Quelle: MPS/Aktuelles/Nachrichten/Marsmission: Härtetest für die Suche nach Leben, 18. Juni 2026

In Kürze:

• Marsmission: Ab 2030 soll der ESA-Rover Rosalind Franklin auf dem Mars nach Überresten von Leben suchen. Das MPS schickt ein Messinstrument mit auf die Reise.
• Lebensspuren: Das Instrument bestimmt unter anderem eine entscheidende Eigenschaft organischer Moleküle: ihre Chiralität. Sie verrät, ob die Moleküle je Teil eines lebenden Organismus waren.
• „Machbarkeitsstudie“: Als Vorbereitung haben Forschende nun erstmals nach diesem Prinzip Meteoritenproben erfolgreich auf zwei besonders aussagekräftige chemische Verbindungen untersucht.
• Irdische Verunreinigungen: Die Messungen finden zudem Hinweise darauf, dass Meteorite beim Sturzflug durch die Erdatmosphäre Reste fossiler Brennstoffe „einsammeln“.

Vor Milliarden von Jahren herrschten auf dem Mars deutlich angenehmere Umweltbedingungen als heute. Wahrscheinlich war unser Nachbarplanet damals warm, feucht und von einer dichten Atmosphäre umgeben. Ob sich zu jener Zeit einfache Mikroorganismen entwickelt haben könnten, bleibt eine offene Frage. Zwar haben NASA-Rover in Marsgestein organische Moleküle gefunden, doch keines davon lässt sich eindeutig mit Leben in Verbindung bringen. Rosalind Franklin soll ab 2030 die „Suchmannschaft“ auf dem Mars verstärken. Der europäische Rover ist unter anderem darauf spezialisiert, organische Moleküle aufzuspüren. Forschende vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), der Universität Göttingen und der Universität Côte d’Azur in Nizza (Frankreich) haben das dabei verwendete Messprinzip jetzt einem neuen Härtetest unterzogen.

Den Beweis für vergangenes Leben auf dem Mars zu erbringen, ist eine schwierige Aufgabe, auch für den ESA-Rover. Wie lassen sich organische Moleküle, die vor Milliarden von Jahren Teil eines Organismus waren, von solchen unterscheiden, die durch nicht-biologische Prozesse entstanden sind? Und welche Moleküle sind besonders geeignet, ihre Vergangenheit preiszugeben? Die Forschenden setzen ihre Hoffnungen auf Pristan (C₁₉H₄₀) und Phytan (C₂₀H₄₂), zwei Kohlenwasserstoffe, die auf lebendige Organismen zurückzuführen sind. Auf der Erde kommen sie als Bestandteile von Erdöl vor und sind besonders stabil. „Sollte es einst Leben auf dem Mars gegeben haben, dann stellen Moleküle wie Pristan und Phytan wichtige molekulare Biosignaturen dar, die bis heute überdauert haben könnten“, so MPS-Wissenschaftler Guillaume Leseigneur, Erstautor der neuen Studie.

Gespiegelte Moleküle

Eine weitere Eigenschaft macht die Stoffe Pristan und Phytan zu aussichtsreichen Lebensindikatoren. Wie viele andere organische Verbindungen sind sie chiral. Das bedeutet, dass sie in verschiedenen Konfigurationen, sogenannten Enantiomeren, auftreten können. Diese unterschieden sich lediglich in der räumlichen, nämlich spiegelbildlichen Anordnung ihrer Atome innerhalb des Moleküls – ein wenig wie die Finger der linken und rechten Hand. „Die Chiralität ist ein wertvolles Werkzeug für die Suche nach vergangenem, extraterrestrischem Leben“, so Koautor Uwe Meierhenrich von der Universität Côte d’Azur. In Organismen treten chirale organische Moleküle fast ausschließlich in einer von zwei spiegelbildlichen Bauweisen auf. Das gilt auf der Erde – und muss aufgrund der selbstreproduzierenden Eigenschaften des Lebens auch für jedes potenzielle außerirdische Leben gelten. Sind dieselben Moleküle nicht-lebendigen Ursprungs, dürften beide Bauweisen zu gleichen Teilen vorliegen.

Meteorit und Mars-Ersatz

Der Mars-Rover Rosalind Franklin kann zwischen organischen Molekülen verschiedener Chiralität unterscheiden. Diese Aufgabe übernimmt der Mars Organic Molecule Analyser (MOMA), ein Instrument, das einen Gaschromatographen, ein Massenspektrometer sowie kleine Öfen und einen Anregungslaser vereint. Es wurde unter der Leitung des MPS entwickelt und gebaut. Mit dem Gaschromatographen und Massenspektrometer untersucht das Instrument die flüchtigen Bestandteile von Gesteinsproben, die zuvor in den Öfen erhitzt wurden. Das so erzeugte Gasgemisch durchläuft verschiedene, dünne, auf ihrer Innenseite beschichtete Röhren. Da chirale Varianten derselben Molekülsorte verschieden schnell mit den Beschichtungen reagieren, lassen sie sich so zeitlich trennen.

In den aktuellen Messungen, für die das Team baugleiche Zwillinge der MOMA-Röhren nutzte, ist dies nun erstmals für Pristan und Phytan gelungen. Beide Stoffe sind ausgesprochen reaktionsträge. „Pristan und Phytan chiral voneinander zu trennen, stellt hohe Anforderungen an Empfindlichkeit und Messgenauigkeit des Instrumentes. Beides kann MOMA leisten“, erklärt Koautorin und MOMA-Teammitglied Fatma Yesil Sahan vom MPS. Als Ersatz für Marsgestein griffen die Forschenden zu Proben des Meteoriten Murchison, der 1969 über Australien niederging. Wie andere kosmische Brocken enthält er eine Vielzahl organischer Moleküle: einige, die zu seiner Grundausstattung gehören, und andere, die durch biologische Verunreinigungen etwa an der Fundstelle hinzugekommen sind. Pristan und Phytan dürften, so die Annahme der Forschenden, zu letzteren gehören.

Rätselhafte Verunreinigungen

Doch das Ergebnis der Messungen überraschte: Der Meteorit Murchison enthält alle chiralen Bauweisen von Pristan und Phytan zu gleichen Teilen – ganz anderes als jede Biomasse, mit der er an seiner Fundstelle in Berührung gekommen sein kann. Er muss die Verunreinigungen bereits beim Sturzflug durch die Atmosphäre durch Kontakt mit Aerosolen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe aufgenommen haben, so der Schluss der Forschenden. Darauf deuten Vergleichsmessungen von Pristan und Phytan hin, die in Ölschiefern, Sedimentgesteinen, die einen Vorläufer von Erdöl enthalten, erhalten geblieben sind. „Erdöl bildet sich in diesen Gesteinen über Millionen von Jahren in großen Tiefen unter dem Einfluss von Hitze und Druck“, sagt Koautor Manuel Reinhardt von der Universität Göttingen. Unter solchen Bedingungen geht das chirale Ungleichgewicht verloren. Dies ist eine plausible Erklärung für die gleichen Anteile aller chiralen Varianten von Pristan und Phytan im Murchison-Meteoriten.

Das Forschungsteam betrachtet die neuen Messungen nicht nur als erfolgreichen Probelauf für die Aktivitäten von MOMA auf dem Mars. Vielmehr werfen die Ergebnisse auch weitere Fragen zum Ursprung organischer Moleküle in Meteoriten sowie zu den steigenden Konzentrationen von Erdölverunreinigungen in unserer Atmosphäre auf.

Das Instrument MOMA ist Teil der ExoMars-Mission der ESA zum Mars. Es wurde im Rahmen eines Programms der Europäischen Weltraumorganisation entwickelt und gebaut und von dieser finanziert.

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• ExoMars-Rover Rosalind Franklin

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Während der Bronzezeit stand im Nordwesten des heutigen Jordaniens eine mächtige Stadt: Dicke Stadtmauern, ein mehrstöckiger Palast und ein 30 Meter hoher Wachturm sind nachgewiesen – doch diese Stadt sollte untergehen. Wie genau sie zerstört wurde, darüber wurde in den letzten Jahren ein wissenschaftlicher Disput geführt.

Karl erzählt in dieser Folge von der Ausgrabungsstelle Tell el-Hammam: Der Ort liegt 14 Kilometer nordöstlich des Toten Meeres im Jordantal. Hier siedelten Menschen schon zur Zeit der Römer, aber auch lange davor, über Tausende von Jahren wurden dort Städte aufgebaut und gingen wieder zugrunde. Im September 2021 veröffentlichte ein Team aus Archäologen, Geologen, Metallurgen und Materialwissenschaftlern im Fachmagazin Scientific Reports eine Studie, die zeigen sollte: Die Stadt sei in der Bronzezeit vor rund 3670 Jahren geradezu zertrümmert worden. Heiße Winde seien vom Himmel über die Stadt gekommen, hätten vier Meter breite Lehmziegel zerbröselt, Dachziegel geschmolzen und den Schutt samt dem Hausrat ihrer Bewohner über ein großes Areal verteilt. Schuld daran seien keine kriegerischen Auseinandersetzungen oder irdische Naturkatastrophen gewesen – sondern ein Meteorit aus dem All, der über dem Toten Meer detoniert sei und eine heiße Druckwelle ausgesandt habe.

Die wissenschaftliche Arbeit korrespondiert mit einer Erzählung aus dem Alten Testament, die bis heute sprichwörtlich ist: Sodom und Gomorra mussten untergehen, weil der biblische Gott dort unhaltbare Zustände vorfand. Aber war das bronzezeitliche Tell el-Hammam wirklich eine Art Vorbild für das Sodom aus dem Buch Genesis des Alten Testaments – und wie gut sind die Argumente in der Studie?

