Die Frage nach dem Ursprung der Ozeane auf der Erde ist eine der wichtigsten Fragen in Bezug auf die Entstehung unseres Planeten und den Ursprung des Lebens. Die populärste Theorie ist, dass das Wasser durch Einschläge von Kometen und Asteroiden auf die Erde gebracht wurde. Daten des Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) an Bord der ESA-Raumsonde Rosetta sprechen jedoch dafür, dass das irdische Wasser nicht von Kometen wie 67P/Churyumov-Gerasimenko stammt. Die Ergebnisse wurden am 10. Dezember 2014 im Journal Science veröffentlicht.
Die Forscher stimmen darin überein, dass das Wasser in einer späten Phase der planetaren Entwicklung von Kleinkörpern auf die Erde gebracht worden sein muss. Es ist allerdings nicht klar, welche Kleinkörper-Familie dafür verantwortlich war. Es gibt drei Möglichkeiten: asteroidenähnliche Kleinkörper aus der Region um Jupiter, Kometen aus der Oortschen Wolke, die innerhalb der Umlaufbahn von Neptun entstanden, und Kometen aus dem Kuipergürtel, die sich außerhalb der Umlaufbahn Neptuns bildeten.
Der Schlüssel zur Bestimmung, woher das Wasser stammte, liegt in seinem isotopischen „Geschmack“: durch Messung des Deuteriumgehalts – das ist eine schwerere Form von Wasserstoff. Indem sie das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff in verschiedenen Objekten vergleichen, können Wissenschaftler feststellen, wo im Sonnensystem dieses Objekt seinen Ursprung hat. Und durch Vergleiche der Deuterium-Wasserstoff-Verhältnisse in den irdischen Ozeanen mit jenen in anderen Körpern, können Forscher versuchen, den Ursprung unseres Wassers zu identifizieren.
Das ROSINA-Instrument an Bord der Raumsonde Rosetta hat festgestellt, dass sich die Zusammensetzung des Wasserdampfs auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko deutlich von der des irdischen Wasserdampfs unterscheidet. Der Wert für das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis auf dem Kometen ist mehr als dreimal höher als auf der Erde. Er gehört zu den höchsten, jemals im Sonnensystem gemessenen Werten. Das bedeutet, es ist sehr unwahrscheinlich, dass Kometen wie 67P/Churyumov-Gerasimenko für das Wasser auf der Erde verantwortlich waren. Das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis ist das Verhältnis eines schwereren Wasserstoff-Isotops namens Deuterium zu dem häufigsten Wasserstoff-Isotop. Es kann eine Signatur für Vergleiche zwischen verschiedenen Phasen der planetaren Entwicklung bereitstellen.
„Wir wussten, dass Rosettas Vor-Ort-Analyse dieses Kometen uns überraschen würde“, sagte Matt Taylor, Projektwissenschaftler der Rosetta-Mission vom European Space Research and Technology Center in Noordwijk (Niederlande). „Das umfassendere Bild der Sonnensystemforschung und diese erstaunliche Beobachtung heizen sicherlich die Debatte an, woher die Erde ihr Wasser bekam.“
Vor fast 30 Jahren (1986) konnten die Massenspektrometer an Bord der europäischen Giotto-Mission zum Kometen Halley erstmals das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis bei einem Kometen messen. Es war doppelt so hoch wie das Verhältnis auf der Erde. Die damalige Schlussfolgerung war, dass Kometen aus der Oortschen Wolke (zu denen auch Halley gehört) nicht die Quelle unseres Wassers sein konnten. In den darauffolgenden 20 Jahren wurden mehrere andere Kometen aus der Oortschen Wolke gemessen und alle zeigten verglichen mit Halley ein sehr ähnliches Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis. Daraufhin wurden Modelle, die Kometen als den Ursprung des irdischen Wassers angeben, weniger populär.
Das änderte sich, als mit dem ESA-Weltraumobservatorium Herschel das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis des Kometen Hartley 2 bestimmt wurde, von dem man annimmt, dass er ein Komet aus dem Kuipergürtel ist. Sein Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis lag sehr nahe bei dem irdischen Wert, was nicht wirklich erwartet worden war. Die meisten Modelle des frühen Sonnensystems besagen, dass Kometen aus dem Kuipergürtel sogar ein noch höheres Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis haben sollten als Kometen aus der Oortschen Wolke, weil die Kuipergürtelobjekte in einer kälteren Region entstanden als die Kometen der Oortschen Wolke.
Die neuen Ergebnisse der Rosetta-Mission machen es wahrscheinlicher, dass die Erde ihr Wasser von asteroidenähnlichen Körpern bekam, die näher an der Umlaufbahn der Erde lagen, und/oder dass die Erde mindestens einen Teil dieses ursprünglichen Wassers in Mineralen und an den Polen bewahren konnte. „Unsere Entdeckung disqualifiziert auch die Theorie, dass Kometen aus der Jupiter-Familie alleine erdähnliches Wasser enthalten“, sagte Kathrin Altwegg, die leitende Wissenschaftlerin des ROSINA-Instruments von der Universität Bern (Schweiz) und leitende Autorin der Science-Studie. „Sie unterstützt Modelle, die Asteroiden als die Hauptquelle der irdischen Ozeane propagieren.“
Kometen sind Zeitkapseln, die unberührte Materie enthalten, welche aus der Epoche stammt, als die Sonne und ihre Planeten entstanden. Rosettas Landeeinheit machte die ersten Bilder von der Oberfläche eines Kometen und wird umfangreiche Analysen von der ursprünglichen Zusammensetzung durchführen. Rosetta wird auch die erste Raumsonde sein, die aus der Nähe beobachten wird, wie sich ein Komet verändert, wenn er der steigenden Intensität der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist. Die Beobachtungen werden Wissenschaftlern helfen, mehr über den Ursprung und die Entwicklung unseres Sonnensystems zu erfahren, sowie über die Rolle, die die Kometen beim Transport des Wassers und vielleicht sogar des Lebens auf die Erde gespielt haben könnten.
Rosetta ist eine Mission der European Space Agency (ESA) mit Beiträgen ihrer Mitgliedsstaaten und der NASA. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena (Kalifornien), eine Abteilung des California Institute of Technology, leitet den US-Teil der Rosetta-Mission für das Science Mission Directorate in Washington. Das JPL baute außerdem das MIRO-Instrument und stellt seinen leitenden Wissenschaftler Samuel Gulkis. Das Southwest Research Institute (San Antonio und Boulder) entwickelte die Instrumente IES und Alice. Auch ihre jeweiligen Leiter, James Burch für das IES und Alan Stern für Alice, arbeiten am Southwest Research Institute.
Quelle: http://www.nasa.gov/jpl/rosetta-instrument-reignites-debate-on-earths-oceans/index.html
(THK)
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