Neue Experimente zeigen, wie Asteroiden Wasser deponieren können

Experiment mit einer Projektilkanone zur Simulation eines Asteroideneinschlags. (Credits: Schultz Lab / Brown University)
Experiment mit einer Projektilkanone zur Simulation eines Asteroideneinschlags. (Credits: Schultz Lab / Brown University)

Eine neue Forschungsarbeit demonstriert, dass eine überraschend große Menge Wasser simulierte Asteroideneinschläge übersteht. Das ist eine Erkenntnis, die helfen könnte zu erklären, wie Asteroiden Wasser im Sonnensystem deponieren.

Experimente mit einer leistungsstarken Projektilkanone zeigen, wie Einschläge von wasserreichen Asteroiden überraschend große Mengen Wasser auf planetare Himmelskörper bringen können. Die Studie von Forschern der Brown University könnte Licht darauf werfen, wie Wasser auf die junge Erde gelangte und helfen, einige Nachweise von Wasser auf dem Mond und anderswo zu erklären.

“Der Ursprung und der Transport von Wasser und flüchtigen Substanzen ist eine der großen Fragen in der Planetenforschung”, sagte Terik Daly, ein Postdoktorand an der Johns Hopkins University. Daly leitete die Studie, während er an der Brown University seine Doktorarbeit machte. “Diese Experimente offenbaren einen Mechanismus, durch den Asteroiden Wasser auf Monde, Planeten und andere Asteroiden bringen könnten. Dieser Prozess begann in der Entstehungszeit des Sonnensystems und läuft auch heute noch ab.”

Die Studie wurde im Journal Science Advances veröffentlicht.

Die Herkunft des Wassers auf der Erde bleibt weiterhin rätselhaft. Lange Zeit vermutete man, dass die Planeten des inneren Sonnensystems knochentrocken entstanden und das Wasser erst später durch Einschläge von eisigen Kometen dorthin gelangte. Obwohl diese Theorie eine Möglichkeit bleibt, haben Isotopenmessungen gezeigt, dass das Wasser auf der Erde vergleichbar mit dem in kohlenstoffhaltigen Asteroiden gebundenen Wasser ist. Das spricht dafür, dass Asteroiden ebenfalls eine Quelle für das irdische Wasser gewesen sein könnten, aber wie diese Deponierung abgelaufen sein könnte, ist nicht gut verstanden.

“Einschlagmodelle verraten uns, dass die Impaktoren ihre flüchtigen Substanzen bei vielen der im Sonnensystem üblichen Geschwindigkeiten völlig verlieren. Das heißt, all das in ihnen enthaltene Wasser verdampft einfach in der Hitze des Einschlags”, sagte Pete Schultz, Co-Autor der Studie und Professor am Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences der Brown University. “Aber die Natur neigt dazu, interessanter zu sein als unsere Modelle, weshalb wir Experimente durchführen müssen.”

Für die Studie nutzten Daly und Schultz murmelgroße Projektile mit einer Zusammensetzung, die jener von kohlenstoffreichen Chondriten ähnelt – das sind Meteoriten, die von alten, wasserreichen Asteroiden stammen. Sie verwendeten die Vertical Gun Range am Ames Research Center der NASA, um die Projektile mit Geschwindigkeiten von rund fünf Kilometern pro Sekunde (mehr als 18.000 Kilometer pro Stunde) auf knochentrockene Ziele aus Bimssteinpuder zu feuern. Dann analysierten die Forscher die Überreste nach dem Einschlag mit zahlreichen Hilfsmitteln und suchten nach Anzeichen für Wasser, das darin eingeschlossen war.

Sie stellten fest, dass bei den Einschlaggeschwindigkeiten und -winkeln, die im Sonnensystem häufig vorkommen, bis zu 30 Prozent des in dem Impaktor vorhandenen Wassers in den Überresten nach dem Einschlag einschlossen war. Der Großteil dieses Wassers wurde in der Einschlagschmelze und in Brekzien eingeschlossen. Bei der Einschlagschmelze handelt es sich um Gestein, das durch die Hitze des Einschlags geschmolzen wurde und sich wieder verfestigt, während es abkühlt. Brekzien sind Gesteine aus einem Gemisch von Einschlagtrümmern, die durch die Hitze des Einschlags zusammengebacken wurden.

Die Studie gibt einige Anhaltspunkte zu dem Mechanismus, durch den das Wasser bewahrt wurde. Weil Teile des Impaktors durch die Hitze der Kollision zerstört wurden, bildete sich eine Dampffahne aus, die das Wasser einschließt, welches innerhalb des Impaktors enthalten war.

“Die Einschlagschmelze und Brekzien entstehen innerhalb dieser Dampffahne”, sagte Schultz. “Wir vermuten, dass der Wasserdampf in die Schmelze und Brekzien eingebunden wird, während sie sich bilden. Auch wenn der Impaktor sein Wasser verliert, wird ein Teil davon wieder eingeschlossen, wenn die Schmelze rasch abkühlt.”

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Hochgeschwindigkeitsaufnahme eines Projektileinschlags. (Credit: Schultz Lab / Brown University)

Die Ergebnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis der Präsenz von Wasser auf der Erde haben. Man nimmt an, dass kohlenstoffreiche Asteroiden zu den ältesten Objekten im Sonnensystem gehören – die primordialen Bausteine, aus denen die Planeten entstanden. Als diese wasserreichen Asteroiden auf die gerade entstehende Erde prallten, könnte ein Prozess, der dem von Daly und Schultz gefundenen Prozess ähnelt, Wasser in den planetaren Entstehungsprozess eingebunden haben. Solch ein Prozess könnte auch helfen, die Präsenz von Wasser innerhalb des Mondmantels zu erklären, weil bisherige Forschungsarbeiten darauf schließen lassen, dass das lunare Wasser ebenfalls Asteroiden als Ursprung hat.

Die Studie könnte außerdem spätere Wasseraktivitäten im Sonnensystem erklären. Wasser, das in den Strahlen des Kraters Tycho auf dem Mond gefunden wurde, könnte Schultz zufolge von dem Impaktor stammen, der den Krater verursachte. Wasser von Asteroiden mag auch für Eisablagerungen in den Polregionen Merkurs verantwortlich sein.

“Der Punkt ist, dass es uns einen Mechanismus aufzeigt, wie das Wasser nach diesen Asteroideneinschlägen bewahrt werden kann”, sagte Schultz. “Und weil die Modelle es übersehen haben, demonstriert es, warum Experimente so wichtig sind.”

Die Studie wurde von der NASA (NNX13AB75G), der National Science Foundation (DGE-1058262) und dem NASA Rhode Island Space Grant (NNX15AI06H) unterstützt.

Quelle

(THK)

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