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Autor: Ralph-Mirko Richter / 23. September 2010, 10:20 Uhr

Entstand Phobos durch einen Impakt auf dem Mars?

Durch neue Analysen der von verschiedenen Marssonden gewonnenen Daten verdichten sich die Hinweise darauf, dass der Marsmond Phobos das Resultat eines gigantischen Asteroideneinschlags auf der Marsoberfläche ist. Entsprechende Forschungsarbeiten wurden auf einem gerade in Rom stattfindenden Wissenschaftskongress vorgestellt.

Quelle: EPSC 2010
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NASA, JPL, University of Arizona

Bild vergrößernEin Foto des Marsmondes Phobos, erstellt von der HiRISE-Kamera an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter. Am linken Rand dieser Falschfarbenaufnahme ist der Stickney-Krater zu erkennen, welcher mit einem Durchmesser von etwa 10 Kilometern den größten Krater auf diesem Mond bildet.
(Bild: NASA, JPL, University of Arizona)
In der Nacht vom 11. auf den 12. August 1877 entdeckte der amerikanische Astronom Asaph Hall im Rahmen einer gezielten Beobachtungskampagne zwei kleine, unscheinbare Punkte, welche unseren äußeren Nachbarplaneten auf sehr engen Bahnen umlaufen. Bis in die Gegenwart war die Herkunft der beiden Marsmonde Phobos und Deimos eines der großen ungelösten Rätsel in der Entwicklungsgeschichte des inneren Sonnensystems. Die Wissenschaftler favorisierten dabei gleich drei Theorien.

Die in der Öffentlichkeit wohl bekannteste These besagt, dass es sich bei den beiden Objekten um zwei ehemalige Asteroiden aus dem Asteroidenhauptgürtel handelt, welcher zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter angesiedelt ist. Hierfür spricht unter anderem die Tatsache, dass beide Monde anscheinend eine gewisse Ähnlichkeit mit bestimmten dort vorkommenden Asteroiden-Typen aufweisen. Andere Meinungen gehen von einer Entstehung in unmittelbarer Nähe des Mars aus, wobei sich die beiden Monde aus einer Akkretionsscheibe gebildet haben sollen.

Das hierfür benötigte Material könnte entweder bei der Bildung des Mars nicht "verbraucht" worden sein und somit unmittelbar aus der Frühzeit unseres Sonnensystems stammen oder aber durch die Zerstörung eines vorher in einer Umlaufbahn um den Mars befindlichen Objektes geliefert worden sein. Die dritte Theorie sieht dagegen als auslösenden Faktor für die Bildung der beiden Objekte einen gigantischen Asteroideneinschlag auf der Oberfläche des Mars. "Das Verständnis der Zusammensetzung der beiden Monde ist der Schlüssel, um ihre Entstehung erklären zu können", so Dr. Marco Giuranna vom Instituto di Fiscia dello Spazio Interplanetario in Rom/Italien.

Die am vergangenen Montag auf dem gerade in Rom stattfindenden European Planetary and Science Congress (EPSC 2010) im Rahmen von insgesamt 12 Vorträgen vorgestellten Forschungsarbeiten verschiedener internationaler Wissenschaftlergruppen könnten jetzt dazu beitragen, genau dieses Verständnis zumindest für den inneren und größeren der beiden Monde zu verbessern. Die Resultate der einzelnen Arbeiten führen nach Meinung der beteiligten Wissenschaftler zu dem Schluss, dass sich Phobos einstmals infolge eines gewaltigen Impaktereignisses gebildet hat. Demzufolge, so Jean Pierre Bibring vom französischen Institut für Astrophysik, hätte in der Vergangenheit ein gewaltiger Asteroid oder Protoplanet den noch vergleichsweise jungen Mars getroffen.

Durch die Wucht des Einschlags wurde Material von der Planetenoberfläche weggeschleudert und formte in der unmittelbaren Umgebung des Mars eine Akkretionsscheibe, welche sich sowohl aus dem Material des Impaktors als auch aus Teilen der oberen Marskruste zusammensetzte. Aus dieser Scheibe bildete sich anschließend im Rahmen eines für die Planetenentstehung normalen Prozesses der heutige Marsmond Phobos. Die verschiedenen Computermodelle der Wisschenschaftlergruppen zeigen, dass sich durch dieses Entstehungsszenario die jetzt gewonnenen Daten bezüglich der mineralogischen Zusammensetzung, der Dichte, Masse und Umlaufbahn von Phobos am besten erklären lassen.

ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernEine Animation der beiden Marsmonde Phobos und Deimos. Die zugrundeliegenden Aufnahmen der HRSC-Kamera am Bord des Marsorbiters Mars Express wurden am 5. November 2009 ab 08:14 Uhr MEZ über einen Zeitraum von etwa 90 Sekunden angefertigt. Insgesamt wurden 120 Einzelaufnahmen für diese Animation verwendet. Norden befindet sich rechts im Bild.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
Vorangegangene Untersuchungen im sichtbaren und Nahinfrarotbereich deuteten auf das Vorhandensein von kohlenstoffreichem Material auf der Oberfläche des Mondes hin. Diese Oberflächenzusammensetzung wird normalerweise mit einer bestimmten Klasse primitiver Asteroiden im zentralen und äußeren Bereich des Hauptgürtels, den sogenannten C-Typ-Asteroiden assoziiert. Dies war bisher das Hauptargument für die Theorie des "eingefangenen Asteroiden". Thermale Infrarotuntersuchungen, welche mit dem Planetary Fourier Spectrometer (PFS) an Bord der von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Marssonde Mars Express durchgeführt wurden, konnten das Vorhandensein dieses Materials jedoch nicht bestätigen.

Stattdessen kam das die Daten auswertende Wissenschaftlerteam um Dr. Giuranna zu dem Ergebnis, dass die angefertigten Spektralmessungen darauf hinweisen, dass die Mondoberfläche von sogenannten Phyllosilikaten dominiert wird, welche auch auf der Oberfläche des Mars vorhanden sind. "Wir konnten hier zum ersten Mal Phyllosilikate auf der Oberfläche von Phobos, speziell in einem Gebiet nordöstlich des Stickney-Kraters, nachweisen", so Dr. Giuranna. "Dies ist insofern von besonderem Interesse, da sich diese Art von Mineralen nur bei einer erfolgenden Interaktion von silikatischem Gestein mit flüssigem Wasser bildet. Diese Wechselwirkung muss dabei nach unseren Erkenntnissen noch vor der Entstehung von Phobos stattgefunden haben." Des Weiteren hat das Team in einigen der aufgezeichneten Spektren Anzeichen für das Vorhandensein von Feldspat gefunden. Laut Dr. Giuranna weisen keine der bisher untersuchten Chondrite - auf der Erde gefundene Meteoriten, welche ihren Urspruch auf den C-Klasse-Asteroiden haben - eine vergleichbare Zusammensetzung auf.

ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernDie beiden Monde Phobos (rechts im Bild) und Deimos wurden am 5. November 2009 gemeinsam auf einem Bild von dem Marsorbiter Mars Express abgebildet. Links die Originalaufnahme, rechts die nachbearbeitete Bildversion.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
In die gleiche Kerbe schlägt auch ein Team um Pierre Vernazza, welches sich ausführlich mit der Analyse von Meteoriten befasst hat. Bei mehreren der auf der Erde aufgefundenen Meteoriten gehen die Wissenschaftler aufgrund der Zusammensetzung davon aus, dass sie ursprünglich von Phobos stammen könnten. Eines dieser Objekte, der Meteorit "Taggish Lake" wurde jetzt genauer untersucht. Dabei zeigte sich, dass sich dessen Spektrum zwar mit einigen Oberflächenspektren von Phobos deckt, der Meteorit jedoch mit einem Wert von 1,62 Gramm pro Kubikzentimeter eine deutlich geringere Dichte aufweist und somit aller Wahrscheinlichkeit nach nicht von Phobos stammen kann. "Sollte es sich bei Phobos wirklich um einen eingefangenen Asteroiden handeln, so sind uns bisher noch keine Meteorite mit einer entsprechenden Zusammensetzung bekannt", so Pierre Vernazza. Dies wiederum wäre ein Indiz dafür, dass es sich bei Phobos nicht um einen ehemaligen Asteroiden handelt.

Ebenfalls mit der Zusammensetzung der Mondoberfläche beschäftigte sich das Team um Ernesto Palomba, welcher auch am Instituto di Fiscia dello Spazio Interplanetario tätig ist. Hierfür wurden die Daten des Thermal Emission Spectrometer (MGS-TES) an Bord des mittlerweile nicht mehr aktiven Marsorbiters Mars Global Surveyor unter Zuhilfenahme neuer Algorithmen erneut ausgewertet. Die auf diese Weise gewonnenen Ergebnisse geben deutliche Hinweise darauf, dass sich die Oberfläche von Phobos aus einer Mischung aus Phyllosilikanten, Olivinen und Pyroxenen zusammensetzt. Dies ist eine Komposition, welche sich definitiv nicht mit der Zusammensetzung der Asteroiden der Typen "C" und "D" deckt. Vielmehr weist das Material eine ähnliche Zusammensetzung wie einige Bereiche des Nili Fossae auf, welches sich auf dem Mars an der dortigen Grenze zwischen der nördlichen Tiefebene und dem südlichen Hochland befindet.

Unterstützt wird die These durch neue Messungen der Dichte des Marsmondes, welche das "Radio Science Experiment"-Team um Dr. Martin Pätzold vom Rheinischen Institut für Umweltforschung an der Universität Köln durchgeführt hat. Bei mehreren dichten Vorbeiflügen an dem Marsmond erlebte die Marssonde Mars Express durch die Gravitationskraft des Mondes bedingte minimalste Bahnabweichungen, welche sich durch die Veränderung eines von der Sonde ausgestrahlten Radiosignals bemerkbar machten. Durch die Stärke des dabei entstehenden Dopplereffektes konnten die Wissenschaftler die von Phobos ausgehende Gravitationsbeschleunigung und damit auch Masse und Dichte des Mondes neu bestimmen. Der dabei ermittelte Wert von lediglich 1,86 plus/minus 0,02 Gramm pro Kubikzentimeter ist deutlich geringer als die Dichte der auf der Erde gefundenen Meteoriten, welche mit verschiedenen Asteroiden in Verbindung gebracht werden.

ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum)

Bild vergrößernAuf dieser Aufnahme sind die beiden für die Landung der Mission Phobos-Grunt vorgeschlagenen Landeplätze zu erkennen. Die Sonde Mars Express fertigte das Bild am 7. April 2010 im Rahmen eines nahen Phobos-Vorbeifluges an.
(Bild: ESA, DLR, FU Berlin (G. Neukum))
"Aus diesem Wert ergibt sich, dass Phobos in seinem Inneren über eine sehr schwammartige Struktur verfügt, welche sich zu etwa 25 bis 45 Prozent aus Hohlräumen zusammensetzt", so Dr. Rosenblatt vom Royal Observatory in Belgien. "Eine hohe Porösität des Mondinneren unterstützt allerdings die Theorie einer Bildung im Marsorbit." Demzufolge hätten sich zuerst größere Trümmerstücke zu einem losen Verbund zusammengeschlossen. Kleinere Trümmer hätten die dabei entstehenden Lücken anschließend nicht mehr komplett ausfüllen können.

Die Resultate der einzelnen Arbeiten führen nach Meinung der beteiligten Wissenschaftler zu dem Schluss, dass sich Phobos einstmals infolge eines gewaltigen Impaktereignisses gebildet hat. Demzufolge, so Jean Pierre Bibring vom französischen Institut für Astrophysik, hätte in der Vergangenheit ein gewaltiger Asteroid oder Protoplanet den noch jungen Mars getroffen. Durch die Wucht des Einschlags wurde Material von der Planetenoberfläche weggeschleudert und formte in der unmittelbaren Umgebung des Mars eine Akkretionsscheibe, welche sich sowohl aus dem Material der Impaktors als auch aus Teilen der oberen Marskruste zusammensetzte. Aus dieser Scheibe bildete sich anschließend im Rahmen eines für die Planetenentstehung normalen Prozesses der heutige Marsmond Phobos. Die verschiedenen Computermodelle der Wisschenschaftlergruppen zeigen, dass sich durch diesen Entstehungsprozess die jetzt gewonnenen Daten am besten erklären lassen.

Die vortragenden Wissenschaftler haben im Rahmen ihrer Erläuterungen aber auch darauf hingewiesen, dass ihre Ergebnisse nur vorläufiger Natur sind und durch weitere Messungen, neue Computermodelle oder ausführliche vergleichende Laboranalysen untermauert oder ergänzt werden müssen. Große Erwartungen werden in diesem Zusammenhang auch auf die zukünftige russische Marsmission Phobos-Grunt gerichtet. Diese soll im Oktober/November 2011 zum Phobos aufbrechen, dort landen und eine Bodenprobe entnehmen. Diese Probe von etwa 200 Gramm Phobosmaterial soll dann im Rahmen einer sogenannten "Sample Return"-Mission zur Erde befördert werden, im Jahr 2014 in Kasachstan landen und anschließend in einem Labor untersucht werden. Die Wissenschaftler hoffen, dass auf diese Weise die Entstehung des größeren Marsmondes endgültig geklärt werden kann.

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