Forschung

Unbekannte Asteroiden und Planetenbesuche

27.12.2018 - Jahresrückblick Sonnensystemforschung 2018.

Im vergangenen Jahr war eine immense Zahl von Raum­sonden quer durch das Sonnen­system aktiv, bei Planeten, Monden oder nah der Sonne. Gleich zwei Sonden unter­suchten bislang weit­gehend unbekannte erd­nahe Asteroiden erst­mals aus der Nähe. Der Mars rückte wieder stärker in den Fokus der Planeten­forscher, weil sich dort ein globaler Sturm zusammen­braute und zwei neue Sonden ihre Arbeit aufnahmen. Dazu gab es Erkenntnisse von den Gas­riesen Jupiter und Saturn und ihren Monden. Und selbst auf Erde und ihrem Mond fanden Forscher bislang unbekannte Krater und andere Hinweise auf eine lebendige Vergangen­heit beider Körper.

Zwei Sonden zu zwei Erdbahnkreuzern

Viel Aufmerksamkeit erhielten dieses Jahr Sonden, die eher unschein­bare Objekte in Augen­schein nahmen: Am 27. Juni erreichte die japanische Mission Hayabusa 2 den erdbahn­kreuzenden Asteroiden Ryugu. Obwohl dieser der Erde nicht näher als ein Fünftel der Mond­bahn kommen kann, liegt ein großes Augen­merk solcher Missionen darin, die Beschaffen­heit der Erdbahn­kreuzer aufzuklären, um diese im Not­fall fach­kundig abwehren zu können. Ruygu offenbarte sich der japanischen Sonde als dunkler und diamant­förmiger Asteroid, der dicht von verschieden großen Brocken übersät ist und der erstaun­lich wenige Krater besitzt. Insgesamt drei Bei­boote konnte Hayabusa 2 heil auf der Ober­fläche absetzen: die zwei dosen­förmigen Lander Hibou und OWL lieferten einige unscharfe Bilder und Temperatur­messungen, während der deutsch-französische Lander Mascot sein deutlich komplexeres Mess­programm während 17 Stunden auf der Oberfläche erfolgreich absolvierte.

Während die an Hayabusa 2 beteiligten Forscher noch ihre Daten auswerteten, erreichte am 3. Dezember eine ver­gleichbare NASA-Sonde einen zweiten erdbahn­kreuzenden Asteroiden namens Bennu, der Ryugu erstaunlich ähnlich sieht: Die Instrumente von Osiris-REx ermittelten direkt nach der Ankunft Hinweise auf Wasser­eis in Bennus Gestein, obwohl er zu einer dunklen und kohlen­stoff­reichen Klasse von Asteroiden gehört, die eigentlich als wasser­arm gilt.

Ähnlich kohlenstoffreich und dunkel wie Bennu ist der jetzt mit dem Hubble-Teleskop näher unter­suchte Asteroid 2004 EW95, den Astronomen allerdings anders als alle anderen bekannten Körper dieses Typs nicht inner­halb des Planeten­systems fanden, sondern im Kuiper­gürtel jenseits der Neptun­bahn. Vermutlich hatte er sich deutlich näher an der Sonne gebildet und wurde im Laufe der letzten 4,5 Milliarden Jahre weiter nach außen geschleudert. Derweil beschäftigt der erste extra­solare Asteroid namens Oumuamua noch immer die Forscher, der im Oktober 2017 von weit außer­halb des Planeten­systems an der Sonne auf einer offenen Hyperbel­bahn vorbei­geflogen war. Astronomen konnten jetzt mithilfe des Sternen­katalogs der Raumsonde Gaia wenige möglichen Heimat­sterne ermitteln.

Jupiter und Saturn im Fokus

Obwohl die Raumsonde Cassini nach zehn­jähriger Mission schon im September 2017 in die Wolken­schichten des Saturn gelenkt worden war, liefern ihre reich­haltigen Daten noch immer viele Erkenntnisse über den Ring­planeten. Dazu gehört die Entdeckung eines zuvor unbekannten Strahlungs­gürtels, der sich innerhalb der Ringe befindet. Wie genau die Gas­riesen einmal entstanden ist, ist bis heute schwer zu erklären. Für den masse­reichsten Planeten Jupiter haben Forscher nun aber ein Modell vorgestellt, das dessen Anwachsen über einige Jahr­millionen gut erklärt: Jupiter wuchs demnach in mehreren Etappen zu seiner heutigen Größe heran.