Sie waren überhaupt nicht gut, wie sich kürzlich zeigte: Im April 2025 wurde die Studie von Scientific Reports zurückgezogen. Externe Forschende hatten manipulierte Fotos, falsch eingeordnete historische Vorbilder und Modelle gefunden. Es lag klar wissenschaftliches Fehlverhalten vor, das den Richtlinien des Journals widersprach.

Aber was steckt dahinter? Einen Hinweis geben die ursprünglichen Autoren selbst: Für die Grabung in Jordanien hatte ein Teil des Teams Gelder gemeinsam mit evangelikalen US-Gruppen gesammelt, die sich ihrerseits der Unfehlbarkeit der christlichen heiligen Schriften verschrieben haben. Es sind Vertreter des Kreationismus der alten Erde: Sie erkennen zwar manche naturwissenschaftliche Erkenntnisse an, etwa das Alter der Erde von 4,5 Milliarden Jahren. Doch gleichzeitig müssen wissenschaftliche Erkenntnisse für sie kompatibel mit der Bibel sein.

Diese Folge ist das 5. Türchen der #WissPodWeihnacht, des Adventskalenders von Wissenschaftspodcasts.de. Hört euch gerne auch die anderen Türchen an!

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf Apple Podcasts oder Spotify zu finden.

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• Tunguska 1908

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Autor: Thomas Geuking, Quelle: NASA.

Der Eintritt des Asteroiden in die Atmosphäre erzeugte einen hellen Feuerball oder Boliden, der sogar aus der Tschechischen Republik gesehen wurde, und kleine Meteoriten haben am Eintrittsort in die Atmosphäre etwa 60 Kilometer westlich von Berlin, die Erdoberfläche erreicht. In den vergangenen Tagen haben sich zahlreiche Hobby-Astronomen und Neugierige auf den Weg gemacht, um dort nach Stückchen des Mini-Asteroiden zu suchen. Der Asteroid wurde als 2024 BX1 bezeichnet und hatte eine Größe von etwa einem Meter.

Kleine Asteroiden wie dieser treffen von Zeit zu Zeit unseren Planeten. Sie stellen keine Gefahr für das Leben auf der Erde dar, können aber eine wichtige Demonstration der Fähigkeit der NASA zur schnellen Berechnung der Flugbahnen und der Veröffentlichung von Einschlagwarnungen sein. Bereits 95 Minuten vor dem Eintritt in die Atmosphäre konnte das Scout-System der NASA den Ort und die Zeit des Eintritts vorhersagen. Dies ist erst das achte Mal in der Geschichte, dass ein kleiner erdgebundener Asteroid noch im Weltraum entdeckt wurde, bevor er in unsere Atmosphäre eindrang und dort verglühte.

Das Zentrum für Near Earth Object Studies (CNEOS) berechnet die Umlaufbahn jedes bekannten Near-Earth Objects, (NEO) um der NASA Bewertungen potenzieller Einschlaggefahren zu liefern. Dazu sammelt das Scout-Programm, das vom CNEOS am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien entwickelt wurde und betrieben wird, Informationen von Webseiten über potenzielle Asteroidenentdeckungen und berechnet die möglichen Flugbahnen, noch bevor diese Objekte als Entdeckungen bestätigt wurden.

Der Asteroid 2024 BX1 wurde erstmals weniger als drei Stunden vor seinem Einschlag von Krisztián Sárneczky an der Bergstation Piszkéstető des Konkoly-Observatoriums in der Nähe von Budapest in Ungarn beobachtet. Diese frühen Beobachtungen wurden dem Minor Planet Center – einer Organisation für die Sammlung, Auswertung und Veröffentlichung von Daten über Kleinplaneten (Asteroiden, Zwergplaneten) und Kometen – gemeldet und automatisch auf der Webseite für erdnahe Objekte veröffentlicht, damit andere Astronomen zusätzliche Beobachtungen machen konnten. Diese Daten dienten dann dem Scout-System als Grundlage für die weiteren Berechnungen der Flugbahn und die Einschlagwarnung.

Nachdem innerhalb einer knappen halben Stunde drei Beobachtungen auf der Webseite des Minor Planet Center veröffentlicht wurden, erkannte Scout zunächst, dass ein Einschlag möglich war und dass zusätzliche Beobachtungen dringend erforderlich waren. Als Astronomen aus ganz Europa dem Minor Planet Center neue Daten meldeten, wurde die Flugbahn des Asteroiden genauer berechnet und die ermittelte Wahrscheinlichkeit, dass er auf der Erde aufschlägt, stieg erheblich. Siebzig Minuten nachdem 2024 BX1 zum ersten Mal entdeckt wurde, meldete Scout dann eine 100-prozentige Wahrscheinlichkeit eines Erdeinschlags und begann, den Ort einzugrenzen auf Nennhausen im Landkreis Havelland in Brandenburg westlich von Berlin. Der Feuerball am Himmel wurde von vielen Menschen beobachtet und zahlreiche Fotos und Videos im Internet geteilt.

Asteroid, Meteoroid, Meteorit oder Komet: Was ist der Unterschied?

• Asteroiden werden auch als Kleinplaneten oder Planetoiden bezeichnet und haben eine Größe von einem Meter bis zu mehreren hundert Metern. Je größer, desto gefährlicher wäre ein Einschlag auf der Erde. Zurzeit geht aber von keinem der beobachteten Asteroiden eine unmittelbare Gefahr aus.
• Ein Meteoroid ist keiner als ein Asteroid mit einem Durchmesser von einem Millimeter bis zu einem Meter. In den meisten Fällen verglühen sie beim Eintritt in die Atmosphäre vollständig. Treten Meteoroiden in die Atmosphäre ein, so erzeugen sie eine Leuchterscheinung, die Meteor genannt wird. Kleine Meteore werden auch als Sternschnuppen bezeichnet, große als Feuerkugeln oder Boliden. Verglüht ein Meteoroid oder Asteroid nicht vollständig und erreicht die Erdoberfläche, wird er Meteroit genannt.
• Ein Komet ist ein Himmelskörper, der häufig aus Eis, Staub und lockerem Gestein besteht von meist einigen Kilometern Durchmesser, der durch Ausgasen in der Nähe der Sonne einen leuchtenden Schweif entwickelt.

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Im August 1883 ereignet sich zwischen den Inseln Java und Sumatra im heutigen Indonesien eine Katastrophe: Ein Vulkan bricht mit solcher Macht aus, die zuvor nur selten beobachtet worden ist. Der Ausbruch des Krakatau fordert so viele Menschenleben wie nie zuvor in der Geschichte – und er verändert sogar die Atmosphäre nachhaltig. Sulfatpartikel färben über einige Jahre die Sonnenuntergänge weltweit in intensiven Tönen. Aber da ist noch mehr: Aschepartikel und Wasserdampf des Ausbruchs lösen ein neues Phänomen in den oberen Schichten der Atmosphäre aus, das bis heute existiert. Es sind Wolken, die bei Nacht leuchten.

In dieser Folge des AstroGeo Podcasts erzählt Karl von leuchtenden Nachtwolken und wie sie erstmals beobachtet wurden. Vor allem geht es darum, wie genau diese Wolken entstehen können und ob in neuerer Zeit nicht auch andere Faktoren zu ihrer Bildung beitragen. Denn leuchtende Nachtwolken sind nicht nur schön anzusehen – sie sind auch ein deutliches Zeichen dafür, wie rasant wir das Klima der Erde verändern.

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Unser kosmischer Vorgarten besteht aus Himmelskörpern, die kaum unterschiedlicher sein könnten: Da sind verschieden große Planeten und ihre Monde, von denen manche brav auf regulären und andere auf äußerst verschrobenen Bahnen kreisen. Da sind auch Asteroiden, die in Gürteln oder auf kräftefreien Punkten der Planetenbahnen herumlungern.

Karl erzählt in dieser Folge davon, wie Planeten, Monde, Asteroiden, Kometen und sonstiger planetarer Schutt an ihren heutigen Platz gekommen sind. Es geht um das Nizza-Modell, eine Simulation des Planetensystems vor rund 3,9 Milliarden Jahren, als die großen Gasplaneten sich gegenseitig in die Quere kamen und wahrscheinlich eine gewaltige Katastrophe auslösten. Dabei wurde das Planetensystem einmal durchgerührt und es entstanden gewaltige Einschlagskrater. Möglicherweise tauschten sogar einzelne Planeten ihre Plätze.

Am Ende sah es völlig anders aus als zuvor – unser kosmischer Vorgarten hatte seine heutige Form angenommen. Obwohl es einige Zweifel gibt – bis heute passt das Nizza-Modell recht gut zu unserem Sonnensystem.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 22. Mai 2023.

22. Mai 2023 – Mit Hilfe von Experimenten zeigten die Forscher, wie Eisenpartikel aus Meteoriten und Vulkanasche als Katalysatoren für die Umwandlung einer kohlendioxidreichen frühen Atmosphäre in Kohlenwasserstoffe, aber auch Acetaldehyd und Formaldehyd gedient haben könnten. Diese Stoffe wiederum sind Bausteine für Fettsäuren, Nukleobasen, Zucker und Aminosäuren. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Nach unserem heutigen Kenntnisstand entstand das Leben auf der Erde nur rund 400 bis 700 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde selbst. Das ist eine ziemlich schnelle Entwicklung, zum Vergleich: Danach dauerte es etwa 2 Milliarden Jahre, bis sich die ersten richtigen (eukaryotischen) Zellen bildeten. Der erste Schritt zur Entstehung von Leben ist dabei die Bildung von organischen Molekülen, die als Bausteine für Organismen dienen können. Bedenkt man, wie schnell das Leben insgesamt entstanden ist, ist plausibel, dass sich dieser vergleichsweise einfache erste Schritt ebenfalls schnell vollzog.

