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Asteroiden: Blick auf den ältesten Stoff des Sonnensystems

Im Dezember 2020 hat eine japanische Raumsonde Gesteinsproben des Asteroiden Ryugu zur Erde gebracht. Ein Jahr später präsentieren Fachleute nun eine erste Analyse.
Ryugu

Es sind nur 5,4 Gramm, aber sie wiegen schwer für die Planetologie. Japanische Forschungsteams haben gemeinsam mit internationalen Fachleuten Gesteinsproben eines Asteroiden analysiert, der zu den ältesten und urtümlichsten Objekten im Sonnensystem gehört. Die jetzt in zwei Arbeiten in der Zeitschrift »Nature Astronomy« veröffentlichten Ergebnisse liefern wichtige Puzzleteile für den Versuch, ein Bild von den Ursprüngen des Sonnensystems zusammenzusetzen.

Die Proben wurden 2019 mit der Raumsonde Hayabusa-2 direkt vom Asteroiden Ryugu entnommen und kamen gut versiegelt 2020 auf der Erde an. Ryugu ist etwa einen Kilometer groß und schwarz wie Kohle. Sein Gestein dürfte aus jenem Material bestehen, aus dem vor rund 4,5 Milliarden Jahre die Sonne und die Planeten hervorgegangen sind, aber anders als diese kreist Ryugu seither praktisch unverändert als geochemischer Tiefkühlschrank durch unsere solare Nachbarschaft. Genaue mikroskopische, chemische und mineralogische Analysen könnten also mehr über die Bedingungen verraten, unter denen das Sonnensystem entstanden ist.

Die japanische Asteroidensonde Hayabusa-2 | Mit ihrem rund einen Meter langen hornartigen Probensammler berührte die japanische Raumsonde Hayabusa-2 am 21. Februar 2019 für wenige Sekunden die Oberfläche des Asteroiden Ryugu. Dabei feuerte sie durch das Horn eine Kugel aus Tantal ab, um Material des Asteroiden herauszusprengen und aufzufangen.

Die ersten Resultate solcher Untersuchungen gibt es jetzt. Die nun publizierten Arbeiten sollen zunächst einen groben Überblick über das in der Kapsel von Hayabusa-2 mitgebrachte Material verschaffen. So liefert die erste Veröffentlichung des Teams um Toru Yada von der japanischen Weltraumbehörde JAXA eine Inventur der Bröckchen und ihres Erscheinungsbilds.

Luftiger Mix millimeterkleiner Krümel

Die dicksten Körner messen knapp acht Millimeter, während feiner Staub bis in den Submillimeterbereich reicht. Das Material stammt sowohl von der Oberfläche des Asteroiden, die über Jahrmillionen der Strahlung und anderen Einflüssen des Weltalls ausgesetzt war, als auch aus einem kleinen künstlichen Krater, den die Raumsonde gezielt geschlagen hat. Zumindest ein wenig davon, so die Hoffnung, dürfte daher aus tieferen, geschützten und damit besonders ursprünglichen Bereichen kommen.

Asteroid Ryugu aus 100 Meter Entfernung | Um 6:09 Uhr MESZ am 21. September 2018 entstand diese Aufnahme des Asteroiden Ryugu aus rund 100 Meter Entfernung. Deutlich lässt sich der Schatten der Raumsonde Hayabusa-2 auf der Oberfläche des Asteroiden erkennen.

Mit einer Dichte von knapp 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist das Material nur 30 Prozent dichter als flüssiges Wasser und somit deutlich luftiger als typische Meteoriten, wie sie auf der Erde aufschlagen – sogar poröser als jeder jemals gefundene Meteorit. Das dürfte daran liegen, dass so fluffige Brocken beim Eintritt in die Atmosphäre auseinanderbrechen und verbrennen. Das Gestein ist also anders beschaffen als alles Außerirdische, was Menschen jemals in den Händen halten konnten. Insgesamt entspricht die Probe recht gut dem, was die Instrumente von Hayabusa-2 schon aus der Umlaufbahn über Ryugu verraten haben. Die wenigen Gramm scheinen recht repräsentativ für den 450 Millionen Tonnen schweren Asteroiden zu sein.

