Hayabusa 2 am Ziel: Wilde Spekulationen zu primitiven Meteoriten

Nachdem die letzten Beiträge eher planetar orientiert waren, jetzt mal wieder was von der anderen Seite der Planetologie. Allerdings auch missionsbezogen: es geht um Hayabusa 2, die japanische JAXA-Sonde, die am Asteroiden Ryugu eingetroffen ist. Das Ganze ist eine Sample-Return Mission, im Oktober soll nach ausführlicher Begutachtung des gerade mal 900 Meter durchmessenden Gesteinsklopses eine Landeeinheit (Mascot) aufsetzen und Proben einsammeln.

(162173) Ryugu ist vom Apollo-Typ, kreuzt also die Erdbahn, was die Mission einfach macht (relativ). Und den Asteroiden auch relativ gefährlich, auch wenn ein Impaktor von dieser Größe wohl nicht das Ende der Welt wie wir sie kennen bedeuten würde. Aber einen gewaltigen Schaden würde er schon anrichten, der Impaktor welcher das Nördlinger Ries anrichtete war von vergleichbarem Umfang.

Was also können wir von wissenschaftlicher Seite von der Mission erwarten? Bisher weiss man eigentlich gar nicht so viel über die Zusammensetzung des Asteroiden. Er ist vom Cg-Typen, Spektroskopie im nahen Infrarot deutet auf Tonminerale hin, also Matsch. Aber weitergehende Spektroskopie von der Erde aus war nicht so erfolgreich, keine zackeligen Linien um die Zusammensetzung deutlicher zu machen. Die Meteorite in unsere Sammlungen, die aufgrund der Datenlage am ähnlichsten zu der Oberfläche Ryugus sind, wären dann wohl die C1 und C2 Chondrite. Dies macht das ganze durchaus auch für mich persönlich interessant. Kohlige Chondrite waren immer mal wieder Teil meiner wissenschaftlichen Arbeit, meine Dissertation war sogar ganz und gar über die Untergruppe der C1-Chondrite (hier lang wer sich das Teil antun möchte). Später untersuchte ich die Flöte der CR Chondrite im Rahmen einer Studie über nukleare Entsorgung. Da sollte ich doch auch mal einen Eintrag drüber machen.

Und gerade in Zusammenhang mit den kohligen Chondriten werden wohl in Verbindung mit der Zusammensetzung Ryugus zwei Begriffe auftauchen und durcheinander geworfen werden: primitiv und pristin. Diese werden gerne in der Meteoritenforschung synonym verwendet, auch wenn sie nicht unbedingt dasselbe bedeuten. Pristines Material heißt wirklich ursprüngliches Material aus der Frühzeit des Sonnensystems, also unveränderter ‘Urstoff’. Eigentlich auch das nicht, es handelt sich um Material, daß in den ersten paar Millionen Jahren in der zirkumstellaren Scheibe um die junge Sonne aus dem eigentlichen Ausgangsmaterial des Sonnensystems, Staub aus den molekularen Wolken, entstand.

Primitiv sollte jetzt eigentlich dasselbe bedeuten, tut es aber nicht immer. Denn ‘primitiv’ wird auch gerne bezüglich der chemischen Zusammensetzung verwendet, und da bedeutet dieser Begriff in der Meteoritenforschung und Kosmochemie, dass ein Material die Zusammensetzung des Gesamtsonnensystems (praktisch also der Sonne) hat. Nur heißt das bei Meteoriten eben nicht, das diese dann auch mineralogisch ‘primitiv’ im Sinne von pristin sind. Denn diese primitiven Meteorite bestehen in der Regel aus hydratisierten Mineralen, also eben nicht dem Ausgangsmaterial.

Asteroid Ryugu. Credit: JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of
Technology,
Meiji University, University of Aizu, AIST.

