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Kleinplaneten: Asteroid im Eismantel

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Zwischen den Bahnen der Planeten Mars und Jupiter erstreckt sich der Asteroidengürtel, in dem sich Hunderttausende Brocken aus Silikatgesteinen und Metall tummeln. Traditionell gilt diese Region als "trockene Zone" – sie liegt einfach zu nah an der Sonne, als dass sich bei der Entstehung der Asteroiden vor 4,5 Milliarden Jahren größere Mengen an Wasserdampf in Form von Eis hätten niederschlagen können. Erst auf den Jupitermonden findet sich Eis, so die vorherrschende Meinung.

Nun stießen zwei Forschergruppen um Humberto Campins von der University of Central Florida in Orlando [1] und Joshua Emery von der University of Tennessee in Knoxville [2] auf Hinweise darauf, dass der rund 200 Kilometer große Hauptgürtelasteroid (24) Themis von einer dünnen Reifschicht aus Wassereis bedeckt ist. Dazu untersuchten sie den Himmelskörper im Infraroten und nahmen zahlreiche Spektren auf.

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Verteilung der Asteroiden im Sonnensystem | Der Planet Jupiter (unten links) wird von mehr als 1000 Asteroiden begleitet (grüne Punkte), die ihm auf seiner Bahn annähernd um 60 Grad voarauseilen, oder ihm um 60 Grad versetzt hinterherlaufen. Dies sind die "Trojaner". Die weißen Punkte zwischen den Bahnen von Jupiter und Mars stellen den inneren Asteroidengürtel dar, hier sind nur die größten Objekte eingetragen.
Asteroiden werfen auftreffendes Sonnenlicht nicht völlig gleichförmig wie ein Spiegel zurück, sondern absorbieren je nach ihrer chemischen Zusammensetzung bestimmte Wellenlängen intensiver als andere. In den entsprechenden Spektralbereichen erscheinen die Asteroiden deshalb besonders dunkel. Im Spektrum – das reflektierte Licht ist hier nach der Wellenlänge aufgetragen – sind diese Bereiche dann als dunkle Banden oder Linien erkennbar.

Die beiden Teams verglichen nun ein derartiges Spektrum von (24) Themis mit Laborspektren, bei denen die chemische Zusammensetzung des reflektierenden Körpers exakt bekannt ist. Dabei fiel den Wissenschaftlern auf, das der Asteroid bei einer infraroten Wellenlänge von 3,1 Mikrometern eine ausgeprägte Absorptionsbande zeigt.

Am besten erklären ließe sich diese, wenn man das bisherige Bild vom Asteroidengürtel revidiert: Auf der Oberfläche von (24) Themis befindet sich laut den Wissenschaftler eine dünne Reifschicht aus Wassereis, der geringe Anteile an organischen Stoffen beigemischt sind und welche die Gesteine an der Oberfläche überzieht. Damit wäre erstmals Wassereis direkt an der Oberfläche eines Asteroiden im Hauptgürtel nachgewiesen.

Um eine vollkommen unerwartete Entdeckung handelt es sich dabei allerdings nicht. Bei der Analyse von Meteoriten stoßen Forscher schon seit langem auf hydratisierte Minerale, die größere Mengen an Wassermolekülen in ihrer Kristallstruktur enthalten. Und diese auf die Erde gefallenen Bruchstücke stammen immerhin aus dem Asteroidengürtel.

Zudem entpuppten sich etwa ein halbes Dutzend Asteroiden als so genannte Hauptgürtel-Kometen, die plötzlich einen Staubschweif entwickelten. Diese Aktivität wird auf das direkte Verdampfen von Wassereis durch Sonnenstrahlung zurückgeführt. Auch von theoretischer Seite gibt es Hinweise: Berechnungen zeigen, dass Wassereis im Asteroidengürtel für Milliarden von Jahren stabil sein kann – sofern es von einer mehrere Meter dicken Schicht aus Gestein und Staub vor direktem Sonnenlicht geschützt ist.

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Der Asteroid (24) Themis | Die Oberfläche des Hauptgürtelasteroiden (24) Themis scheint neueren Messungen zufolge wie auf dieser Computergrafik von einer dünnen Reifschicht aus Wassereis überzogen zu sein. Ein durch eine Kollision aus der Oberfläche von Themis herausgesprengtes Trümmerstück entwickelt durch die Sonnenstrahlung einen schwachen Kometenschweif.
Und an dieser Stelle überrascht (24) Themis. Schließlich soll seine gesamte Oberfläche von Reif überzogen sein. Bei einer durchschnittlichen Temperatur zwischen minus 120 und minus 70 Grad Celsius auf dem Himmelskörper sollte diese Reifschicht innerhalb weniger Jahre restlos verdampfen. Doch der Asteroid befindet sich bereits seit mehreren Milliarden Jahren auf seiner derzeitigen Bahn.

Schließt man eher unwahrscheinliche Erklärungen aus – etwa, dass kürzlich ein Kometeneinschlag auf dem Asteroiden das Wassereis lieferte – bleibt nur eine Möglichkeit: Die Reifschicht wird ständig erneuert. Im Innern von (24) Themis könnte beispielsweise Eis verdampfen, wodurch stetig Wasserdampf an die Oberfläche strömt. Eine andere Theorie verdächtigt das so genannte Impact gardening – das Umpflügen der Asteroidenoberfläche durch ungezählte Aufschläge von Mikrometeoriten. Auch hierdurch würde Wassereis auf der Oberfläche freigesetzt.

Glücklicherweise zeigt das Eis im Spektrum nicht nur bei 3,1 Mikrometern, sondern auch bei 1,5 und 2 Mikrometern ausgeprägte Absorptionsbanden. Leider lagen diese Wellenlängen gerade außerhalb des Messbereichs der beiden Forscherteams. Sollten sich in Zukunft aber auch die anderen charakteristischen Spuren von Wassereis bei (24) Themis nachweisen lassen, so bestünde kein Zweifel mehr: Der Asteroidengürtel ist gar nicht so trocken, wie einst vermutet. (ta)

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  • Quellen
[1] Campins, H. et al.: Water ice and organics on the surface of the asteroid 24 Themis. In: Nature 464, S. 1320–1321, 2010.
[2] Rivkin, A. S., Emery, J. P.: Detection of ice and organics on an asteroidal surface. In: Nature 464, S. 1322–1323, 2010.

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