Die hier beschriebene Forschung zeigt einen neuen Weg auf, wie solche organischen Verbindungen unter den auf der frühen Erde herrschenden Bedingungen entstehen konnten. Die Schlüsselrolle dabei spielen Eisenpartikel aus Meteoriten, die als Katalysator wirken. Katalysatoren sind Stoffe, deren Anwesenheit bestimmte chemische Reaktionen beschleunigt, die aber bei jenen Reaktionen nicht verbraucht werden. In dieser Hinsicht sind sie vergleichbar mit Werkzeugen, die ja notwendig sind, um beispielsweise ein Auto herzustellen, die aber nachdem ein Auto gebaut wurde gleich für den Bau des nächsten verwendet werden können.

Von der chemischen Industrie zurück zum Anfang der Erde
Die Inspiration für die Forschung kam ausgerechnet aus der industriellen Chemie. Konkret fragte sich Oliver Trapp, Professor an der Ludwig-Maximilians-Universität München und Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), ob das sogenannte Fischer-Tropsch-Verfahren zur Umwandlung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Kohlenwasserstoffe mit Hilfe metallischer Katalysatoren nicht eine Entsprechung auf einer frühen Erde mit einer kohlendioxidreichen Atmosphäre gehabt haben könnte. „Als ich mir die chemische Zusammensetzung des Campo-del-Cielo-Eisenmeteoriten ansah, der aus Eisen, Nickel, etwas Kobalt und winzigen Mengen Iridium besteht, war mir klar, dass dies ein perfekter Fischer-Tropsch-Katalysator ist“, erklärt Trapp. Der logische nächste Schritt war die Durchführung von Experimenten, um die kosmische Version von Fischer-Tropsch zu testen.

Dmitry Semenov, Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Astronomie, sagt: „Als Oliver mir von seiner Idee erzählte, die katalytischen Eigenschaften von Eisenmeteoritenpartikeln zur Synthese von Lebensbausteinen experimentell zu untersuchen, war mein erster Gedanke, dass wir auch die katalytischen Eigenschaften von Vulkanascheteilchen untersuchen sollten. Schließlich sollte die frühe Erde geologisch aktiv gewesen sein. In der Atmosphäre und auf den ersten Landmassen der Erde hätte es reichlich feine Aschepartikel geben müssen.“

Kosmische Katalyse simulieren
Trapp und Semenov taten sich mit Trapps Doktorandin Sophia Peters zusammen, die die Experimente dann im Rahmen ihrer Doktorarbeit durchführte. Für den Zugang zu Meteoriten und Mineralien sowie für das Fachwissen über die Analyse solcher Materialien wandten sie sich an den Mineralogen Rupert Hochleitner, einen Experten für Meteoriten an der Mineralogischen Staatssammlung in München.

Die erste Zutat für die verschiedenen Varianten des Experiments war jeweils eine Quelle von Eisenpartikeln: Eisen aus einem echten Eisenmeteoriten, oder Partikel aus einem eisenhaltigen Steinmeteoriten oder vulkanische Asche vom Ätna, letztere als Ersatz für die eisenhaltigen Partikel, die auf der frühen Erde mit ihrem hochaktiven Vulkanismus vorkommen würden. Anschließend wurden die Eisenpartikel mit verschiedenen Mineralien vermischt, wie sie auch auf der frühen Erde vorgekommen sein sollten. Diese Mineralien dienten dann als Trägerstruktur – Katalysatoren sind in der Regel als kleine Partikel auf einem geeigneten Substrat zu finden.

Kleine Partikel
Die Größe der Partikel ist bei dieser Art von Experiment wichtig. Die feinen Aschepartikel, die bei Vulkanausbrüchen entstehen, sind in der Regel nur wenige Mikrometer groß. Bei Meteoriten, die durch die Atmosphäre der frühen Erde fallen, würde die atmosphärische Reibung dagegen Eisenpartikel in Nanometergröße abtragen. Der Einschlag eines Eisenmeteoriten (oder des Eisenkerns eines größeren Asteroiden) wiederum würde durch Fragmentierung direkt mikrometergroße Eisenpartikel erzeugen, und zusätzlich nanometergroße Partikel, wenn das Eisen in der starken Hitze verdampft und später in der umgebenden Luft wieder erstarrt.

Die Forscher versuchten, diese Vielfalt an Partikelgrößen auf zwei verschiedene Arten nachzubilden. Indem sie das Meteoritenmaterial in Säure auflösten, erzeugten sie aus ihrem präparierten Material Partikel in Nanometergröße. Und indem sie entweder das meteoritische Material oder die Vulkanasche 15 Minuten lang in eine Kugelmühle gaben, konnten die Forscher auf mechanischem Wege größere, mikrometergroße Partikel herstellen. Eine solche Kugelmühle ist eine Trommel, die sowohl das Material als auch Stahlkugeln enthält. Die Trommel wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht, in diesem Fall mit mehr als zehn Mal pro Sekunde, wobei die Stahlkugeln das Material zermahlen.

Da die ursprüngliche Erdatmosphäre keinen Sauerstoff enthielt, führten die Forscher anschließend chemische Reaktionen durch, bei denen fast der gesamte Sauerstoff aus dem Gemisch entfernt wurde.

Organische Moleküle unter Druck
Zum Schluss wurde das jeweilige Gemisch dann in eine Druckkammer gebracht, die überwiegend mit Kohlendioxid (CO₂) sowie mit (einigen) Wasserstoffmolekülen gefüllt war, um die Atmosphäre der frühen Erde zu simulieren. Sowohl das Mischungsverhältnis als auch der Druck wurden von Versuch zu Versuch variiert. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Dank des Eisenkatalysators entstanden in beträchtlichen Mengen organische Verbindungen wie Methanol, Ethanol und Acetaldehyd, aber auch Formaldehyd. Das ist eine erfreuliche Ausbeute. Insbesondere Acetaldehyd und Formaldehyd sind wichtige Bausteine für Fettsäuren, Nukleobasen (ihrerseits die Bausteine der DNA), Zucker und Aminosäuren.

Wichtig ist außerdem, dass diese Reaktionen unter einer Vielzahl von Druck- und Temperaturbedingungen erfolgreich abliefen. Sophia Peters sagt: „Da es viele verschiedene Möglichkeiten für die Eigenschaften der frühen Erde gibt, habe ich versucht, jedes mögliche Szenario experimentell zu testen. Am Ende habe ich fünfzig verschiedene Katalysatoren verwendet und das Experiment bei verschiedenen Werten für den Druck, die Temperatur und das Verhältnis von Kohlendioxid- und Wasserstoffmolekülen durchgeführt.“ Die Tatsache, dass sich die organischen Moleküle unter so unterschiedlichen Bedingungen bildeten, ist ein starkes Indiz dafür, dass solche Reaktionen auf der frühen Erde stattgefunden haben könnten – weitgehend unabhängig von der genauen Zusammensetzung der Erdatmosphäre in jener Zeit, die wir derzeit noch nicht kennen.

Eines von mehreren möglichen Szenarien
Mit diesen Ergebnissen gibt es nun eine neue Möglichkeit, wie die ersten Bausteine des Lebens auf der Erde entstanden sein könnten. Zu den „klassischen“ Mechanismen gehören die Synthese rund um Hydrothermalquellen am Meeresboden, elektrische Entladungen in einer methanreichen Atmosphäre (wie beim Urey-Miller-Experiment) sowie Modelle, die vorhersagen, wie sich organische Verbindungen in den Tiefen des Weltraums gebildet haben könnten und von Asteroiden oder Kometen zur Erde transportiert wurden. Dazu gesellt sich nun eine weitere Möglichkeit: Eisenpartikel aus Meteoriten oder feine Vulkanasche, die als Katalysatoren in einer frühen, kohlenstoffdioxidreichen Atmosphäre wirken.

Mit dieser Bandbreite an Möglichkeiten sollten zukünftige Forschungen zur atmosphärischen Zusammensetzung und zu den physikalischen Eigenschaften der frühen Erde gute Chancen haben herauszufinden, welcher der verschiedenen Mechanismen unter realistischen Bedingungen die höchste Ausbeute an Bausteinen liefert – und somit der wichtigste Mechanismus für die ersten Schritte vom Nicht-Leben zum Leben auf unserem Heimatplaneten gewesen sein dürfte.

Hintergrundinformationen
Die beteiligten MPIA-Wissenschaftler sind Dmitry Semenov, Oliver Trapp und Sophia Peters (alle ebenfalls Ludwig-Maximilians-Universität München) in Zusammenarbeit mit Rupert Hochleitner (Mineralogische Staatssammlung München).

Die hier beschriebene Arbeit wurde unter dem Titel S. Peters et al., „Synthesis of prebiotic organics from CO2 by catalysis with meteoritic and vulcanic particles“ in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht (doi: 10.1038/s41598-023-33741-8). Nach der Veröffentlichung finden Sie den Artikel unter:
https://www.nature.com/articles/s41598-023-33741-8.

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• Planet Erde

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 23. Dezember 2022.

23. Dezember 2022 – Kosmische Brocken wie winzige Staubkörner, faustgroße Meteoriten sowie Kometen und Asteroiden gelten als Zeitzeugen der Entstehung unseres Sonnensystems. Bei den Bemühungen, ihnen ihre Geheimnisse zu entlocken, haben Forscherinnen und Forscher in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gemacht: Mit Hilfe bodengebundener Teleskope haben sie verblüffende Exemplare dieser so genannten kleinen Körper entdeckt; unbemannte Raumsonden haben Kometen und Asteroiden aus der Nähe untersucht und sogar Materialproben zurück zur Erde gebracht; und aufwändige Laboruntersuchungen offenbaren immer präzisere Informationen über ihre Zusammensetzung. Diesen Entwicklungen geht die aktuelle öffentliche Vortragsreihe am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen nach. Von Mitte Januar 2023 bis April 2023 berichten sechs Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von ihren Forschungsergebnissen und -projekten. Der Eintritt ist kostenlos.

Den Auftakt am Donnerstag, 19. Januar 2023, macht Prof. Dr. Thorsten Kleine, der seit etwa einem Jahr die Abteilung für Planetenwissenschaften des MPS leitet. Es ist sein erster öffentlicher Vortrag in Göttingen, der sich an ein breites Publikum richtet. Unter dem Titel „Die Erde oder: Wie entsteht ein lebensfreundlicher Planet?“ präsentiert der Meteoritenforscher und Kosmochemiker den aktuellen Kenntnisstand zur Entstehung und Entwicklung unseres Heimatplaneten. Er erklärt unter anderem, woher das ursprüngliche Baumaterial der Erde stammt, wann und wie es sich zusammenballte und wie das Wasser auf die Erde kam.

Im Folgenden widmen sich gleich zwei Vorträge den Kometen. Einen Blick auf Kometenmissionen im Weltraum wirft am Donnerstag, 2. Februar 2023, Dr. Carsten Güttler vom MPS. In seinem Vortrag „Kometenforschung im All: Von Rosetta bis Comet Interceptor“ spannt er einen Bogen von der ESA-Mission Rosetta, die von 2014 bis 2016 den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko begleitete und zu der das MPS maßgeblich beigetragen hat, bis zur Mission Comet Interceptor. Die gleichnamige ESA-Raumsonde soll 2029 ins All starten, dort zunächst ausharren und dann, sobald sich die Gelegenheit ergibt, einen Kometen vom äußersten Rand des Sonnensystems abfangen. „Sind Kometen ein Schlüssel zum frühen Sonnensystem?“ fragt am 2. März 2023 Prof. Dr. Jürgen Blum von der TU Braunschweig. In seinem Vortrag fasst er zusammen, was Kometen über die Entstehung und die Entwicklung des Sonnensystems verraten.

Mit ungewöhnlichen kosmischen Brocken beschäftigen sich die Vorträge am 16. Februar 2023 und am 16. März 2023. Im Februar ist Prof. Dr. Jessica Agarwal von der TU Braunschweig zu Gast. Die Wissenschaftlerin stellt kleine Körper vor, die sich nicht den gängigen Kategorien „Komet“ oder „Asteroid“ zuordnen lassen. Die so genannten aktiven Asteroiden finden sich zwar im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, schmücken sich jedoch mit ausgeprägten, kometenartigen Schweifen. Im März wendet sich die Vortragsreihe einem Besucher von außerhalb des Sonnensystems zu. Vor fünf Jahren flog Oumuamua, das erste bekannte interstellare Objekt, nah an der Sonne vorbei – und verblüffte nicht nur durch seine ausgesprochen längliche Form. Von diesen und anderen Überraschungen erzählt in ihrem Vortrag Prof. Dr. Susanne Pfalzner vom Forschungszentrum Jülich, die an der Auswertung der Beobachtungsdaten des weitgereisten Körpers beteiligt ist.

Den allerkleinsten Brocken im All wendet sich der letzte Vortrag in der Reihe zu. Unter dem Titel „Staubteilchen – Boten ferner Himmelskörper“ führt PD Dr. Harald Krüger vom MPS am Donnerstag, 27. April 2023, in die Erforschung kosmischen Staubs ein. Er berichtet, wie Raumsonden Staubteilchen in situ untersuchen, welche Weltraummissionen anstehen und was Staub über das Sonnensystem verrät.

Die Vorträge finden im Auditorium des MPS statt und beginnen jeweils um 19 Uhr. Sie sind als hybride Veranstaltungen geplant: Interessierte sind vor Ort herzlich willkommen, können die Vorträge jedoch auch von Zuhause per zoom-Webinar verfolgen. Genauere Informationen zur Teilnahme an den zoom-Webinaren veröffentlichen wir rechtzeitig im Internet unter www.mps.mpg.de/kosmisches-urgestein. Der Eintritt für die Vorträge ist kostenlos.

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Quelle: Universität Bayreuth 28. September 2022.

28. September 2022 – Wegen seines außergewöhnlichen Gewichts und seiner Größe musste eines der beiden Massenspektrometer mit einem Kran von außen in den zweiten Stock des BGI-Gebäudes gehievt werden. Hier wurden die beiden Geräte in einem Reinraumlabor für Kosmochemie installiert, das derzeit eingerichtet wird.

„Mit den beiden Massenspektrometern lässt sich die Zusammensetzung von Weltraumgestein sehr genau analysieren: Wir können bestimmen, welche chemischen Elemente in welcher Häufigkeit in einer Probe enthalten sind, und ebenso können wir in Bezug auf jedes dieser Elemente genau feststellen, welche Isotopenzusammensetzung sie in den untersuchten Materialien haben. Diese Erkenntnisse verraten uns etwas über die Herkunft und Entstehungsgeschichte der Materialien. Die Kompetenzen des BGI im Hinblick auf die Untersuchung extraterrestrischer Materialien werden auf diese Weise erheblich gestärkt. Ein Schwerpunkt unserer Forschung wird die Materialanalyse von Meteoriten sein, die auf der Erde eingeschlagen sind, sowie von Proben, die von Raumfahrtmissionen zurückgebracht wurden“, erklärt Prof. Dr. Audrey Bouvier, Kosmochemikerin am BGI. Sie wurde kürzlich von der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zum Mitglied der Mars Sample Return Campaign Science Group ernannt. Dieses Gremium legt unter anderem die wissenschaftlichen Ziele der laufenden Probensammlung auf dem Mars fest und entscheidet über die Aufbewahrung und Verteilung der Proben für wissenschaftliche Analysen.

Eines der beiden neuen Spektrometer ist ein Plasmaquellen-Magnetsektor-Massenspektrometer mit der Bezeichnung „ThermoScientific Neoma MC-ICP-MS/MS“. Das BGI ist jetzt die erste Forschungseinrichtung in Deutschland, die über ein derartiges Spektrometer verfügt. Das Gerät ermöglicht es, die in Spurenmetallen enthaltenen Isotope und deren Häufigkeit mit bisher unerreichter Präzision zu messen. Es wird am BGI vor allem für Analysen von terrestrischen und extraterrestrischen Proben eingesetzt, kann aber auch für ökologische, archäologische und biologische Untersuchungen genutzt werden.

Das zweite Spektrometer ist ein Massenspektrometer namens „Thermo Scientific iCAP Triple-Quadrupol-ICP-MS“. Mit ihm lassen sich die Häufigkeiten von Spurenelementen in Lösungen oder Feststoffen genau bestimmen. Selbst wenn die Spurenelemente nur einen billionstel Teil einer Probe ausmachen, können sie gemessen werden.

Beide Massenspektrometer können in Verbindung mit einer so genannten „ESI-Laser-Excimer-Ablationsquelle“ eingesetzt werden, die ebenfalls am BGI vorhanden ist. Mit diesem Gerät lassen sich zum Beispiel winzige Partikel aus Mineralen abtrennen, die dann für die jeweiligen massenspektrometrischen Analysen zur Verfügung stehen. Werden alle drei Geräte kombiniert, kann die chemische und isotopische Zusammensetzung einer Probe gleichzeitig bestimmt werden.

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Quelle: ETH Zürich 24. Mai 2022.

Bevor sich die Erde und die anderen Planeten gebildet hatten, war die junge Sonne von kosmischem Gas und Staub umgeben. Aus dem Staub bildeten sich über die Jahrtausende Gesteinsbrocken von unterschiedlicher Größe. Viele wurden zu Bausteinen für die späteren Planeten. Doch manche dieser Brocken wurden nie Teil eines Planeten und umkreisen die Sonne noch heute, etwa als Teil des Asteroidengürtels.

Forschende der ETH Zürich und des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS analysierten nun in Zusammenarbeit mit weiteren Universitäten Eisenproben aus Kernen von Asteroiden, die als Meteoriten auf die Erde gefallen sind.

Mit diesen Analysen enthüllten die Forschenden einen Teil der Frühgeschichte unseres Sonnensystems, als sich die Planeten formierten. Die Ergebnisse wurden soeben in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

Zeugen des frühen Sonnensystems
«Frühere wissenschaftliche Studien zeigten, dass Asteroiden im Sonnensystem seit ihrer Entstehung vor Milliarden von Jahren fast unverändert geblieben sind», erklärt Alison Hunt, Hauptautorin der Studie und wissenschaftliche Mitarbeiterin an der ETH Zürich. «Sie sind daher eine Art Archiv, in dem die Bedingungen des frühen Sonnensystems erhalten sind.»

