Experimente mit Projektil-Kanone zeigen, wie Asteroiden Wasser liefern könnten

Experimente mit einer leistungsstarken Projektil-Kanone zeigen, wie die Einschläge von wasserreichen Asteroiden planetaren Objekten überraschende Mengen an Wasser liefern könnten. Die Studie von Wissenschaftlern der Universität Brown könnte Aufschluss darüber geben, wie Wasser auf die frühe Erde gelangte und dabei helfen, einige Spuren von Wasser auf dem Mond und anderswo nachzuweisen.

„Die Herkunft und der Transport von Wasser und flüchtigen Stoffen ist eine der großen Fragen in der Planetenforschung“, sagte Terik Daly, ein Postdoktorand an der Johns Hopkins Universität, der die Forschung leitet, während er seinen Ph.D an der Universität Brown macht. „Diese Experimente zeigen einen Mechanismus, mit welchem Asteroiden Wasser zu Monden, Planeten und anderen Asteroiden liefern könnten. Es ist ein Prozess der begann, als sich das Sonnensystem bildete und heute noch andauert.

Die Herkunft des Wassers auf der Erde bleibt ein Rätsel. Lange wurde angenommen, dass die Planeten des inneren Sonnensystems knochentrocken waren und das Wasser erst später durch Einschläge von eisigen Kometen auf die Erde kam. Während diese Idee eine Möglichkeit wäre, haben Isotopen-Messungen gezeigt, dass das Wasser der Erde ähnlich jenem Wasser ist, das in kohlenstoffhaltigen Asteroiden gebunden ist. Das deutet darauf hin, dass Asteroiden auch eine Quelle für das Wasser der Erde sein könnten. Aber wie eine solche Lieferung funktioniert haben könnte, ist bis jetzt nicht gut verstanden.

„Impakt-Modelle sagen uns, dass Impaktoren sich bei vielen, im Sonnensystem üblichen Aufprallgeschwindigkeiten vollständig verflüchtigen sollten, was bedeutet, dass das gesamte enthaltene Wasser in der Hitze des Aufpralls auskocht“, sagte Pete Schultz, Co-Autor der Studie und Professor der Abteilung für Erd- Umwelt- und Planetenwissenschaften an der Universität Brown. „Aber die Natur tendiert dazu, interessanter zu sein als unsere Modelle, weshalb wir Experimente machen müssen.“

Für die Studie verwendeten Daly und Schultz Projektile die so groß wie Murmeln waren und eine ähnliche Zusammensetzung hatten wie kohlenstoffhaltige Chondrite, das sind Meteoriten die von alten, wasserreichen Asteroiden stammen. Unter Verwendung einer Vertical Gun Range im NASA Ames Research Center wurden die Projektile mit Geschwindigkeiten von etwa 5 Kilometern pro Sekunde (mehr als 17 600 km pro Stunde) auf ein knochentrockenes Zielmaterial, bestehend aus Bimsstein-Pulver, geschossen. Die Forscher analysierten die Trümmer nach dem Aufprall mit einer Armada von Analysewerkzeugen und suchten nach Anzeichen von darin eingeschlossenem Wasser.

Sie fanden heraus, dass bei Aufprallgeschwindigkeiten und -winkeln, die im gesamten Sonnensystem üblich sind, bis zu 30 Prozent des im Impaktor enthaltenen Wassers in Trümmern nach dem Aufprall eingeschlossen waren. Das meiste Wasser war in der Aufprallschmelze eingeschlossen, Das ist Gestein, das durch die Hitze des Aufpralls geschmolzen wurde, sich beim Abkühlen wieder verfestigte und zu Aufprall-Brekzien wurde. Dies ist ein Gemisch aus Gesteinsfragmenten, die sich durch die Hitze des Impakts miteinander verschweißten.

Die Forschung gibt einige Hinweise auf den Mechanismus, durch den das Wasser einbehalten wurde. Wenn Teile des Impaktors durch die Hitze der Kollision zerstört werden, bildet sich eine Dampfwolke, die das Wasser einschließt, welches sich innerhalb des Impaktors befand.

„Die Impaktschmelze und die Brekzien bilden sich innerhalb dieser Wolke“, sagte Schultz. „Was wir vorschlagen ist, dass der Wasserdampf in die sich bildenden Schmelzen und Brekzien aufgenommen wird. Selbst wenn der Impaktor Wasser verliert, wird ein Teil davon wieder eingefangen, da die Schmelze schnell abkühlt.“

Die Ergebnisse könnten erhebliche Auswirkungen für das Verständnis der Präsenz von Wasser auf der Erde haben. Von kohlenstoffhaltigen Asteroiden wird angenommen, dass sie zu den frühesten Objekten im Sonnensystem gehören – jenen ursprünglichen Objekten, aus denen die Planeten gebaut wurden. Als diese wasserreichen Asteroiden in die frühe, sich immer noch formende Erde einschlugen, wäre es möglich gewesen, dass durch einen Prozess, ähnlich jenem den Daly und Schultz gefunden haben, Wasser in den Bildungsprozess des Planeten eingearbeitet wurde, sagen die Forscher. Solch ein Prozess könnte auch dazu beitragen, das Vorhandensein von Wasser im Mantel des Mondes zu erklären, da der Forschung zufolge das Mondwasser auch seinen Ursprung in Asteroiden hat.

Die Studie könnte auch die spätere Wasseraktivität im Sonnensystem erklären. Wasser, das in den Strahlen des Kraters Tycho auf der Oberfläche des Mondes gefunden wurde, könnte vom Tycho-Impaktor stammen, sagte Schultz. Von Asteroiden stammendes Wasser könnte auch für die Eisablagerungen verantwortlich sein, die in den polaren Regionen von Merkur nachgewiesen wurden.

„Der Punkt ist, dass dies uns einen Mechanismus gibt, wie Wasser nach Asteroiden-Einschlägen bleiben könnte“, sagte Schultz. „Und es zeigt uns, warum Experimente so wichtig sind, weil diese Modelle bisher fehlten.“

Die Forschung wurde von der NASA (NNX13AB75G), der National Science Foundation (DGE-1058262) und dem NASA Rhode Island Space Grant (NNX15AI06H) finanziell unterstützt und im Journal Science Advances veröffentlicht.

29. April 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte