Paint it black: Kometenstaub verdunkelt Merkur

Mit einer Albedo von 0,106 ist die Oberfläche Merkurs sogar dunkler als die des Erdmonds. Haupt­verantwortlich für die dunklen Oberflächen atmosphäre­loser Himmels­körper sind eisenhaltige Mineralien und sub­mikroskopische Eisen­partikel, die über Jahr­milliarden durch den Einfluss des Weltraum­wetters entstehen. Doch die Oberfläche des Planeten Merkur enthält signifikant weniger Eisen als die Mondoberfläche – und trotzdem ist sie dunkler. Es muss also eine weitere Komponente in der Zusammensetzung der Merkur-Oberfläche geben, die dafür verantwortlich ist.

Ein naheliegender Kandidat ist Kohlenstoff. Dieses Element kommt im Sonnensystem häufig genug vor und besitzt die richtigen Eigenschaften. Bisherige Untersuchungen kamen jedoch zum Schluss, dass Kohlenstoff keinen signifikanten Einfluss auf das Rückstrahl­vermögen Merkurs haben könne. Schon in der frühen Entwicklung des Planeten müsste Kohlenstoff, so das Argument, in den Kern Merkurs gesunken sein. Doch diese Klippe lässt sich umschiffen, wie jetzt drei US-amerikanische Forscher zeigen: Der Kohlenstoff kam erst später, im Verlauf von Jahrmilliarden, mit dem Staub zerfallender Kometen auf die Oberfläche des Planeten.

Kometenstaub besteht zu einem Viertel aus Kohlenstoff. Viele Kometen zerbrechen, wenn sie zu nahe an der Sonne vorüber ziehen. Deshalb ist Merkur stärker als andere Himmelskörper seit der Entstehung des Sonnen­systems einem starken Zustrom kometarischer Materie ausgesetzt. Megan Bruck Syal vom Lawrence Livermore National Laboratory, Peter Schultz von der Brown University in Providence und Miriam Riner vom Planetary Science Institute in Tucson modellierten zunächst den Zustrom des kohlenstoff­haltigen Staubs: Wie viel davon landet auf der Oberfläche, und wie viel wird durch Einschläge wieder ins Weltall zurück geschleudert? Das Ober­flächen­material des Planeten sollte, so das Ergebnis, zwischen drei und sechs Prozent Kohlenstoff enthalten – das ist 50-mal so viel wie auf dem Erdmond.

In einem zweiten Schritt untersuchten die drei Forscher dann, wie sich der Kohlenstoff unter den permanenten Einschlägen kleiner Körper auf einem atmosphäre­losen Himmels­körper verhält. Dafür nutzten sie das Ames Vertical Gun Range der Nasa. Dabei handelt es sich um eine große Kanone, die Projektile mit einer Geschwindigkeit von bis zu 25.000 Kilometern pro Stunde – also typischen Impakt­geschwindigkeiten – auf vorbereitete Ziele schießt. Die Forscher feuerten die Projektile auf lunarem Basalt ähnelndes Gestein, dem Zucker als Repräsentant für die organischen Stoffe kometarischen Ursprungs beigemischt war.

Durch die Einschläge verbrannte der Zucker und setzte den Kohlenstoff frei. Wie die Experimente zeigen, setzte sich der Kohlenstoff in Form winziger Partikel tief in das vom Einschlag geschmolzene Material ab. Der Prozess reduziert das Rückstrahl­vermögen des Gesteins auf bis zu unter fünf Prozent – etwa derselbe Wert, der sich in den dunkelsten Flecken auf dem Merkur finden lässt. Wichtig ist dabei, so betonen die drei Forscher, dass der Kohlenstoff in dieser Form keinen spektralen Finger­abdruck erzeugt. „Vom Standpunkt der Spektral­analyse handelt es sich um eine unsichtbare Farbe“, so die Forscher.

Rainer Kayser

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