Doch um dieses Archiv zu entschlüsseln, mussten die Forschenden das außerirdische Material gründlich aufbereiten und analysieren. Das Team entnahm Proben von 18 verschiedenen Eisenmeteoriten, die einst Teil des metallischen Kerns von Asteroiden waren. Für ihre Analyse isolierten sie aus den Proben die Elemente Palladium, Silber und Platin. Mithilfe eines Massenspektrometers untersuchten sie danach, wie häufig verschiedene Isotope dieser Elemente in den Proben vorkommen.

In den ersten Millionen von Jahren unseres Sonnensystems heizten sich die metallischen Asteroidkerne durch den radioaktiven Zerfall von Isotopen auf. Während der nachfolgenden Abkühlung reicherte sich darin ein spezifisches Silber-​Isotop an, das ebenfalls durch den radioaktiven Zerfall entstanden ist. Indem die Forschenden die gegenwärtigen Silber-​Isotopen-Verhältnisse in den Eisenmeteoriten maßen, konnten sie bestimmen, wann und wie schnell sich die Asteroidenkerne abgekühlt hatten.

Asteroiden kühlten rasch ab
Die Ergebnisse zeigen, dass die Abkühlung rasch erfolgte und wahrscheinlich durch heftige Kollisionen zwischen den Himmelskörpern verursacht wurde. Durch die Kollisionen brach der isolierende äußere Gesteinsmantel der Asteroiden ab, so dass die Metallkerne der Kälte des Weltraums ausgesetzt wurden. Dass es zu einer schnellen Abkühlung kam, wurde bereits durch frühere Studien angedeutet, die ebenfalls auf Silber-​Isotopen-Messungen beruhten. Allerdings blieb der Zeitpunkt der Kollisionen unklar.

«Unsere zusätzlichen Messungen von Platin-​Isotopen erlaubten uns, die Messungen der Silber-​Isotope zu korrigieren, da diese durch die kosmische Strahlung verzerrt wurden. Dadurch konnten wir den Zeitpunkt der Zusammenstöße genauer als je zuvor datieren», sagt Hunt. «Zu unserer Überraschung wurden alle von uns untersuchten Asteroidenkerne fast gleichzeitig der Kälte des Weltalls ausgesetzt, das heißt innerhalb eines Zeitraums von 7,8 bis 11,7 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems.»

Die nahezu gleichzeitigen Zusammenstöße der verschiedenen Asteroiden deuten darauf hin, dass es sich bei dieser Zeitperiode um eine sehr unruhige Phase des Sonnensystems gehandelt haben muss. «Alles scheint damals zusammengeprallt zu sein», sagt Hunt. «Und wir wollten wissen, warum.»

Vom Labor zum solaren Nebel
Um die Frage zu beantworten, kombinierte das Team die Messergebnisse mit neuen, ausgeklügelten Computersimulationen zur Entwicklung des Sonnensystems.

«Die unruhige Frühphase des Sonnensystems wurde vermutlich durch die Auflösung des so genannten solaren Nebels verursacht», sagt Maria Schönbächler, Mitautorin der Studie und Professorin für Kosmochemie an der ETH Zürich. «Dieser Sonnennebel ist der Überrest an Gas der kosmischen Wolke, aus der die Sonne entstanden ist. Während weniger Millionen Jahre umkreiste er die junge Sonne, bis er von Sonnenwind und -​strahlung weggeblasen wurde.»

Solange der Nebel vorhanden war, bremste er die Objekte, die um die Sonne kreisten, ähnlich wie der Luftwiderstand ein fahrendes Auto abbremst. Nachdem der Nebel verschwunden war, so vermuten die Forschenden, führte der fehlende Widerstand des Nebels dazu, dass sich die Asteroiden beschleunigten und miteinander kollidieren konnten.

«Unsere Studie macht deutlich, wie wir dank verbesserter Labormessverfahren wichtige Prozesse im frühen Sonnensystem rekonstruieren können. Sie geben uns zum Beispiel Hinweise, wann der Sonnennebel verschwunden war. Planeten wie die Erde befanden sich zu dieser Zeit noch im Entstehungsprozess. Letztlich können wir so besser verstehen, wie unsere eigenen Planeten entstanden sind, aber auch Einblicke in andere Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gewinnen», so Schönbächler.

Originalpublikation:
Hunt AC, Theis KJ, Rehkämper M, et al. The dissipation of the solar nebula constrained by impacts and core cooling in planetesimals. Nature Astronomy, online publiziert am 23. Mai 2022; doi: 10.1038/s41550-​022-01675-2
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01675-2

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall

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Quelle: GFZ.

17. Januar 2022 – Die Forschenden identifizierten zwei mögliche, gekoppelte Reaktionswege. Das lässt auch Rückschlüsse auf die Entwicklung des Lebens auf der Erde zu. Die Studie entstand unter Leitung von Andrew Steele von der Carnegie Institution for Science in Washington D.C., USA, unter Mitwirkung von Liane G. Benning vom Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ), der Diamond Light Source in Großbritannien, sowie der NASA und anderen. Sie ist jetzt im Fachmagazin Science erscheinen.

Organische Substanzen auf dem Mars und ihre Bedeutung für Mars- und Erdgeschichte
Schon bevor Sonden und Roboter zum Mars geflogen sind, lieferten Meteoriten des Nachbarplaneten Material für wissenschaftliche Untersuchungen. Der 1984 in der Antarktis gefundene Gesteinsbrocken Allan Hills (ALH) 84001 gilt als eines der ältesten bekannten Objekte auf der Erde, die ihren Ursprung auf dem Mars haben. In ihm wurden organische Substanzen gefunden, über deren Entstehung seither kontrovers diskutiert wird.

„Die Analyse des Ursprungs der Mineralien aus dem Meteoriten kann als Zugang dienen, um sowohl die geochemischen Prozesse, die früh in der Erdgeschichte stattfanden, als auch das Potenzial des Mars für die Bewohnbarkeit aufzudecken“, erklärt Andrew Steele, Erstautor der Studie, der bereits umfangreiche Forschungen über organisches Material in Marsmeteoriten durchgeführt hat und Mitglied der Wissenschaftsteams für die Mars-Rover Perseverance und Curiosity ist.

Organische Moleküle bestehen aus Kohlenstoff und Wasserstoff und können darüber hinaus Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und andere Elemente enthalten. Sie werden gemeinhin mit Leben in Verbindung gebracht, obwohl sie auch durch nicht-biologische Prozesse entstehen können, die als abiotische organische Chemie bezeichnet werden.

Als Ursprung der Organik im hier untersuchten Meteoriten kommen verschiedene abiotische Prozesse im Zusammenhang mit vulkanischer Aktivität, Einschlägen auf dem Mars oder der Wechselwirkung mit Wasser ebenso in Frage wie die Überreste alter Lebensformen auf dem Mars oder eine Kontamination durch die Bruchlandung auf der Erde.

Neue Untersuchungen eines großen internationalen Teams
Nun hat ein großes internationales Team um Andrew Steele von der Carnegie Institution for Science in Washington D.C., unter Mitwirkung von Liane G. Benning und anderen vom GFZ, die Identität, den Ursprung und die Bildungsmechanismen der organischen Stoffe von AHL 84001 erneut analysiert. Beteiligt waren auch das NASA Johnson Space Center, das NASA Ames Research Center und das Rensselaer Polytechnic Institute (alle USA), ebenso wie die Diamond Light Source (GB).

Die Forschenden untersuchten hauchdünn geschliffene Proben des Meteoriten und nutzten eine Reihe von hochentwickelten Probenvorbereitungs- und Analysetechniken, darunter Bildgebung und Spektroskopie im Nanomaßstab mittels Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenverfahren am Elektronensynchrotron inklusive Isotopenanalyse und Spektroskopie.

Die analysierten Substanzen lagen zum Teil in nur sehr geringen Konzentrationen vor. Das machte die Analytik sehr aufwändig. „Außerdem war es wichtig sicherzustellen, dass wir tatsächlich Substanzen vermessen, die auf dem Mars entstanden sind, und nicht während des Flugs zur Erde, bei oder nach der Landung oder gar bei unseren Experimenten“, betont Liane G. Benning, Leiterin der Sektion Grenzflächen-Geochemie des GFZ und Professorin an der FU Berlin. Sie forscht – unter anderem – seit über zehn Jahren mit Andrew Steele zu Meteoriten. „Durch co-lokalisierte, also genau am selben Probenort durchgeführte mikrospektroskopische Analysen im Nanomaßstab haben wir dokumentiert, wie die Mineralien in diesem Meteoriten mit einer CO₂-gesättigten Salzlösung reagierten und die Bildung von abiotischem Kohlenstoff auf dem Mars katalysierten.“

Abiotische Wechselwirkung zwischen Wasser und Gestein als Ursprung der organischen Moleküle
In der Tat fand das Team in den Proben des Mars-Meteoriten Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein, bei denen organische Moleküle entstanden sind. Diese Wechselwirkungen ähneln denen auf der Erde. Insbesondere deuten die Untersuchungen darauf hin, dass sich im Marsgestein zwei wichtige geochemische Prozesse abgespielt haben: Der eine, die sogenannte Serpentinisierung, tritt auf, wenn eisen- oder magnesiumreiche Eruptivgesteine chemisch mit zirkulierendem Wasser interagieren, ihre Mineralogie verändern und dabei Wasserstoff produzieren. Bei dem anderen, der sogenannten Karbonisierung, kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen Gestein und leicht saurem Wasser, das gelöstes Kohlendioxid enthält, und zur Bildung von Karbonatmineralien.

