Kosmisches Feuer und Eis

Bild: Max-Planck-Institut für Chemie/ Hintergrundbild: NASA/JPL-Caltech.

Die 1999 gestartete Raumsonde "Stardust" ist nach einer Reise über mehr als vier Milliarden Kilometer durch unser Sonnensystem im Januar dieses Jahres erfolgreich auf die Erde zurückgekehrt. Ziel der Mission war der Komet Wild 2, wobei Hunderttausende von Staubpartikeln eingesammelt werden konnten.

Die vorläufigen Untersuchungen dieser Proben zeigen, dass die Bildung unseres Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren mit einer großskaligen Mischung von Materie einherging: Obwohl der Komet in den äußeren kalten Zonen des Sonnensystems entstanden ist, enthält er auch Hochtemperatur-Minerale, die sich in den inneren heißen Gebieten des solaren Nebels gebildet haben (Science, 15. Dezember 2006).

Bild: Einschlagskrater in einer Aluminiumfolie. Linkes oberes Bild: Rasterelektronenmikroskopbild (Balkenlänge ein tausendstel Millimeter). Rechtes oberes Bild: Verteilung des Kometenmaterials in einem Silizium-Isotopenbild. Das einschlagende Kometenpartikel hatte eine Größe von etwa 300 Millionstel Millimetern. Unteres Bild: NanoSIMS-Ionenmikrosonde.

Ein aus annähernd 200 Wissenschaftlern bestehendes internationales Expertenteam, unter ihnen auch Peter Hoppe, Philipp Heck und Joachim Huth vom Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, hat in einer ersten Phase dieses NASA-Projekts ausgewählte Proben des Kometenstaubs untersucht. Das Expertenteam bestand aus sechs Gruppen, die sich den Bereichen Mineralogie/Petrographie, Isotopenzusammensetzung, chemische Zusammensetzung, organische Materie, Einschlagskrater und optische Eigenschaften gewidmet haben. Die Resultate dieser Untersuchungen werden als Schwerpunkthema in der heutigen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science veröffentlicht.

Aufgefangen wurde der Kometenstaub mithilfe zweier verschiedener Targets: Aerogel, einem Material mit sehr geringer Dichte, und Aluminiumfolie. Insgesamt konnte auf diese Weise etwa ein Milligramm der kostbaren kosmischen Materie zur Erde gebracht werden. Wie die Untersuchungen zeigen, besteht das Kometenmaterial aus einer Mischung von Mineralen, die im solaren Nebel entstanden sind, organischer Materie, die vermutlich zumindest teilweise interstellaren Ursprungs ist, sowie Sternenstaub. Erstaunlicherweise machen die im Sonnensystem entstandenen Minerale den weitaus größten Teil des Kometenmaterials aus, Sternenstaub kommt dagegen vergleichsweise selten vor. "Es überrascht uns schon", sagt Peter Hoppe, "dass der Anteil des Sternenstaubs nicht höher zu sein scheint als in primitiven Meteoriten oder interplanetaren Staubteilchen."

Einige der untersuchten Minerale zeigen Anreicherungen im Sauerstoff-Isotop mit der Masse 16 - eine Signatur, wie man sie auch in sogenannten Kalzium-Aluminium-reichen Einschlüssen in Meteoriten findet. Diese Hochtemperatur-Einschlüsse repräsentieren die frühesten Kondensate im Sonnensystem und sind in den inneren heißen Zonen des solaren Nebels entstanden. Weil nun überraschenderweise solche Minerale auch in einem Kometen vorkommen, der sich in den äußersten Zonen des Sonnensystems gebildet hat, schließen die Forscher, dass festes Material über große, radiale Distanzen hinweg im frühen Sonnensystem gemischt wurde. "Wir haben Feuer und Eis gefunden", so umschreibt der leitende Wissenschaftler der Stardust-Mission, Donald Brownlee von der Universität Washington in Seattle, das Vorkommen von Hochtemperatur-Mineralen in den kältesten Regionen unseres Sonnensystems.

Die Mainzer Forscher konnten mit ihrer NanoSIMS-Ionenmikrosonde und ihrem hochauflösenden Elektronenmikroskop maßgeblich zum Erfolg dieser ersten Untersuchungen beitragen. Sie bestimmten an einer Vielzahl von Einschlagskratern in der Aluminiumfolie (Abbildung) sowie an Partikeln, die aus dem Aerogel extrahiert wurden, sowohl die chemische Zusammensetzung als auch die Isotopenzusammensetzungen von Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Letztere geben Aufschluss über die Herkunft des Kometenmaterials und liefern somit einen wichtigen Mosaikstein zum Verständnis der Entstehungsgeschichte des Kometen Wild 2.

Nach dieser gemeinsamen Anfangsstudie können nun alle beteiligten Gruppen eigenverantwortlich weiterforschen. "Es gibt Arbeit für viele Jahre, wir haben bisher nur einen sehr kleinen Teil des Kometenmaterials untersucht", sagt Philipp Heck vom Mainzer Max-Planck-Institut. Damit erhoffen sich die Forscher weitere detaillierte Einblicke in die Kinderstube unseres Sonnensystems.

Quelle: Pressemitteilung Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.