Was also können wir den ersten Bildern entnehmen? Kohlige Chondrite sind, wie der Name schon andeutet, eher von dunkler Natur. Der Tagish Lake Meteorit, 2000 kurz nach dem Fall eingesammelt, ist je nach Studie vom Typ 1 oder 2. Und ich erinnere mich, die Proben damals waren tiefschwarz, wie ein Stück sehr poröse Kohle, in dem das Licht regelrecht verschluckt wird. Auf den Bildern wirkt die Oberfläche jetzt nicht so dunkel. Mit der Helligkeit bin aber mal vorsichtig, da könnte in der späteren Bearbeitung wohl noch einiges passieren. Das könnte ein Hinweis auf Space Weathering sein, bei dem die obersten Schichten der Minerale durch Partikel aus der Sonne und Mikrometeorite beschädigt werden – es bildet sich eine wenige Mikrometer dünne Glasschicht mit kleinen Metallpartikeln (da der Sauerstoff aus den Silikaten zum Teil verloren geht). Und das verändert auch die optischen Eigenschaften.

Was sonst noch auffällt: ein paar schöne Krater (war aber zu erwarten). Und da liegen ja größere Blöcke herum. Ganz auffällig die große, helle Platte am Nordpol (?). Und auch sonst sind so helle Felsen auf der Oberfläche verteilt. Wie gesagt, mit Helligkeit und Kontrasten muss man erst mal vorsichtig sein. Als Hypothese könnte ich mir zwei Prozesse vorstellen. (A) wäre externes Material – also Überreste eines anderen Körpers, den es bei einer Kollision zerlegt hat. Ryugu is möglicherweise, wie so viele Asteroide, Trümmerteil eines anderen Mutterkörpers. Deshalb könnte es einfach nur Material einer solchen Kollision auf dem Mutterkörper sein, das sich danach halt nochmal neu gemixt hat, z.B. bei der Abtrennung. Oder eben auch in einer spätere Kollision.

Viele Meteorite sind ohnehin keine homogenen Klumpen aus einem Meteoritenyp, sondern Breckzien. Sie bestehen also (im Falle der polymikten Brekzien) aus Material von mehreren Meteoritentypen, die bei Einschlägen auf der Oberfläche eines Mutterkörpers gemixt wurden. Schönes Beispiel wäre Almahata Sitta, der weithin beobachtete Fall von 2008 im Sudan. Der Meteorit ist als Ureilit klassifiziert. Diese gehören zu den primitiven (schon wieder… aber hier mit anderer Bedeutung) Achondriten. Er gehört also zu der Gruppe der Meteorite, die von einem differenzierten Körper stammen, durch die frühe Aufheizung Kern und Mantel gebildet hat. Die primitiven Achondrite stellen eine frühe Phase dieses Prozesses dar, weil die Chemie der Meteorite noch recht ähnlich derer der primitiven Chondrite ist. Was darauf hindeutet, das sich auf dem Mutterkörper zwar schon etwas, aber halt noch nicht all zuviel getan hat.Es gibt Anzeichen für die erste Stufe der Kernbildung, und vielleicht einer Kruste.

Und in dem ureilitischen Ausgangsmaterial stecken dann unzählige Fragmente, die anderen Meteoritengruppen zugeordnet werden können. Ein anderes Beispiel ist Kaidun (noch ein richtig schöner Beitrag aus dem PSRD hier), ein Fall von 1980 in Jemen und Kandidat für die wohl heterogenste polymikte Brekzie. Neben einer großen Bandbreite an Fragmente bekannter Meteoritentypen enthält Kaidun (allerdings nicht als einziger) auch bisher unbekanntes Material. Kaidun ist dermaßen brekziert, dass es schwierig ist ihn vernünftig zu klassifizieren, am ehesten scheint er in die Schublade CR2 zu passen. Viel Material ist nicht im Umlauf, es wird nur scheibchenweise vergeben – und dafür umso intensiver analysiert (/abschweif).

Wobei allerdings das alles gar nicht unbedingt heißen muss, dass dabei Material von anderen Körpern eingetragen wurde, es kann sich auch um Trümmer anderer Regionen auf dem Ausgangskörper handeln. Ist kompliziert, und ist eine Überleitung zu Fall (B).

