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News: Abkühlung nach dem Zwiebelschalenprinzip

Schon kurz nach ihrer Entstehung im jungen Sonnensystem erhitzten sich die Asteroiden infolge des Zerfalls radioaktiver Substanzen. Waren diese aufgebraucht, kühlten sich die Brocken wieder ab. Jetzt konnten Forscher messen, was zuvor lange Zeit nur Theorie war.
Über 4,5 Milliarden Jahre ist es her, seit sich in der Staubwolke um die noch junge Sonne die ersten Unregelmäßigkeiten herausbildeten, Körnchen kollidierten, zu Körnern wurden und schließlich zu immer größeren Brocken. Der weitaus größte Teil ist heute in den Planeten gebunden, die mit ihrer Schwerkraft auch die letzten steinernen Bausteine des Sonnensystems aufsammelten - die so genannten Planetesimale.

Doch zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter verhinderte Jupiters kräftige Schwerkraft die Bildung eines Planeten, sodass hier die Überreste aus der Entstehung der Planeten erhalten blieben und bis heute im Asteroidengürtel um die Sonne ziehen. Nur wenn es hier zu heftigen Kollisionen kommt, werden Bruchstücke herausgesprengt und landen mitunter - mit mehr oder weniger schwerwiegenden Folgen - als Meteoriten auch auf der Erde, wo sie von den frühesten Entwicklungen im Sonnensystem Zeugnis ablegen.

Es gibt sogar Meteoriten, die sind sich chemisch so ähnlich, dass sie nur von ein und demselben Asteroiden stammen können. Und das macht sie besonders wertvoll, schließlich erlauben sie Rückschlüsse auf die Geschichte eines individuellen Brockens. So glaubt man seit längerem, dass sich diese Planetesimale schon kurz nach ihrer Entstehung durch den Zerfall eines kurzlebigen Aluminiumisotops kräftig aufheizten, um dann nach und nach von außen nach innen abzukühlen.

Die bislang handfesteste Bestätigung dieses Modells gelang nun Mario Trieloff von der Universität Heidelberg und seinen Kollegen. Sie hatten neun Meteoriten aus der Klasse der so genannten H-Chondriten untersucht, deren Grad der chemischen Veränderungen deutlich zeigt, dass sie aus unterschiedlichen Tiefen des Asteroiden stammen, denn die H4-Chondrite aus den äußeren Bereichen waren geringeren Temperaturen ausgesetzt als die H5- und die H6-Chondrite, die dem heißen Kern des Asteroiden einst viel näher waren.

Bei der Rekonstruktion der Abkühlungsgeschichte bedienten sich Trieloff und seine Mitarbeiter der so genannten Spaltspuren, das sind nichts anderes als Schäden im Gitter von Mineralen, hervorgerufen durch den radioaktiven Zerfall des Plutonium-244-Isotops.

Bei hohen Temperaturen jedoch "heilen" diese Spaltspuren wieder aus, erst in einer kühleren Umgebung bleiben sie dauerhauft erhalten und werden nach dem Anätzen unter dem Mikroskop sichtbar. In Pyroxenen zeigen die Spaltspuren heute an, dass sie unterhalb von etwa 280 Grad Celsius entstanden, in Phosphaten zeugen sie indes von der Abkühlung unterhalb von 120 Grad Celsius.

Da ein Teil des 244Pu zerfiel, als das Gestein bereits kühler als 280 aber noch heißer als 120 Grad Celsius war, ist die Spaltspurendichte in den Phosphaten geringer als in den Pyroxenen. Zusammen mit der Halbwertszeit des 244Pu-Isotops konnten die Forscher somit sagen, wie lange die Abkühlung von der einen Ausheilungstemperatur zu der anderen dauerte.

Alles in allem ergab sich aus diesen Daten schließlich ein ungefähr 100 Kilometer großer Asteroid, der sich vor fast 4,6 Milliarden zusammenballte und sich in seinem Inneren infolge des Zerfalls des kurzlebigen Aluminium-26-Isotops rasch auf 830 Grad Celsius erhitzte. Anschließend kühlte der Brocken von außen nach innen ab. Bis der heiße Kern nur noch gut 120 Grad kalt war, sind demnach wohl 160 Millionen Jahre vergangen.

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