Thermische Erosion zerbröselt Asteroiden

Sowohl Beobachtungen mit Raumsonden als auch mit Teleskopen im Infrarotbereich zeigen, dass die Oberfläche kleiner Asteroiden von einer Regolith-Schicht bedeckt ist, also von locker gepackten Gesteinstrümmern mit Größen von mehreren Zentimetern und kleiner. Bislang galten vor allem zwei Mechanismen als Quelle des Regoliths: Der Rückfall von beim Einschlag von Meteoriten ausgeworfenem Material, sowie die langsame Erosion des Oberflächenmaterials durch Mikrometeoriten. Sowohl theoretische Überlegungen als auch Laborexperimente zeigten jedoch, dass die Auswurfgeschwindigkeiten bei Einschlägen typischerweise größer sind als die Entweichgeschwindigkeiten von Asteroiden bis zu einer Größe von einem Kilometer. Und die Erosion durch Mikrometeoriten verläuft äußerst langsam: Etwa zehn Millionen Jahre dauert es, bis ein zehn Zentimeter großer Gesteinsbrocken auf diese Weise zerfallen ist.

Marco Delbo von der Sternwarte Côte d’Azur in Nizza und seine Kollegen konnten nun zeigen, dass ein anderer Prozess weitaus effektiver ist: die thermische Erosion. Für einen erdnahen Asteroiden liegt die Temperaturdifferenz zwischen Tag- und Nachtseite etwa bei 190 Kelvin. In Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Gesteins kann es dadurch zu erheblichen Temperaturunterschieden zwischen der Oberfläche eines Gesteinsbrockens und seinem Inneren kommen. Diese Unterschiede wiederum führen zu mechanischen Spannungen, zur Bildung und Erweiterung von Rissen und schließlich zum Zerfall des Gesteins.

Delbo und seine Kollegen haben diesen Vorgang im Labor an mehreren Proben von gewöhnlichen und kohligen Chondriten – also steinigen Meteoriten – untersucht. Dazu setzten sie die Gesteinsproben über 400 künstlichen Tag-Nacht-Schwankungen mit einer Periode von 2,2 Stunden und einem Temperaturunterschied von 190 Kelvin aus. Mit einem tomographischen Röntgenverfahren überwachten die Forscher dabei die Entstehung und das Wachstum von Rissen in dem Gestein. Ausgehend von den so gewonnenen Daten entwickelten sie dann ein mikromechanisches Modell für den Zerfall der Steine durch die thermische Erosion. Je nach Beschaffenheit können zentimetergroße Brocken auf erdnahen Asteroiden innerhalb weniger hundert oder tausend Jahre zerfallen, so das Ergebnis. Dieser Prozess könnte daher auch ein Grund dafür sein, dass die Oberflächen vieler erdnaher Asteroiden noch sehr jung zu sein scheinen, so die Forscher.

Rainer Kayser

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