Noch ist unklar, ob diese Prozesse durch die wässrigen Umgebungsbedingungen gleichzeitig oder nacheinander ausgelöst wurden. Die gefundenen Indizien deuten aber darauf hin, dass die Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gestein nicht über einen längeren Zeitraum hinweg stattfanden. Offensichtlich ist jedoch, dass bei diesen Reaktionen organisches Material aus der Reduktion von Kohlendioxid entstand.

Diese mineralogischen Merkmale sind in Marsmeteoriten selten. Und während Karbonatisierung und Serpentinisierung bereits in orbitalen Untersuchungen des Mars nachgewiesen wurden und Karbonatisierung in anderen, weniger alten Marsmeteoriten gefunden wurde, ist dies der erste Fall, in dem beide Prozesse in Proben des alten Mars vorkommen.

Bedeutung für die Geschichte von Mars und Erde
Organische Moleküle wurden von Steele bereits in anderen Marsmeteoriten und bei seiner Arbeit mit dem SAM-Team (Sample Analysis at Mars) auf dem Curiosity-Rover nachgewiesen. Das deutet darauf hin, dass die abiotische Synthese organischer Moleküle während eines Großteils der Geschichte des Planeten Teil der Geochemie des Mars war.

„Diese Art von nicht-biologischen, geologischen Reaktionen sind für einen Pool von organischen Kohlenstoffverbindungen verantwortlich, aus denen sich Leben entwickelt haben könnte, und sie stellen ein Hintergrundsignal dar, das bei der Suche nach Beweisen für vergangenes Leben auf dem Mars berücksichtigt werden muss“, schließt Steele. „Wenn diese Reaktionen auf dem alten Mars stattgefunden haben, müssen sie auch auf der alten Erde stattgefunden haben und könnten möglicherweise auch die Ergebnisse erklären, die wir vom Saturnmond Enceladus haben. Für diese Art der organischen Synthese ist es ausreichend, wenn eine Sole, die gelöstes Kohlendioxid enthält, durch Eruptivgestein sickert. Die Suche nach Leben auf dem Mars ist nicht nur ein Versuch, die Frage „Sind wir allein?“ zu beantworten. Sie steht auch im Zusammenhang mit der frühen Erdumwelt und geht der Frage nach: ‚Woher kommen wir?‘.“

Originalstudie:
A. Steele, L.G. Benning, et al. Organic synthesis associated with serpentinization and carbonation on early Mars. Science. Vol. 375, 2022.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg7905

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• ALH 84001 / Marsmeteorit

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Quelle: Naturhistorisches Museum Wien.

10. Dezember 2021 – Glas ist ein Material, das in unserem täglichen Leben häufig vorkommt, aber auch in der Natur in Erscheinung tritt. Natürliches Glas existiert auf der Erde in verschiedenen geologischen Formen, hauptsächlich als vulkanisches Glas oder Obsidian (entsteht bei schneller Abkühlung von Lava und besitzt einen charakteristischen Wassergehalt von mehr als 0,1%), seltener als Fulgurit (Glas, das durch die Aufschmelzung von Sand oder Gestein bei einem Blitzschlag entsteht) oder als Impaktglas, das bei Meteoriteneinschlägen entsteht. Die Unterscheidung der verschiedenen Glas-Arten auf der Erde, dem Mond oder anderen Planeten kann oft herausfordernd sein.

Die kürzlich abgeschlossene Studie eines internationalen Forschungsteams unter der Leitung von Dr. Ludovic Ferrière, Kurator der Meteoritensammlung am Naturhistorischen Museum Wien, wurde in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Geology“ veröffentlicht. Am Beispiel des Cali-Glases wurde gezeigt, dass anhand multimethodischer Ansätze zwischen verschiedenen Entstehungsarten von natürlichem Glas unterschieden werden kann. Das schwarze Cali-Glas – nahe der Stadt Cali im Westen Kolumbiens gefunden – ist nach zwei unterschiedlichen Hypothesen entweder durch einen Meteoriteneinschlag oder durch Vulkanismus entstanden, was bereits seit rund 200 Jahren in Wissenschaftskreisen diskutiert wurde, nachdem der deutsche Naturforscher Alexander von Humboldt dieses Glas erstmals 1823 beschrieben hatte. Bis ins frühe 20. Jahrhundert wurde aufgrund von Humboldts Beschreibung angenommen, dass es sich um eine ungewöhnliche Art von vulkanischem Glas handelt, einige spätere Wissenschaftler meinten schließlich jedoch, dass es sich um Impakt-Glas, sogenannten Tektit, handelt.

Eingehende wissenschaftliche Untersuchungen des Teams um Dr. Ludovic Ferrière, bestehend aus österreichischen, brasilianischen und kolumbianischen Wissenschaftler*innen, konnten einen Impaktursprung nun endgültig ausschließen und das Cali-Glas als vulkanisches Glas klassifizieren.

„Von Humboldt hatte von Anfang an Recht mit der Herkunft dieses Glases“, betont Dr. Ludovic Ferrière. „Unsere Ergebnisse legen außerdem nahe, dass auch andere ungewöhnliche Glasvorkommen, für die ein Meteoriteneinschlag als Ursprung vermutet, aber nicht nachgewiesen wurde, erneut und mit der gleichen Methodik untersucht werden sollten.“

Diese Arbeit zeigt auch, wie wichtig die Sammlungen von Museen für die Wissenschaft sind. Für diese Studie hat das Team sowohl historische Proben aus der Sammlung des Naturhistorischen Museums Wien, wie auch eine Reihe von kürzlich im Gelände gesammelten Proben bearbeitet.
„Naturhistorische Sammlungen sind nachweislich wichtig – nicht nur für wissbegierige Museumsgäste oder zur Bewahrung aus kulturellen Gründen. Wenn Forscher*innen Proben für Untersuchungen benötigen, greifen sie auf die vielseitigen Sammlungen hinter den Kulissen zurück“, sagt Dr. Katrin Vohland, Generaldirektorin des Naturhistorischen Museums.

Wissenschaftlicher Artikel:
Ferrière L., Crósta A.P., Wegner W., Libowitzky E., Iwashita F., and Koeberl C. 2021. Distinguishing volcanic from impact glasses—The case of the Cali glass (Colombia). Geology 49(12):1421–1425.

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall.

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Quelle: Naturhistorisches Museum Wien.

Am 26. Mai 1751 um 18 Uhr wurde ein Feuerball über Hrašćina, einem Ort in der Nähe der heutigen kroatischen Hauptstadt Zagreb, sichtbar. Man hörte die Geräusche einer Explosion. Ein heller Meteor war aus einer Entfernung von bis zu 100 km zu sehen. Zwei Eisenklumpen, einer von 39,8 kg und ein kleinerer von 9 kg, wurden geborgen. Obwohl es zahlreiche Augenzeugen und eine Reihe von Berichten über „vom Himmel fallende Steine“ gab, weigerten sich die meisten Gelehrten, an den außerirdischen Ursprung von Meteoriten zu glauben.

Obwohl man damals die kosmische Herkunft von Meteoriten noch nicht wissenschaftlich beweisen konnte, forderte Kaiser Franz I. Stephan vom bischöflichen Konsortium in Zagreb einen Bericht zu diesem Ereignis an und ließ das Eisenstück an den Wiener Hof liefern. Das größere Stück wurde zunächst in der kaiserlichen Schatzkammer untergebracht und dann im Jahr 1778 in die kaiserliche Naturaliensammlung überführt. Das Sammeln von Meteoriten wurde intensiv weiterbetrieben. Als das Naturhistorische Museum Wien 1889 eröffnet wurde, galt die Sammlung nicht nur als die älteste, sondern auch als die umfangreichste der Welt.

„Das war sicher der Grund, warum das Gründungsstück nicht nur im Meteoritensaal einen besonderen Platz erhielt, sondern auch im künstlerischen Programm des Museums verewigt wurde“, so NHM Wien-Generaldirektorin und wissenschaftliche Geschäftsführerin Dr. Katrin Vohland.

„Aufgrund seiner sammlungsgeschichtlichen Bedeutung fand der Meteorit von Hraschina auch in das Gesamtkunstwerk und damit in das Ausstattungsprogramm des Museums Eingang“, bekräftigt die Kunsthistorikerin und Architekturexpertin Dr. Stephanie Jovanovic-Kruspel vom NHM Wien. „Insgesamt 20 Stuckfiguren im Saal IV (Edelsteinsaal) des österreichischen Bildhauers Rudolf Weyr (1847-1914) sollten „Berggeister“ darstellen. Flankiert von Figuren, die Metalle repräsentieren und alchemistische Planetensymbole tragen, befindet sich ein Jüngling mit Sternenkrone. Er hält ein Modell des Meteoriten von Hraschina in Händen“, so Jovanovic-Kruspel.

Zum 270. Jubiläum des spektakulären Falls werden im Meteoritensaal des Naturhistorischen Museums Wien zwei historische Zeichnungen, Originalwerke aus dem Jahr 1751, sowie eine großformatige Kohlezeichnung des Hraschina-Meteoriten des Künstlers Florian Raditsch (*1987 in Kalifornien) präsentiert.

In dieser temporären Installation, die bis 5. Juli 2021 zu sehen sein wird, hat der Kurator der Meteoritensammlung, Dr. Ludovic Ferrière, die historischen Illustrationen und Beschreibungen des hellen Meteors und der zurückgelassenen Rauchspur, wie er von der Ortschaft Szigetvár (Süd-Ungarn) aus gesehen wurde, eingerichtet. Parallel dazu, im virtuos geformten Liniengeflecht erforscht Florian Raditsch in seiner Kohlezeichnung die Form und die besonderen Oberflächenmerkmale des bekannten Hraschina-Meteoriten. Der Meteorit ist auf ein Vielfaches seiner tatsächlichen Dimension vergrößert, um seine Bedeutung zu unterstreichen.

