„Verwitterung“ im Asteroidengürtel

Extreme Niederschläge wie Starkregen oder Hagel gehören zu den eher unangenehmen Seiten des irdischen Wetters. Doch solche Ereignisse sind rein gar nichts im Vergleich zu den „Wetter“-Einflüssen, denen Himmelskörper unseres Sonnensystems, ohne den Schutz durch eine Atmosphäre, ausgesetzt sind. So hagelt es im All nicht nur von Gesteinsbrocken bis zur Größe von Hochhäusern. Auch energiereiche kosmische Strahlung sowie Teilchenstrahlung der Sonne prasseln unaufhörlich auf sie nieder.

Diese – eher verniedlichend – als „Weltraum-Wetter“ bezeichneten Einflüsse konnten Forscher jetzt in einem Labor auf der Erde untersuchen: An Staubpartikeln des Asteroiden „25143 Itokawa“ ist es einem Team um Falko Langenhorst von der Friedrich-Schiller-Universität Jena gelungen, die Spuren von Partikel-Einschlägen auf der Oberfläche des Asteroiden nachzuweisen. Diese Ergebnisse hat der Mineraloge gerade während der Tagung „HAYABUSA 2013: Symposium of Solar System Materials“ im japanischen Sagamihara vorgestellt.

Zu dieser Tagung hatte die japanische Weltraumagentur JAXA diejenigen Wissenschaftler eingeladen, die Probenmaterial der japanischen Mission „Hayabusa“ untersucht haben. Die Raumsonde „Hayabusa“ war 2005 auf dem Asteroiden Itokawa gelandet, hatte Bodenproben genommen und sie über eine Distanz von mehr als 40 Millionen Kilometer zur Erde transportiert. Weltweit hat die JAXA nur acht renommierten Forschern außerhalb Japans Material für eigene Untersuchungen zur Verfügung gestellt – einer davon ist der Jenaer Mineraloge Langenhorst.

„Uns interessierten in erster Linie die chemische Zusammensetzung und Kristallbaufehler der Asteroidenminerale, denn diese ermöglichen es, Rückschlüsse auf die Urprozesse unseres Sonnensystems zu ziehen“, erläutert Langenhorst. So lassen sich anhand der Mineralzusammensetzung der Staubkörnchen nicht nur Aussagen über die Entstehung des Asteroiden und seiner Geschichte treffen. Sie gibt darüber hinaus auch Auskunft über die „Kinderstube“ des gesamten Sonnensystems. Denn: Im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, wo auch Itokawa seine Bahn zieht, ist die Zeit seit der Entstehung der Planeten praktisch stehen geblieben.

Seit sich vor etwa 4,5 Milliarden Jahren die Asteroiden im Sonnennebel durch Zusammenballung von Staubpartikeln gebildet haben, sind sie nahezu unverändert. Anders die Erde: sie hat sich durch Prozesse wie Kern-Mantel-Trennung, Verwitterung und Plattentektonik kontinuierlich verändert, so dass die ursprünglichen Gesteinsinformationen über die Frühgeschichte „überschrieben“ wurden – wie Daten auf einer formatierten Computerfestplatte. „Nur durch Proben von Asteroiden und Kometen können wir heute noch direkte Einblicke in die frühe Entstehungsgeschichte des Sonnensystems erhalten“, so Langenhorst.

Die chemische und strukturelle Analyse der Asteroidenpartikel bestätigte die urtümliche Zusammensetzung von Itokawa. Die Staubpartikel bestehen zum überwiegenden Teil aus Silikatmineralen wie Olivin und Pyroxen. Weitere Bestandteile sind Eisen-Nickel-Verbindungen und Eisensulfide. Auch konnten die Spuren der „Weltraum-Bewitterung“ anhand der Strukturveränderungen der Minerale eindeutig nachgewiesen werden.

Für ihre Untersuchungen nutzte das Jenaer Team eine äußert filigrane Arbeitstechnik: Aus den nur 40 mal 50 Mikrometer kleinen Partikeln haben Langenhorst und seine Mitarbeiter mit Hilfe einer Ionenfeinstrahlanlage (FIB) an einem Rasterelektronenmikroskop zunächst hauchdünne Scheiben herausgefräst: jede wenige Nanometer dick. Diese konnten sie anschließend mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) untersuchen, das eine Durchleuchtung von Probenmaterial mit Elektronen erlaubt.

Diese Technik können die Mineralogen zukünftig verstärkt in Jena nutzen: Gerade ist am Lehrstuhl von Langenhorst ein Hochleistungs-TEM in Betrieb genommen worden. Das rund 1,5 Mio. Euro teure Gerät ist aus Mitteln des Leibniz-Forschungspreises finanziert worden, mit dem der Jenaer Wissenschaftler im Jahr 2007 ausgezeichnet worden war.

U. Jena / PH