Ein Asteroid als Hüpfburg

Lange dachte man, Asteroiden seien im Gegensatz zu Kometen ausgesprochen inaktive Himmels­körper. Während Kometen dank ihres hohen Gehalts an Eis nicht nur einen spekta­kulären Schweif aus Staub­teilchen, sondern auch einen schmalen Plasmaschweif ausbilden können, hielt man Asteroiden im wesentlichen für inerte Gesteinskörper. Zwar können Asteroiden aus unter­schiedlichen Substanzen bestehen, jedoch ist der Anteil an Wasser und anderen flüchtigen Stoffen in ihnen so gering, dass die meisten keine nennenswerte Aktivität zeigen. Nur selten wurde der Ausstoß von Teilchen und Staub beobachtet. Wie Aufnahmen der Nasa-Raumsonde Osiris-Rex, die den Asteroiden Bennu umkreist, nun jedoch zeigen, herrscht rund um diesen Felsbrocken doch ein reges Treiben: Regelmäßig schweben kleine Partikel um Bennu.

Die Aufnahmen gelangen mit Hilfe der Kamera Navcam-1 an Bord von Osiris-Rex – Origins, Spectral Inter­pretation, Resource Identi­fication, Security, Regolith Explorer. Die beiden Navcams sind monochrome Fünf-Megapixel-Kameras, die für die optische Navigation von Osiris-Rex konzipiert sind. Deren Mission ist es eigentlich, eine Gesteinsprobe von Bennus Oberfläche zu gewinnen und auf die Erde zurück­zubringen. Seit Beginn dieses Jahres analysiert Osiris-Rex das Gelände auf Bennu, um ein möglichst viel­versprechendes Landegebiet auszu­kundschaften. 2020 soll dann die Landung gelingen und 2023 die Probe zurück auf der Erde sein, um sie ausgiebig untersuchen zu können. 

Bennu ist ein Asteroid des C-Typs, die besonders viel Kohlenstoff enthalten und deshalb eine dunkle Oberfläche mit einer Albedo von nur 0,05 besitzen. Mit dieser Zusammensetzung ähneln solche Asteroiden den kohligen Chondriten, die besonders kohlenstoff­reiche Meteoriten sind. Bennu hat einen Durchmesser von rund 500 Metern, wobei er an den Polen etwas länglich gestreckt ist und nicht groß genug ist, um dank ent­sprechender Schwerkraft eine ganz runde Form aufzuweisen. Bennu zählt zu den Nah-Erd-Asteroiden, da er sich in einem Orbit zwischen 0,9 und 1,4 Astro­nomischen Einheiten befindet. Vermutlich handelt es sich bei ihm – ähnlich wie bei den meisten Asteroiden seiner Größe – nicht um einen dicht gepackten Himmels­körper, sondern eher um einen Geröllhaufen, der durch die wechsel­seitige Anziehungs­kraft zusammengehalten wird. Dichte­messungen weisen darauf hin, dass ungefähr die Hälfte des Volumens solcher Körper aus Hohlräumen besteht.

Auf den Kamera­aufnahmen konnten die Wissenschaftler dieses Jahr drei größere Aktivitäts­phasen beobachten, bei denen Teilchen von bis zu einigen Zentimetern Größe von der Oberfläche in die Höhe geschleudert wurden, ungefähr mit Geschwindigkeit von einigen Dutzend Zentimetern pro Sekunde – zum Teil aber auch deutlich langsamer oder schneller. Dabei konnten die Wissenschaftler jeweils um die hundert Teilchen zählen. Interessant daran ist, dass die Ursprungs­regionen der raus­geschleuderten Partikel keine Besonderheiten aufwiesen und auch sonst von ihrer Topographie wenig miteinander gemein hatten. Jedoch lagen sie auf der Nachmittags­seite des Asteroiden. Abgesehen von diesen Phasen höherer Aktivität ließ sich aber auch ein stetes „Hintergrund­rieseln“ ausmachen, bei dem immer wieder wenige Teilchen aus unter­schiedlichen Ursprungs­regionen und -zeiten von der Oberfläche weghüpften. Einige nahmen dabei soviel Schwung mit, dass sie in den inter­planetaren Raum entschwanden. Die anderen prallten aber früher oder später – mitunter erst nach einigen Tagen – wieder auf Bennus Oberfläche zurück. 

Es gibt nun eine ganze Palette möglicher Ursachen, die eine solche rege Aktivität bewirken könnten. So könnte neben der Sublimation von Eis und rotations­bedingtem Auseinander­bröckeln auch eine elektro­statische Abstoßung in Frage kommen. Diese Prozesse konnten die Wissenschaftler aber mit hoher Sicherheit ausschließen. Es gibt aber noch weitere Optionen: So könnte der Einschlag von Mikrometeoriten – die sich auf den Bildern nicht identifizieren lassen – verantwortlich sein, ebenso thermischer Stress und dadurch hervor­gerufenes Aufbrechen von Gestein oder auch das Ausgasen von Wassermolekülen aus Silikat­mineralen. Möglich sind auch Kombinationen dieser Ursachen. 

Das wichtigste Indiz bislang lieferte die Untersuchung der thermischen Eigenschaften. Auf der Tagseite von Bennu heizen sich die Gesteine auf ihrer Oberfläche bis zu hundert Grad stärker auf als nur wenige Zentimeter darunter. Im Lauf der rund 4,3-stündigen Rotations­periode des Asteroiden sorgt dies für periodische thermische Spannungen, die zum Nachmittag auf Bennu ihren Spitzenwert erreichen. Dieses Szenario erscheint nach Sicht der Forscher deshalb als plausible Erklärung für die unerwartete Aktivität. Diese Beobachtungen werfen die Frage auf, ob nicht alle Asteroiden eine gewisse Aktivität aufweisen. Dann könnten diese einen substan­ziellen Beitrag zur interplanetaren Staubwolke leisten. Man darf vor allem auf die Analyse der Gesteins­proben gespannt sein, die sowohl Osiris-Rex als auch die japanische Sonde Hayabusa-2 in den kommenden Jahren zurück auf die Erde bringen werden. Vielleicht sind dabei auch Gesteine, die einen kurzen Hüpfer über die Oberfläche gemacht haben. Dies wird ganz neues Licht nicht nur auf die Zusammensetzung, sondern auch auf die Oberflächen­dynamik dieser Himmelskörper werfen.

Dirk Eidemüller

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  D. S. Lauretta et al.: Episodes of particle ejection from the surface of the active asteroid (101955) Bennu, Science 366, eaay3544 (2019); DOI: 10.1126/science.aay3544
• Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona
• OSIRIS-Rex (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security – Regolith Explorer), NASA

JOL