Im tiefen Schwarz ein buntes Spektrum

Im zweiten Bericht haben sich die Arbeitsgruppen um JAXA-Geochemiker Tatsuaki Okada und den französischen Spektrometrie-Experten Cédric Pilorget vom Institut d'Astrophysique Spatiale in Paris die chemischen Besonderheiten der Gesteinskörnchen angeschaut. Aus deren tiefschwarzer Masse voller hydratisierter Minerale stechen einzelne im Spektrum heraus, vor allem Karbonate. Die größten der mineralogischen Außenseiter sind nicht einmal einen Millimeter klein. Pilorget hatte extra Instrumente entwickelt, die das von solchen Krümeln zurückgeworfene Licht unter die Lupe nehmen können. Insgesamt stellen die Fachleute eine »faszinierende Vielfalt« an unterschiedlichen Zusammensetzungen fest. Genauere Analysen der feinst zerkrümelten Minerale stehen noch aus.

Interessanterweise waren keine Chondren zu erkennen. Dabei handelt es sich um winzige Kügelchen, die aus verschiedenen Prozessen im jungen Sonnensystem hervorgegangen sind und die sich heute in den meisten Steinmeteoriten in Unmengen finden. Da sie als kleinste Bausteine aller Himmelskörper gelten und bereits sehr früh im Sonnensystem entstanden sind, sollten sie eigentlich überall dort auftauchen, wo man auf ursprüngliches Material stößt. Ebensowenig wie Chondren scheint Ryugu nach dem ersten Eindruck so genannte kalziumaluminiumreiche Einschlüsse zu enthalten, das sind Minerale, die aus dem übrig gebliebenen Baustoff der Sonne auskondensierten, während diese gerade entstand. Die Abwesenheit beider Erscheinungen dürfte an der besonderen Natur des Asteroiden liegen: Am ehesten scheinen dessen dunkle Bröckchen den »CI-Chondriten« zu entsprechen, das sind besonders kohlenstoffreiche Meteoriten, die zudem einen hohen Anteil an Wasser und oft organische Verbindungen enthalten. Sie stammen aus dem äußeren Sonnensystem und beherbergen keine Chondren.

Probenübergabe | Am 30. November 2021 hat die NASA in einem Reinraum Gesteinsproben des Asteroiden Ryugu in Empfang genommen, die von der JAXA-Raumsonde Hayabusa-2 zur Erde gebracht wurden. Dabei haben JAXA-Vertreter mehrere versiegelte Stahlbehälter übergeben.

Ryugu selbst ist vermutlich eine lockere Zusammenballung aus Splittern eines größeren Himmelskörpers, der durch Kollisionen immer wieder zerschmettert wurde. Die genaue Entstehungsgeschichte, die zu der speziellen Zusammensetzung Ryugus geführt hat, wird sich erst bei eingehenderen Untersuchungen in der Zukunft herausstellen. Teile des Probenmaterials befinden sich bereits auf Laboren in der ganzen Welt oder auf den Weg dorthin und werden in verschiedenen Phasen den ausgeklügeltsten Methoden der modernen Planetologie unterzogen. Schon jetzt deutet alles auf das hin, was die Kameras und Instrumente von Hayabusa-2 bereits aus der Umlaufbahn vermuten ließen: Der kohlschwarze Himmelskörper gehört zu den ältesten Objekten im Sonnensystem und wird noch viel über dessen stürmische Jugend verraten. Das macht die ihm entnommenen 5,4 Gramm so immens wertvoll und wird die Fachwelt noch auf Jahre hinaus beschäftigen.

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