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VESTA
Astronomen simulierten Kollisionen
Redaktion / Pressemitteilung der Universität Bern
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14. Februar 2013

Das Aussehen des Asteroiden Vesta ist geprägt von zwei gewaltigen, sich teils überlappenden Kratern an seinem Südpol. Wissenschaftlern ist es jetzt gelungen, mit einem Computermodell die zwei Kollisionen zu rekonstruieren, die den Asteroiden vor mehr als einer Milliarde Jahren erschüttert haben. Die Ergebnisse verraten auch einiges über die Geschichte unseres Planetensystems.

Vesta

Eine Momentaufnahme aus der Simulation: Die Kollision des Asteroiden Vesta mit einem rund zehnmal kleineren Asteroiden. Bild: Martin Jutzi, CSH, Universität Bern / Pascal Coderay, EPFL

In einer riesigen staubigen Gaswolke ballten sich vor viereinhalb Milliarden Jahren Staubteilchen zu immer größeren Klumpen zusammen. Diese kollidierten, klebten aneinander und wuchsen so zu Planeten heran. Zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter blieben jedoch hunderttausende kleinere Brocken zurück. Sie bilden seither den sogenannten Asteroidengürtel und haben ihre Zusammensetzung kaum verändert. Die Erforschung von Asteroiden kann daher wichtige Informationen über die Entstehung unseres Sonnensystems liefern.

Einer dieser Asteroiden ist Vesta. Mit einem Durchmesser von rund 500 Kilometern gehört er zu den drei größten Asteroiden und wird sogar als Protoplanet, also als Planetenvorläufer, betrachtet. Vesta ist zudem der einzige bekannte Asteroid, der eine erdähnliche Struktur aufweist: Er verfügt nämlich über einen Kern, einen Mantel und eine Kruste.

Martin Jutzi vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern hat nun mit einer Computersimulation präzise rekonstruiert, wie Vesta vor über einer Milliarde Jahren zweimal mit anderen Asteroiden zusammengestoßen ist. So zeigen die Modellierungen, dass der Protoplanet diesen Kollisionen seine elliptische Gestalt verdankt und dass sie auch seine Oberflächenstruktur gezeichnet haben. Die Simulationen erlauben zudem erstmals detaillierte Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Eigenschaften des Innenlebens von Vesta.

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Die Simulationen könnten, so die Forscher in einer Pressemitteilung, auch entscheidend dazu beitragen, die Entwicklungsgeschichte des Sonnensystems besser zu verstehen, da die Planetenbildung maßgeblich auf Kollisionen zwischen Himmelskörpern beruht. "Unsere Methode ermöglicht besonders aufschlussreiche Auswertungen von Bild- und Messdaten aus Weltraummissionen", so Jutzi. Die Studie, die in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) sowie aus Instituten in Frankreich und den USA entstand, ist in dieser Woche die Titelgeschichte des Wissenschaftsmagazins Nature.

 Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble hatten schon vor einigen Jahren erste Hinweise auf einen riesigen Krater am Südpol des Asteroiden Vesta geliefert. Ab Sommer 2011 kreiste dann die NASA-Sonde Dawn ein Jahr lang auf einer nahen Umlaufbahn um Vesta (astronews.com berichtete wiederholt). Bilder im visuellen Bereich sowie weitere Messdaten lieferten Informationen über die Topografie des Asteroiden sowie über die Zusammensetzung der Mineralien, die an seiner Oberfläche sichtbar sind.

Dabei zeigte sich unter anderem, dass die von Hubble beobachtete Vertiefung am Südpol aus zwei teilweise überlappenden Kratern besteht. Von diesen Informationen ausgehend, reproduzieren nun die Computersimulationen von Jutzis Team, wie zwei nacheinander erfolgte Einschläge von Himmelskörpern genau zur Bildung der beobachteten überlappenden Kratern führten. Diese überspannen beinahe die ganze südliche Hemisphäre von Vesta.

Die Modellierungen zeigen Grösse (66 und 64 Kilometer Durchmesser), Geschwindigkeit (5,4 Kilometer pro Sekunde) und Einschlagwinkel der Körper, die mit Vesta kollidierten. Dies verrät viel über die Art der Objekte, die sich vor einer Milliarde Jahren in der Nähe des Protoplaneten befanden. Form und Topographie von Vestas südlicher Hemisphäre stimmen zwischen den Schlussbildern der Simulationen und den Bild- und Messdaten von Dawn sehr gut überein. Die Modelle reproduzieren sogar genauestens die spiralförmigen Strukturen im Inneren des jüngsten Kraters, die auf Bildern der Dawn-Mission sichtbar sind. "Dies zeigt wie zuverlässig unsere Methode ist", freut sich Jutzi.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Modelle auch Informationen über bisher verborgene Eigenschaften von Vesta liefern. So verraten die Simulationen zum Beispiel, dass das von den Einschlägen ausgeworfene Material aus Tiefen von bis zu 100 Kilometern stammt. "Wir können anhand der Verteilung und Art dieses Materials die verschiedenen inneren Schichten, aus denen Vesta zusammengesetzt ist, präzise rekonstruieren", erläutert Philippe Gillet, Direktor des Earth and Planetary Science Laboratory der EPFL. "Dass wir nun auch in das Innere solcher Planetenvorläufer blicken können, ermöglicht ganz neue Perspektiven bei der Erforschung der Geschichte unseres Sonnensystems", so Jutzi.

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