„Der Hraschina-Meteorit ist nicht nur für die Wissenschaft und die Geschichte von großer Bedeutung, sondern auch ein Objekt von außergewöhnlicher Schönheit – eine äußerst poetische Form und definitiv eines der ikonischen Exemplare in der Sammlung des NHM Wien“, sagt Florian Raditsch.

„Der Hraschina-Meteorit ist nicht nur deshalb berühmt, weil er zu den ältesten dokumentierten Meteoritenfällen gehört, sondern auch, weil Alois von Widmanstätten auf einem Fragment dieses Meteoriten erstmals die später nach ihm benannten Figuren aus Nickel-Eisen-Kristallen, die sogenannten Widmanstätten-Strukturen, beobachtet hat“, erklärt Ludovic Ferrière.

Jüngst wurde der Hraschina-Meteorit in 3D erfasst und kann weltweit auf sketchfab.com erkundet werden. Hier sind auch einige Details zu sehen, die auf der Originalprobe nicht so leicht zu erkennen sind, wie zum Beispiel die Widmanstätten-Strukturen.

Im Saal 5 des NHM Wien ist die die weltweit größte Meteoriten-Schau zu sehen, rund 1.100 Meteoriten, darunter 650 verschiedene, mit 300 Fällen und 350 Funden. Sie wird laufend mit Proben von aktuellen Meteoriten-Fällen erweitert, „denn es ist wichtig, solche wertvollen Objekte in den Museumssammlungen zu bewahren, für die Wissenschaft und für die zukünftigen Generationen“, so der Kurator der Sammlung.

Weiterführende Links:
Hraschina auf www.nhm.at
Hraschina auf Sketchfab

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall

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Quelle: Universität Heidelberg.

Hochpräzise Edelgasanalysen deuten darauf hin, dass im Erdkern vor über 4,5 Milliarden Jahren Sonnenwindpartikel unserer Ursonne eingeschlossen wurden. Von dort sind sie über viele Millionen Jahre hinweg in den darüber liegenden Gesteinsmantel gelangt. Zu dieser Schlussfolgerung kommen Forscher des Instituts für Geowissenschaften der Universität Heidelberg. Sie haben einen Eisenmeteoriten untersucht, in dem sie solare Edelgase nachweisen konnten. In der Forschung werden solche Meteorite aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung häufig als natürliche Modellobjekte für den ebenfalls metallischen Kern der Erde herangezogen.

Die seltene Klasse der Eisenmeteoriten machen lediglich fünf Prozent aller bekannten Meteoritenfunde auf der Erde aus. Dabei handelt es sich zumeist um Fragmente aus dem Inneren von größeren Asteroiden, die in den ersten ein bis zwei Millionen Jahren unseres Sonnensystems metallische Kerne bildeten. Der jetzt im Klaus-Tschira-Labor für Kosmochemie des Instituts für Geowissenschaften untersuchte Eisenmeteorit „Washington County“ – benannt nach seinem Fundort in Colorado (USA) – wurde bereits vor knapp 100 Jahren gefunden. Er gleicht einer sechs Zentimeter dicken, diskusartigen Metallscheibe und wiegt rund 5,7 Kilogramm, wie Prof. Dr. Mario Trieloff, Leiter der Forschungsgruppe für Geo- und Kosmochemie, erläutert.

Den Forschern ist nun erstmals der eindeutige Nachweis einer solaren Komponente in Eisenmeteoriten gelungen: Mithilfe eines Edelgasmassenspektrometers konnten sie ermitteln, dass die Proben von „Washington County“ Edelgase enthalten, deren Isotopenverhältnisse von Helium und Neon typisch für den Sonnenwind sind. Nach Angaben von Dr. Manfred Vogt, Mitglied in der Forschungsgruppe von Mario Trieloff, „müssen die Messungen außerordentlich genau und präzise sein, um solare Signaturen von den dominanten kosmogenen Edelgasen und von atmosphärischer Kontamination unterscheiden zu können“. Die Forscher gehen davon aus, dass Sonnenwindpartikel im frühen Sonnensystem in das Ausgangsmaterial des Mutterasteroiden von „Washington County“ gelangten. Die mit den Partikeln aufgenommenen Edelgase sind möglicherweise bei Aufschmelzprozessen im Inneren des Asteroiden in das Metall übergegangen, das sich daraufhin in seinem Kern sammelte.

Die Ergebnisse ihrer Messungen ermöglichen den Heidelberger Forschern den Analogieschluss, dass der Kern des Planeten Erde ebenfalls eine solare Edelgaskomponente besitzen könnte. Unterstützt wird diese Annahme durch eine weitere wissenschaftliche Beobachtung: Die Forschungsgruppe von Prof. Trieloff misst bereits seit langem solare Edelgasisotope von Helium und Neon im magmatischen Gestein ozeanischer Inseln wie Hawaii oder Réunion. Diese Magmatite steigen als sogenannte Mantelplumes – eine besondere Form des Vulkanismus – aus dem tausende Kilometer tiefen Erdmantel auf und besitzen einen besonders hohen Anteil solarer Gase. Damit unterscheiden sie sich fundamental vom seichten Erdmantel, wie er an submarinen Gebirgsrücken inmitten der Ozeane auftritt. „Es war uns immer ein Rätsel, wie solche unterschiedlichen Gas-Signaturen in einem sich langsam aber stetig umwälzenden und durchmischenden Erdmantel überhaupt Bestand haben können“, erläutert der Heidelberger Wissenschaftler.

Nun scheint sich die Annahme zu bestätigen, dass Mantelplumes ihre solaren Edelgase aus dem Kern der Erde erhalten, es sich also um Sonnenwindpartikel aus dem Erdkern handelt. „Gerade einmal ein bis zwei Prozent eines Metalls mit ähnlicher Zusammensetzung wie das des Meteoriten ,Washington County‘ würden im Erdkern ausreichen, um zu erklären, wie es zu den unterschiedlichen Gas-Signaturen im Erdmantel kommt“, erläutert Dr. Vogt. Der Erdkern spielt also möglicherweise eine bisher vernachlässigte aktive Rolle bei der geochemischen Entwicklung des Erdmantels.

Die Klaus Tschira Stiftung hat die Forschungsarbeiten gefördert. Die Ergebnisse der hochauflösenden und aufwendigen Edelgasmessungen, an denen auch ein Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz beteiligt war, wurden in der Zeitschrift „Communications Earth and Environment“ veröffentlicht.

Originalpublikation
M. Vogt, M. Trieloff, U. Ott, J. Hopp, W.H. Schwarz (2021): Solar noble gases in an iron meteorite indicate terrestrial mantle signatures derive from Earth’s core (published online 14 May 2021). Communications Earth and Environment
DOI: 10.1038/s43247-021-00162-2

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• Planetenentstehung

Der Beitrag Sonnenwind aus dem Zentrum der Erde erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESON.

Als Teil der weltweiten Anstrengungen, erdnahe Objekte zu erfassen und zu identifizieren, hat das Test-Bed Telescope 2 (TBT2) der Europäischen Weltraumorganisation einen Technologieprototypen am La Silla-Observatorium der ESO in Chile in Betrieb genommen. Zusammen mit seinem Partnerteleskop der nördlichen Hemisphäre wird TBT2 den Himmel nach Asteroiden absuchen, die eine Gefahr für die Erde darstellen könnten, und dabei Hard- und Software für ein zukünftiges Teleskopnetzwerk testen.

„Um das Risiko von potenziell gefährlichen Objekten im Sonnensystem berechnen zu können, müssen wir zunächst eine Zählung dieser Objekte durchführen. Das TBT-Projekt ist ein Schritt in diese Richtung“, sagt Ivo Saviane, der Standortleiter des La Silla-Observatoriums der ESO in Chile.

Das Projekt, eine Zusammenarbeit zwischen der Europäischen Südsternwarte (ESO) und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), „ist ein Prüfstand, um die Fähigkeiten zu erproben, die erforderlich sind, um erdnahe Objekte mit demselben Teleskopsystem zu entdecken und zu verfolgen“, sagt Clemens Heese, Leiter der Sektion Optische Technologien der ESA, der dieses Projekt verantwortet.

Das 56-cm-Teleskop am ESO-Standort La Silla und sein baugleiches Gegenstück TBT1 an der ESA-Bodenstation Cebreros in Spanien werden als Vorläufer des geplanten „Flyeye“-Teleskopnetzwerks [1] fungieren, einem eigenständigen Projekt, das die ESA zur Durchmusterung und Verfolgung sich schnell bewegender Objekte am Himmel entwickelt. Dieses zukünftige Netzwerk wird vollständig robotergesteuert sein; eine Software wird die Planung der Beobachtungen in Echtzeit durchführen und schließlich die Positionen und weitere Informationen über die entdeckten Objekte melden. Das TBT-Projekt soll zeigen, dass die Software und die Hardware wie erwartet funktionieren.

„Mit dem Beginn der Beobachtungen von TBT2 auf La Silla wird das Beobachtungssystem in der vorgesehenen Zwei-Teleskop-Konfiguration arbeiten und damit endlich die Ziele des Projekts erfüllen“, ergänzt Heese.