Bei (B) würde es sich eben um verschiedene Lithologien handelt, also unterschiedliche Gesteinsverbände oder Schichten die sich auf dem Mutterkörper gebildet haben. Da es sich wohl um C1 oder C2-Material handelt, wäre der Hauptverdächtige die aquatische Alteration, also die Umwandlung des (Achtung!) pristinen Ausgangsmaterial (trockene Silikate) durch mehr oder weniger zirkulierende Flüssigkeit. Diese entstand aus Eis, das mit dem Gesteinsmaterial akkretiert ist, und dann durch kurzlebige Isotope aufgeschmolzen wurde. Da könnten sich dann Bestanteile in der Flüssigkeit gelöst haben und anderswo ausgefällt worden sein. Ob da jetzt Wasser großräumig durch den Mutterkörper zirkulierte (besser: diffundierte), oder selbiger eher wie ein Schwamm mit Wasser gesättigt war, ist auch so eine Frage, deren Lösung wir vielleicht durch die Daten der Sonde näher kommen könnten. Um was für eine Brühe es sich handelte, kann man dann aus den miteinander vorkommenden Mineralen herausfinden, ebenso z.B. die Temperatur (so um die 100°C wie es aussieht).

Und dann noch einige Ecken, die etwas ‘glatter’ wirken inmitten der felsenübertreuten Oberfläche, vor allem in Höhe des Ringwulstes. Bei der Auflösung muss das nicht viel heißen, da können wohl immer noch metergroße Felsen liegen. Aber schon die Sonde NEAR beobachtete auf Eros (ist auch schon wieder 16 Jahre her …meine Güte) bei höchster Auflösung ‘Tümpel’ (Ponds) aus sehr feinem Material. Eine Studie identifizierte gar mögliche Meteorite mit vergleichbarem Material.

Ohne genauere Daten ist das alles natürlich erst mal Spekulation. Aber die Sonde hat eine ganze Ladung an Geräten an Bord, wird also auch über die Proben hinaus Ergebnisse liefern. Das wären dann mal meine vorläufigen Einwürfe, nach der Sommerpause werden wir hoffentlich mehr wissen.

Mein Interesse an Planetologie und Raumforschung begann schon recht früh. Entweder mit der Apollo/Sojus Mission 1975. Spätestens aber mit dem Start der Voyager-Sonden 1977, ich erinnere mich noch wie ich mir mein Leben in der fernen Zukunft des Jahres 1989 vorzustellen versuchte, wenn eine der Sonden an Neptun vorbeifliegen würde. Studiert habe ich dann Mineralogie in Tübingen (gibt es nicht mehr als eigenständiges Studienfach). Anstatt meinen Kommilitonen in die gängigen Richtungen wie Keramikforschung zu folgen, nahm ich meinen Mut zusammen und organisierte eine Diplomarbeit über Isotopenanalysen von Impaktgestein aus dem Nördlinger Ries Einschlagkrater. Dem folgte dann eine Doktorarbeit über primitive Meteorite in Münster. Nach 10 Jahren als PostDoc in verschiedenen Ecken der Welt arbeite wieder am Institut für Planetologie in Münster, an Labormessungen für die ESA/JAXA Raumsonde BepiColombo, die demnächst zum Merkur aufbrechen wird. Mein ganzes Arbeitsleben drehte sich bisher um die Untersuchung extraterrestrischer (und damit verwandter) Materialien: Gesteine aus Impaktkratern, die ganze Bandbreite Meteoriten (von den ganz primitiven Chondriten bis hin zu Marsmeteoriten). Zu meiner Forschung gehören auch Laborexperimente, in denen Vorgänge im frühen Sonnensystem nachgestellt wurden. Mein besonderes Interesse ist, die Laboruntersuchungen von extraterrestrischem Material mit Fernerkundungsdaten (im Infrarot) zu verknüpfen. Das vor allem mit Daten aus der planetaren Fernerkundung durch Raumsonden, aber auch mit Beobachtungen junger Sonnensysteme durch Teleskope.

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