Die eisreichen Monde Jupiters und Saturns gelten als möglicher­weise lebens­freundliche Orte, denn unter mehreren kilo­meter­dicken Panzern befinden sich flüssige Ozeane. Diese zu unter­suchen, galt lange als schwierig, bis Cassini 2005 am kleinen Saturn­mond Enceladus gewaltige Fontänen nach­wies, die tausende Kilo­meter ins All schießen. Als Cassini mehr­mals durch diese Fontänen hindurch­flog, identifizierten Spektrometer an Bord neuen Aus­wertungen zufolge Salze und die Elemente Kohlen­stoff, Sauer­stoff, Wasser­stoff und Stick­stoff. Bei weiteren Analysen fanden Heidel­berger Forscher nun auch verschiedene organische Moleküle. Diese beweisen zwar keinesfalls die Existenz von Leben, sind aber eine wichtige Zutat für dessen mögliche Entstehung. Auch am Jupiter­mond Europa fanden Forscher nun deutliche Beweise für ins All schießende Fontänen, die aber wegen der größeren Masse von Europa nur mehrere hundert Kilometer hoch schießen. Dennoch ergeben sich dadurch nun auch auf Europa realistischere Missions­konzepte, um die hervor­quellenden Inhalts­stoffe des Ozeans zu untersuchen.

Neue Marssonden

Insgesamt fünf Raumsonden kreisten Anfang des Jahres um den Mars; zwei Rover der NASA operierten auf seiner Ober­fläche. Eine davon – der bereits 14 Jahre lang aktive Opportunity – wurde Mitte des Jahres sprich­wörtlich kalt erwischt: Ein auf­ziehender Staub­sturm verdunkelte fast die gesamte Ober­fläche derart stark, dass die Solar­zellen des Rovers binnen weniger Tage nicht mehr genügend Energie lieferten, was den Rover komplett lahmlegte und seine Sende­antenne verstummen ließen. Obwohl der Sturm drei Monate später zu Ende ging, warten die NASA-Techniker bisher auf Signale von Opportunity.

Der erst 2012 auf dem Mars gelandete Curiosity verfügt über eine Radio­isotop­batterie und war deshalb nicht vom Staub­sturm betroffen. Daten von Curiosity bekräftigten im August unser Verständnis der planetaren Entwicklung des Mars, wonach es vor über 3,6 Milliarden Jahren ausgedehnte Warm­zeiten gegeben haben muss. Dazu fand der Rover eine derzeit immer wieder ansteigende Methan­konzentration in der Mars­atmosphäre – vermutlich wird das Methan immer wieder aus im Gestein gespeicherten Methan­hydraten freigesetzt. Dazu fand Curiosity zahlreiche thiophenische, aromatische und aliphatische Kohlen­stoff-Verbindungen in Gesteins­schichten, die Ein­zellern als Nahrung gedient haben könnten, sollte der Mars denn zur Entstehungs­zeit dieses Gesteins bewohnt gewesen sein.

Selbst in der Gegenwart scheint der Mars eine lebens­freundliche Nische zu besitzen: Europäische Forscher entdeckten mit einem Radar­instrument an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express rund 1500 Meter tief unter der südlichen Pol­kappe des Planeten ein auffällig glatte Ober­fläche. Diese inter­pretieren sie als sub­glazialen See aus flüssigem Wasser, der aber vermutlich größere Mengen eines Salzes enthalten dürfte, um trotz der großen Kälte noch flüssig sein zu können. Dazu ist der See bislang nicht von einem zweiten Radar­instrument der NASA nach­gewiesen worden und könnte womöglich ein Mess­artefakt sein.

Während die Mission der schon altersschwachen Raum­sonde Mars Express noch einmal verlängert wurde, nahmen auch zwei neue Sonden ihre Arbeit auf: Im Februar beendete der europäisch-russische Sonde ExoMars Trace Gas Orbiter sein einjähriges Brems­manöver in den oberen Atmosphären­schichten und beginnt nun nach Spuren­gasen und deren Ursprüngen in der Gas­hülle des roten Planten zu fahnden. Am 26. November landete dann die NASA-Sonde InSight in der Ebene Elysium Planitia. In den nächsten zwei Jahren soll sie erst­mals Beben auf dem Mars nach­weisen und zusätzlich den Wärme­fluss der Mars­kruste messen.

Schwere Beben auf der Erde, Leben auf dem Mond?

