Asteroidenforschung: Hayabusa entschlüsselt Herkunft von Steinmeteoriten

Die japanische Asteroidensonde Hayabusa — © JAXA (Ausschnitt)

Mit der japanischen Raumsonde Hayabusa gelang es erstmals, Proben eines Asteroiden zu Erde für die detaillierte Analyse im Labor zu transportieren. Sie bestätigen eindeutig, dass die häufigsten Steinmeteoriten, die gewöhnlichen Chondriten, von Asteroiden des so genannten S-Typs stammen. Die S-Typ-Asteroiden sind durch Silikatmineralen gekennzeichnet. Schon lange hatten die Planetenforscher angenommen, dass die S-Typ-Asteroiden die Quelle der gewöhnlichen Chondriten sind, aber es gelang bislang nicht zufriedenstellend, die Laborspektren der Meteoriten mit denjenigen der Asteroiden in Einklang zu bringen.

Die Rückkehrkapsel von Hayabusa-1 in Australien | Etwa so groß wie eine Langspielplatte war die Rückkehrkapsel der japanischen Raumsonde Hayabusa-1, die im Juni 2010 in der australischen Wüste weich am Fallschirm landete. An Bord befanden sich winzige Staubpartikel des Asteroiden Itokawa. Die Kapsel von Hayabusa-2 ist baugleich und enthält Material vom Asteroiden Ryugu.

Die Raumsonde Hayabusa war im Jahr 2003 zum maximal etwa 500 Meter großen Asteroiden "Itokawa" aufgebrochen und erreichte ihn im September 2005. Im April 2007 machte sich die durch diverse technische Pannen schwer angeschlagene Raumsonde auf den langen Rückweg zur Erde. Sie erreichte sie schließlich am 13. Juni 2010 wieder und setzte erfolgreich eine Rückkehrkapsel ab, die am Fallschirm weich in Australien landete.

Lange Zeit war unklar, ob Hayabusa überhaupt Material des Asteroiden Itokawa an Bord hatte, da der Mechanismus zur Probennahme versagt hatte. Allerdings war es bei den Flugmanövern der Sonde zu einem ungeplanten Aufsetzen der Sonde auf dem Asteroiden gekommen, so dass die japanische Raumfahrtbehörde JAXA die Hoffnung hatte, dabei aufgewirbelte Staubteilchen könnten auch die zu dieser Zeit offene Probenkammer erreicht haben.

Ein Staubpartikel von Itokawa | Einer von rund 1500 winzigen Staubpartikeln des Asteroiden Itokawa ist hier unter dem Lichtmikroskop zu sehen. Er ist überwiegend transparent, die dunklen Verfärbungen am Rand sind durch Weltraúmverwitterung durch den Beschuss mit geladenen Partikeln der kosmischen Strahlung und Mikrometeoriten verursacht.

Tatsächlich stellte sich nach der Rückkehr zur Erde heraus, dass sich rund 1500 winzige Staubpartikel von Itokawa in der Probenkammer befanden. Die maximale Größe betrug 180 Mikrometer, die durchschnittliche Größe 10 bis 50 Mikrometer. Damit waren die Partikel zahlreich und groß genug, um wissenschaftlich mit hochempfindlichen Verfahren untersucht zu werden.

Die Analysen belegen eindeutig, dass das Material von Itokawa identisch ist mit den gewöhnlichen Chondriten, sowohl im Mineralbestand und Erscheinungsbild als auch in der chemischen Zusammensetzung. Aus Isotopenuntersuchungen ergibt sich, dass Itokawa einmal ein Teil eines etwa 20 Kilometer großen Himmelskörpers war, dessen Gesteine kurz nach seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren durch den Zerfall kurzlebiger radioaktiver Elemente wie Aluminium-26 auf bis zu 800 Grad Celsius aufgeheizt wurden. Später wurde der Mutterkörper durch Asteroidenzusammenstöße in kleinere Bruchstücke zersprengt, wodurch weitere Kollisionen Itokawa in einen nur noch locker von der schwachen Eigenschwerkraft zusammengehaltenen "Schutthaufen" verwandelten, wie es die Bilder von Hayabusa zeigen.

Mittels eines Massenspektrometers wurden die in den Staubpartikeln eingebetteten Edelgase und ihre Isotopenverhältnisse untersucht. Daraus ergibt sich, dass die derzeitige Oberfläche von Itokawa rund acht Millionen Jahre alt ist, und dass der Asteroid pro Million Jahre mehrere Dutzend Zentimeter an Oberflächenmaterial in den Weltraum verliert. Dafür verantwortlich sind Kollisionen mit Mikrometeoriten, der Sonnenwind und der Strahlungsdruck der Sonne, der die feinsten Staubpartikel langsam aber sicher fortbläst. Sollte diese Abtragungsrate ungestört anhalten, so dürfte sich Itokawa innerhalb einer Milliarde Jahre vollständig auflösen.

Diese Effekte sind es auch, die das spektrale Erscheinungsbild von S-Typ-Asteroiden verändern, so dass bislang keine befriedigende Übereinstimmung mit den an Meteoriten im Labor gemessenen Spektren gelang. Nun lassen sich mit den Proben diese Effekte genau bestimmen und bei der Analyse von Spektren anderer S-Typ-Asteroiden berücksichtigen. Diese Kategorisierung der Asteroiden soll weiter fortgesetzt werden.

Im Jahr 2014 wird sich die japanische Sonde Hayabusa-2 auf den Weg zum C-Typ-Asteroiden 1999 JU3 machen, um dort Proben zu entnehmen. C-Typ-Asteroiden sind reich an Kohlenstoff und flüchtigen Substanzen, sie gelten als Quelle der Meteoritenklasse der "kohligen Chondrite", besonders urtümlichen Meteoriten. Und für das Jahr 2016 plant die US-Raumfahrtbehörde NASA den Start von OSIRIS-Rex, die den B-Typ-Asteroiden 1999 RQ6 anfliegen soll. B-Typ-Asteroiden sind eine Untergruppe der C-Typ-Klasse, sie gelten als besonders reich an Mineralen wie Tonminerale, Magnetit, Sulfide und Silikate. Zudem gibt es Hinweise auf Einwirkungen flüssigen Wassers in der Frühzeit des Sonnensystems. (ta)