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VESTA
Das Geheimnis des dunklen Materials
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
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3. Juli 2014

Über ein Jahr lang hat die NASA-Sonde Dawn den Asteroiden Vesta umkreist. Zu den faszinierendsten Funden auf der Oberfläche zählt ein außerordentlich dunkles Material, das sich immer wieder an einigen Stellen des Asteroiden fand. Eine gründliche Auswertung von Bilddaten lieferte nun einen Hinweis auf seinen Ursprung: Es gelangte offenbar durch Einschläge auf den Asteroiden.

Vesta

Der Numisia Krater direkt südlich des Äquators von Vesta hat einen Durchmesser von 30 Kilometern. Das lange Zeit rätselhafte Material ist deutlich zu erkennen.  Bild: NASA /JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA

Eine der rätselhaftesten Entdeckungen, die die NASA-Raumsonde Dawn beim Asteroiden Vesta gemacht hat, war ein eigentümliches dunkles Material, das sich vereinzelt auf der Oberfläche des Asteroiden fand. Das Material, das ebenso effizient Licht schluckt wie Ruß, beschäftigt seitdem die Wissenschaftsgemeinde. Aus welchen Stoffen besteht das Material? Wie ist es entstanden? Und was verrät es über diesen einzigartigen Himmelskörper, der sich anschickte ein Planet zu werden, aber vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase dieser Entwicklung steckenblieb?

In einer neuen Studie beantworten Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) einen Teil dieser Fragen. So konnten sie in dem dunklen Material das Silikat Serpentin identifizieren. Bereits vor etwa anderthalb Jahren hatten Forscher das dunkle Material als reich an Kohlenstoff charakterisiert. "Neben einzelnen Elementen und einfachen Verbindungen wie OH-Gruppen nun komplexe Mineralien identifizieren zu können, bringt uns einen entscheidenden Schritt weiter", erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS die Tragweite der neuen Entdeckung.

Wie jedes Mineral entsteht auch Serpentin nur unter bestimmten Bedingungen: Druck und Temperatur dürfen weder zu hoch, noch zu niedrig sein; begleiten weitere Elemente wie etwa Wasserstoff die Geburtsstunde, bilden sich vorzugsweise andere Verbindungen. "Der Nachweis von Mineralien im dunklen Material gewährt uns Zugang zu einer völlig neuen Art von Information", so Nathues. "Wir müssen uns nicht mehr auf die Frage beschränken, woraus dieses Material besteht. Die Mineralien erzählen uns, welchen Umweltbedingungen es ausgesetzt war."

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Serpentin etwa kann Temperaturen oberhalb von 400 Grad Celsius nicht überstehen: im Serpentin enthaltene Verbindungen aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom verändern sich dann und je nach Umgebungsbedingungen entstehen andere Stoffe. "Das dunkle Material ist also nicht sehr heiß geworden", folgert Dr. Martin Hoffmann vom MPS. Da Vesta - anders als die deutlich kleineren Asteroiden - in einer frühen Entwicklungsphase heiß und geschmolzen war, kann das dunkle Material somit kein ursprünglicher Bestandteil des Protoplaneten sein. Auch ein vulkanischer Ursprung, den manche Wissenschaftler vermuten, ist somit ausgeschlossen.

"Einzige Möglichkeit bleiben Einschläge von Asteroiden", erklärt Hoffmann und weist darauf hin, dass einige primitive Meteorite typischerweise Serpentin enthalten. Diese gelten als Bruchstücke kohlenstoffreicher Asteroiden. Solche Einschläge müssen zudem vergleichsweise gemächlich abgelaufen sein, denn auch ein Asteroid, der mit hohen Geschwindigkeiten aufprallt, hätte zu hohe Temperaturen erzeugt. In einer früheren Studie hatten Wissenschaftler des MPS berechnet, wie sich das dunkle Material durch ein solches Ereignis verteilen würde. Die tatsächlichen Fundstellen am Rande eines der beiden großen Einschlagsbecken der Südhalbkugel decken sich mit diesen Berechnungen.

Schlüssel zu den aktuellen Ergebnissen war eine neue und genauere Analyse der Bilder, welche das Kamerasystem an Bord der Raumsonde Dawn in der Zeit von Juli 2011 bis September 2012 aus Umlaufbahnen um Vesta aufgenommen hatte. Die sieben Farbfilter des Kamerasystems können bestimmte Wellenlängenbereiche aus dem Licht, das Vesta zurück ins All reflektiert, herausfiltern und so die charakteristischen "Fingerabdrücke" bestimmter Materialien aufspüren.

"Die Gebiete, in denen das dunkle Material an den steilen Rändern großer Krater zu Tage tritt, sind nicht groß. Manchmal erstreckt es sich in einer Richtung nur über wenige hundert Meter", erklärt Nathues, Leiter des Kamera-Teams, die messtechnischen Herausforderungen. Erst durch sorgfältiges Rekalibrieren ist es nun gelungen, den Daten die neuen Informationen zu entlocken. Zudem nutzten die Forscher Messdaten des Spektrometers VIR an Bord der Sonde.

Um das Serpentin zweifelsfrei in ihren Kameradaten zu identifizieren, untersuchten die Forscher auch serpentinhaltige Mineralmischungen und Meteorite im Labor. Die Fingerabdrücke, welche diese Proben in reflektiertem Licht hinterlassen, stimmen gut mit den realen Messdaten von Vesta überein.

Die Mission der Asteroidensonde Dawn hatte am 27. September 2007 begonnen. Am 16. Juli 2011 war die Sonde dann in einen Orbit um den Asteroiden Vesta eingeschwenkt und hatte diesen kartiert und gründlich untersucht (astronews.com berichtete wiederholt). Im September 2012 hatte Dawn Vesta wieder verlassen und befindet sich jetzt auf dem Weg zum Zwergplaneten Ceres, den die Sonde 2015 erreichen wird.

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Links im WWW
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