Bislang gibt es nur zwei Körper des Sonnen­systems, auf denen Geo­physiker erfolgreich seismische Mess­geräte installieren konnten: Neben der Erde ist das der Mond. Doch selbst bei uns ist der Datensatz begrenzt: Gut hundert Jahre zurück reicht der Daten­satz ständiger Beben­aufzeichnungen. Schon lange spekulieren Forscher darüber, ob besonders schwere Erd­beben global in regel­mäßigen zeitlichen Abständen auftreten, konnten aber wegen des begrenzten Daten­satzes einen derartigen Nach­weis nicht führen. Ein Forscherteam hat nun eine Statistik starker Beben auf Basis von Hang­rutschungen in Seen Chiles erstellt, die immer nach sehr schweren Beben statt­gefunden haben sollen. Aus ihrem Daten­satz ermittelten die Forscher starke Erd­beben der letzten 5000 Jahre und fanden darin tatsächlich ein Muster: Sie berechneten die Wahrscheinlichkeit für Beben der Magnituden acht und neun für die Zukunft, die auch schwere Tsunamis im Pazifik auslösen können.

Weit weniger gut berechenbar ist dagegen das Verhalten des tieferen Erd­inneren, ganz besonders beim Erd­kern: Der ist durch die Bewegung von flüssigen metallischen Schichten zwar verantwortlich für das Erd­magnet­feld, dessen Entstehung aber im Detail bis heute kaum gut zu modellieren ist. Forscher wollen jetzt aber mit einem neuen Experiment herausfinden, ob eine Art Störung durch die Schlinger­bewegung der Rotationsachse der Erde dazu führt, dass flüssige Metalle den äußeren Erdkern durchströmen können. Während­dessen konnten Forscher aus China und Taiwan zeitlich sehr kurz­zeitige Schwankungen des Erd­magnet­felds samt wandernder Pole der Vergangen­heit nachweisen. Das gelang ihnen mit einem Tropf­stein aus einer Höhle in China, der sich vor über hundert­tausend Jahren gebildet hatte.

Ein überraschender Einblick ins Erd­innere gelang Forschern mit einem Labor­experiment in Grenoble: Sie stellten Druck und Temperatur nach, die 2500 Kilometer tief im Erd­mantel herrschen. Sie wiesen dabei eine zuvor für unmöglich gehaltene feste Phase von Kohlen­stoff­dioxid nach. Eigentlich hatten Mineralogen erwartet, dass sich in solchen Tiefen aus dem Kohlen­stoff Diamant bildet, der wegen seiner großen Stabilität als geologischer Bote aus dem Erd­inneren interpretiert wird. Derartige Modelle müssen nun überprüft werden.

 

 

Tief unter dem grönländischen Gletschereis fanden Geo­physiker dieses Jahr eine unerwartete, auffällige und kreis­runde Struktur: Sie interpretieren sie als Einschlags­krater, der wegen seiner guten Erhaltung mit 12.000 Jahren vermutlich vergleichs­weise jung ist. Und selbst auf zugänglichem Terrain werden noch zuvor unbekannte Krater entdeckt: In den Rocky Mountains fanden Wissenschaftler das älteste bekannte Streu­feld, das vermutlich von Bruch­stücken eines Meteoriten vor 280 Millionen Jahren entstanden ist.

Vor 4,5 Milliarden Jahren entstand bekanntlich bei einem vielfach größeren Einschlag der Mond, als ein mars­großer Planet in die noch junge Erde stürzte. Der Mond entstand aus dem ausgeworfenen Material und erkaltete recht schnell, weshalb kein Forscher heute auf ihm Leben erwarten könnte. Denn ohne Atmosphäre ist seine Ober­fläche der Strahlung und den Teilchen­strömen aus dem All schutz­los ausgesetzt. Allerdings ergaben jetzt neue Analysen des Mond­gesteins, dass der Erd­trabant in seiner Jugend­zeit vor über drei Milliarden Jahre für rund siebzig Millionen Jahre eine Atmosphäre besessen haben könnte, die dichter als jene des heutigen Mars gewesen sein könnte. Während sich zeit­gleich auf der Erde das Leben entwickelte, könnte somit auch der Mond kurz­zeitig Mikro­organismen beherbergt haben.

Die Fragen an zukünftige Mondmissionen sind damit zahlreich. Der erste einiger geplanten Orbiter und Lander befindet sich seit dem 12. Dezember bereits im lunaren Orbit: Chinas Sonde Chang'e 4 soll voraus­sichtlich am 3. Januar als erste Raum­sonde überhaupt weich auf der erd­abgewandten Rück­seite des Mondes landen und hier einen Rover aussetzen. Es wird allerdings nicht das erste planetare Raum­fahrt­ereignis des Jahres 2019: Schon am 1. Januar wird die NASA-Mission New Horizons den fernsten Vorbei­flug der Menschheits­geschichte am Trans­neptun-Objekt Ultima Thule, wissenschaftliche Bezeichnung (486958) 2014 MU69, durch­führen. Auch das kommende Jahr lässt somit Erkenntnisse von bislang unbekannten Himmelskörpern erwarten.

Karl Urban

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