Obwohl wirklich zerstörerische Asteroideneinschläge auf der Erde extrem selten auftreten, sind sie nicht undenkbar. Die Erde wird seit Milliarden von Jahren regelmäßig von großen und kleinen Asteroiden bombardiert. Der Meteor von Tscheljabinsk im Jahr 2013, bei dem etwa 1600 Menschen verletzt wurden, die meisten durch umherfliegende Splitter und Glasscherben, hat das Bewusstsein der Öffentlichkeit für die Bedrohung durch erdnahe Objekte weiter geschärft. Größere Brocken richten mehr Schaden an, sind aber glücklicherweise leichter zu erkennen, wobei die Bahnen der bekannten großen Asteroiden bereits gründlich untersucht sind. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass es eine große Anzahl kleinerer, noch unentdeckter Objekte gibt, von denen wir nichts wissen und die ernsthafte Schäden anrichten könnten, wenn sie ein bewohntes Gebiet treffen würden.

An dieser Stelle kommen das TBT und das zukünftig geplante Netzwerk von Facettenaugen-Teleskopen ins Spiel. Sobald das Netzwerk voll einsatzfähig ist, wird es den Nachthimmel nach sich schnell bewegenden Objekten absuchen können und stellt damit einen bedeutenden Fortschritt in der Fähigkeit Europas dar, potenziell gefährliche erdnahe Objekte zu erkennen.

TBT ist Teil einer laufenden, organisationsübergreifenden Initiative, die darauf abzielt, ein vollständigeres Bild dieser Objekte und der von ihnen ausgehenden potenziellen Gefahren zu erstellen. Dieses Projekt baut auf dem früheren Engagement der ESO zum Schutz der Erde vor potenziell gefährlichen erdnahen Objekten auf. Sowohl die ESO als auch die ESA sind in dem von den Vereinten Nationen unterstützten internationalen Asteroidenwarnnetzwerk aktiv. Viele Beobachtungen dieser Objekte wurden bereits mit den Teleskopen der ESO durchgeführt. Das New Technology Telescope (NTT) der ESO auf La Silla wurde zum Beispiel für die Beobachtung kleiner erdnaher Asteroiden zur Unterstützung des europäischen Projekts NEOShield-2 eingesetzt.

Die laufende interorganisatorische Zusammenarbeit zwischen ESO und ESA ist besonders wichtig für die Untersuchung erdnaher Objekte. Während TBT das erste Teleskopprojekt ist, das im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung zwischen den beiden Organisationen realisiert wird, hilft die ESO der ESA bereits seit 2014 bei der Verfolgung potenziell gefährlicher Himmelskörper, indem sie ihr Very Large Telescope (VLT) am Paranal-Observatorium zur Beobachtung sehr lichtschwacher Objekte einsetzt. Diese Bemühungen zusammen sind ein bedeutender Fortschritt für die weltweite Suche und das Management von Asteroiden. Sie haben sich bereits als nützlich erwiesen, um Kollisionen von Asteroiden mit der Erde auszuschließen.

Die Installation und das erste Licht von TBT2 am La Silla-Observatorium der ESO wurde unter strengen Gesundheits- und Sicherheitsbedingungen durchgeführt. Die Observatorien der ESO hatten im vergangenen Jahr aufgrund der COVID-19-Pandemie ihren Betrieb vorübergehend eingestellt, haben aber seitdem die wissenschaftlichen Beobachtungen unter Einschränkungen wieder aufgenommen, die die Sicherheit und den Schutz aller Personen an den Standorten gewährleisten.

Endnoten
[1] „Flyeye“, wörtlich übersetzt „Fliegenauge“ ist auf Deutsch auch als „Facettenauge“ bekannt.

Weitere Informationen
Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle.

Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist außerdem einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Europäische Weltraumorganisation (engl. European Space Agency, kurz ESA) ist das Tor Europas zum Weltraum. Die ESA ist eine 1975 gegründete zwischenstaatliche Organisation, deren Aufgabe es ist, die Entwicklung der europäischen Raumfahrtkapazitäten zu entwickeln und sicherzustellen, dass Investitionen in die Raumfahrt den Bürgern Europas und der Welt zugutekommen. Die ESA hat 22 Mitgliedsstaaten: Belgien, Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Luxemburg, die Niederlande, Norwegen, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, die Schweiz, Spanien, die Tschechische Republik, Ungarn und das Vereinigte Königreich. Slowenien ist ein assoziiertes Mitglied.

Die ESA hat eine formelle Zusammenarbeit mit sieben Mitgliedstaaten der EU aufgebaut. Kanada nimmt im Rahmen eines Kooperationsabkommens an einigen ESA-Programmen teil. Durch die Koordinierung der finanziellen und intellektuellen Ressourcen ihrer Mitglieder kann die ESA Programme und Aktivitäten durchführen, die weit über die Möglichkeiten eines einzelnen europäischen Landes hinausgehen. Sie arbeitet insbesondere mit der EU bei der Umsetzung der Programme Galileo und Copernicus sowie mit Eumetsat bei der Entwicklung von meteorologischen Missionen zusammen.

Die ESA entwickelt die Trägerraketen, Raumfahrzeuge und Bodeneinrichtungen, die notwendig sind, damit Europa an der Spitze der weltweiten Raumfahrtaktivitäten steht. Heute entwickelt und startet sie Satelliten für Erdbeobachtung, Navigation, Telekommunikation und Astronomie, schickt Sonden in die Weiten des Sonnensystems und arbeitet an der Erforschung des Weltraums durch den Menschen mit. Die ESA verfügt auch über ein starkes Anwendungsprogramm, das Dienste in den Bereichen Erdbeobachtung, Navigation und Telekommunikation entwickelt.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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• ESO

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Quelle: TU Darmstadt

Ein internationales Forscherteam, darunter Dr. Marius Eichler und Professorin Dr. Almudena Arcones von der TU Darmstadt und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, untersuchte die Entstehung unseres Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren und gewann dabei neue Erkenntnisse über den kosmischen Ursprung der schwersten Elemente im Periodensystem. Die Ergebnisse sind nun in „Science“ veröffentlicht worden.

Die Frage, bei welchen astronomischen Ereignissen der schnelle Neutroneneinfangsprozess, kurz r-Prozess, stattfinden kann, der die schwersten Elemente im Universum wie Jod, Gold, Platin, Uran, Plutonium und Curium erzeugt, ist seit Jahrzehnten unbeantwortet. Derzeit geht man davon aus, dass der r-Prozess bei Kollisionen zwischen zwei Neutronensternen, einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch oder bei seltenen Supernova-Explosionen nach dem Tod massereicher Sterne ablaufen kann.

Einige der durch den r-Prozess erzeugten Kerne sind radioaktiv und brauchen Millionen von Jahren, um in stabile Kerne zu zerfallen. Jod-129 und Curium-247 sind zwei solche radioaktive Kerne. Sie wurden bei der Entstehung der Sonne in Meteoriten festgehalten und haben eine erstaunliche Besonderheit: Sie zerfallen mit fast genau der gleichen Geschwindigkeit. Das bedeutet, dass sich das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 seit ihrer Entstehung vor Milliarden von Jahren nicht verändert hat. „Da das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 wie ein prähistorisches Fossil in der Zeit eingefroren ist, können wir einen direkten Blick auf die letzte Welle der Produktion schwerer Elemente werfen, die die Zusammensetzung des Sonnensystems aufbaute“, sagt Benoit Côté, der Erstautor der Studie.

Das Team berechnete das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247, das bei Kollisionen zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern entsteht, und verglich ihre Modellvorhersagen mit den in Meteoriten gefundenen Werten. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass die Anzahl der Neutronen während des letzten r-Prozess-Ereignisses, das der Geburt des Sonnensystems vorausging, nicht zu hoch sein kann, da sonst zu viel Curium im Verhältnis zu Jod erzeugt wird. Dies impliziert, dass sehr neutronenreiche Quellen, wie zum Beispiel das Material, das während einer Kollision von der Oberfläche eines Neutronensterns abgerissen wurde, wahrscheinlich keine wichtige Rolle gespielt haben, während mäßig neutronenreiche Bedingungen, die oft in den Auswürfen der Akkretionsscheibe gefunden werden, die sich um das Verschmelzungsereignis bilden, eher mit dem meteoritischen Wert übereinstimmen.

Da Nukleosynthese-Vorhersagen auf unsicheren nuklearen und stellaren Eigenschaften beruhen, steht die endgültige Antwort darauf, welches astronomische Objekt die genaue Quelle war, noch nicht fest. „Die Möglichkeit, durch das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 einen direkteren Blick auf die fundamentale Natur der Nukleosynthese schwerer Elemente zu werfen, ist jedoch eine spannende Aussicht“, sagt Dr. Marius Eichler, der ebenfalls Teil des untersuchenden Teams und Postdoc in der Gruppe von Professorin Dr. Almudena Arcones war. Auf diese Arbeit aufbauend können zukünftige astrophysikalische Simulationen von Sternverschmelzungen und Sternexplosionen in Kombination mit Kernphysikexperimenten, wie sie bei GSI und dem dort entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR geplant sind, nun auch an meteoritischen Bedingungen getestet werden, um die Quelle der schwersten Elemente des Sonnensystems zu entschlüsseln.

Die Forschungsarbeit von Dr. Marius Eichler und Prof. Almudena Arcones wurde teilweise durch den ERC Starting Grant EUROPIUM und den DFG-Sonderforschungsbereich 1245 unterstützt.

Publikation
Die Studie ist unter dem Titel „129I and 247Cm in meteorites constrain the last astrophysical source of solar r-process elements“ in „Science“ erschienen.
DOI: 10.1126/science.aba1111

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