der Sonde darauf hin, dass sich die äußerst hellen Polar­lichter Jupiters anders bilden als über der Erde. Demnach sind die herr­schenden elek­trischen Feld­stärken vergleichsweise groß, sodass Elektronen viel stärker beschleunigen, wodurch sich diese turbulent bewegen und mit großer spektraler Band­breite zum Leuchten angeregt werden.

Oumuamua

Abb.: Künstlerische Darstellung des inter­stel­laren Objekts Oumuamua. (Bild: M. Kornmesser, ESO)

Asteroiden, Kometen und Störungen

Kleine Körper in unserem Sonnen­system liegen weiter im Trend: Da ist der Fund einer alten Asteroiden­familie, deren Mitglider allesamt besonders dunkel und erstaun­lich groß sind. Das deute laut den Forschern darauf hin, dass die Bausteine des Planetensystems ähnlich groß gewesen sein müssen, nämlich einige hundert Kilometer im Durchmesser. Im Oktober entdeckte dann das Teleskop Pan-STARRS auf Hawaii den ersten Aste­roiden überhaupt, der von außerhalb in unser Planeten­system eingeflogen ist. Der ungewöhn­lich lang­gestreckte Brocken, der den Namen Oumuamua erhielt, besitzt offenbar eine isolie­rende Schicht aus orga­nischem Material, das darunter verborgenes Eis vor dem Verdampfen schützen dürfte.

Wie sich das junge Planetensystem aus einer Scheibe um die junge Sonne kreisender Planetesimale weiter­entwickelte, war bisher umstritten. So vermuteten Forscher, der Asteroiden­gürtel zwischen Mars und Jupiter könnte der Überrest jener turbu­lenten Frühzeit sein, als Planete­simale immer wieder gewaltsam zusammen­stießen und schließlich zu Planeten verklumpten. Das stimmt aber offenbar nicht ganz: Der heutige Asteroiden­gürtel könnte einem neuen Rechenmodell zufolge zunächst eine Lücke in der proto­planetaren Scheibe gewesen sein, die die junge Sonne umkreiste. Erst mit der Zeit wanderten immer mehr Bruchstücke von den sich bildenden Planeten in diese Zone ein.

Die weitere Entwicklung des Sonnen­systems ist bereits grob geklärt: nach dem großen Bombarde­ment mit häufigen Meteoriten­einschlägen konnten die Planeten weitgehend ungestört ihre Bahnen ziehen. Allerdings vermuten einige Forscher, dass regelmäßig Sterne den äußeren Zonen des Sonnensystems so nahe­kommen, wobei sie die hier kreisenden Asteroiden der Oortschen Wolke nach innen lenken. Das etwa könne die großen Aussterbe­ereignisse der Erd­geschichte ansatzweise erklären. Aber weit gefehlt: Forscher fanden bei einer neuen Analyse der bekannten Krater keine regelmäßige Zunahme der Meteoriteneinschläge. Aller­dings deuten Daten der stellaren Vermes­sungs­sonde Gaia der Europä­ischen Raumfahrt­agentur darauf hin, dass pro Million Jahre immerhin sechs­hundert Sterne unserer Sonne aus­reichend nahe­kommen. Bislang lassen sich die Messungen von Gaia aber erst auf einen sehr kurzen Teil der jüngsten Erdge­schichte anwenden – große Aussterbe­ereignisse fallen noch nicht in den unter­suchten Zeit­raum.

Abb.: Bild des Kometen C/2012 S1 (ISON), aufgenommen mit dem TRAPPIST-Süd-Teleskop am La Silla-Observatorium der ESO im Jahre 2013. Dieser Komet stammt wahrscheinlich aus der Oortschen Wolke, befindet sich aber definitiv nicht auf Kollisionskurs mit der Erde. (Bild: TRAPPIST / E. Jehin / ESO)

Abb.: Bild des Kometen C/2012 S1 (ISON), aufgenommen mit dem TRAPPIST-Süd-Teleskop am La-Silla-Observatorium der ESO im Jahre 2013. Dieser Komet stammt wahr­scheinlich aus der Oortschen Wolke, befindet sich aber definitiv nicht auf Kollisions­kurs mit der Erde. (Bild: TRAPPIST / E. Jehin / ESO)

Zumindest die Natur eines Meteoriten­einschlags konnte nun aufgeklärt werden: Das Stein­heimer Becken im Osten Baden-Württembergs gehört neben dem nahe gelegenen Nördlinger Ries zu den weltweit am besten erhaltenen Kratern, deren Ursprung rätselhaft schien. Die Nähe und ein ähnliches Alter ließen Forscher bisher schließen, beide Ereig­nisse könnten zeitgleich durch einen Asteroiden mit einem kleinen Mond vor 15 Millionen Jahren entstanden sein. Dem ist aber offenbar nicht so: Ein gerade zwei Zenti­meter großes Bruchstück aus dem Stein­heimer Becken deutet auf einen seltenen Eisen­meteoriten hin, während das Nörd­linger Ries aus einem Stein­meteoriten entstand. Beide Ereignisse fanden also nur zufällig in räumlicher und zeitlicher Nähe zueinander statt.

Nickel im Erdkern und Wasser im Mondgestein

Für den Blick ins Erdinnere haben Forscher eine neue Methode entwickelt: So nimmt eine neue Form der Erdbeben­früh­erkennung langsam Form an, die statt klassi­scher Seismo­meter sogenannte Gravi­meter verwendet. Diese vermessenen Verän­derungen im Erd­schwerefeld, wodurch deutlich schnellere Bebenvorwarnungen möglich werden. Denn während sich Erdbebenwellen mit Schallgeschwindigkeit durchs Gestein bewegen, ändert sich das Schwerefeld mit Licht­geschwin­digkeit, wodurch beispiels­weise vor besonders schwere Erdbeben vor Japan einige Sekunden früher gewarnt werden könnte. Dazu ließe sich auch die Beben­stärke in kurzer Zeit sehr genau bestimmen.

Das Erdmagnetfeld hat derweil noch nicht all seine Geheimnisse preis­gegeben – aber es gibt Neuig­keiten: Denn bislang war es unklar, wie genau sich im äußeren und flüssigen Erdkern ein Magnet­feld aufbauen kann, das die gesamte Erde umgibt und auch das irdische Leben vor dem Sonnen­wind und kosmischer Strahlung abschirmt. Offenbar besitzt das im Erdkern neben Eisen zweit­wich­tigste Metall Nickel eine Anomalie bei hohen Temperaturen – und diese kann erklären, wieso der Geodynamo überhaupt funktionieren kann.

Eisen und Nickel

Abb.: Die unterschiedliche räumliche Anord­nung der Atome im Eisen- und im Nickel­gitter ist für das unter­­schied­liche physi­ka­­lische Verhalten unter extremen Bedin­gungen ver­ant­­wort­lich. Das bunte Bild zeigt die elek­tro­nische Disper­­sion von Nickel in der Region, die für dieses Ver­halten ver­ant­wort­lich ist. (Bild: M. Karolak, U. Würzburg)

Der Mond besitzt heute kein globales Magnetfeld mehr, in seiner Jugend­zeit aber schon, als es in seinem Innern noch heißer war. Neue Messungen an Mond­gestein zeigen nun, dass dieses Magnetfeld einige hundert Jahr­mil­lionen länger bestand als bisher geglaubt, vermutlich bis vor 3,2 Mil­liarden Jahren.

Bei der Entstehung des Mondes gibt es noch immer Unklarheiten: Zwar sind sich die meisten Forscher einig, dass ein etwa marsgroßer Körper mit der jungen Erde zusammenstieß. Die Zusammensetzung des Mondes lasse sich einem neuen Modell aber besser erklären, demzufolge es stattdessen mehrere kleinere Einschläge gegeben hat.

Zur Zeit der US-amerika­nischen Mond­landungen galt der Mond selbst noch als staubtrocken. In den zur Erde gebrachten Gesteins­proben wurde nur marginal Wasser nachge­wiesen. Dank moderner Analysetechnik fanden Forscher nun aber deutlich mehr Wasser in den Proben. Woher dieses Wasser stammt, ist aller­dings nicht völlig klar. Denn die durch den Sonnen­wind ständig ankom­menden Protonen, die mit dem Sauerstoff im Mond­gestein reagieren, können nur einen Teil des Wassers erklären.

Abb.: Wasser auf dem Mond: Die eingefärbten Gebiete besitzen einen besonders hohen Wasseranteil. Gelb und rot zeigen die höchsten Konzentrationen. (Bild: Milliken Lab, Brown U.)

Abb.: Wasser auf dem Mond: Die eingefärbten Gebiete besitzen einen besonders hohen Wasser­anteil. Gelb und rot zeigen die höchsten Konzentra­tionen. (Bild: Milliken Lab, Brown U.)

In den nächsten Jahren dürfte der Mond wieder stärker in den Fokus der Forschung wandern: Schon Ende 2017 hätte unser Trabant mehrere neue Besucher erwarten sollen. Aber die Teil­nehmer des Google Lunar XPrize, der ein Preis­geld für kommerziell entwickelte Mond­rover verspricht, schafften es nicht rechtzeitig zu starten, weshalb die Frist des schon vor zehn Jahren ausgeschrie­benen Preises noch einmal bis März 2018 verlängert wurde. Auch die neue chinesische Mond­mission Chang’e 5 konnte nicht starten, deren Träger­rakete Langer Marsch 5 wegen technischer Probleme derzeit am Boden bleiben muss. Daher wird Chang’e 5 wohl erst im Jahr 2019 zum ersten Mal seit mehr als vierzig Jahren Proben vom Mond zur Erde transportieren können. Ein weiterer chinesischer Mond­rover ist allerdings mit der Mission Chang’e 4 schon für Sommer 2018 geplant.

Karl Urban

OD

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