Quelle: Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns 25. September 2023.

25. September 2023 – Die Teilnehmer:innen des ESA-PANGAEA-Astronautentrainings profitieren seit Jahren von den herausragenden Bedingungen und der fachlichen Kompetenz vor Ort. Das 5-tägige Trainingsprogramm im Ries beinhaltet einen Mix aus Vorlesungen und Übungen zur Vermittlung der Grundlagen der Geologie und der feldgeologischen Arbeitsweise in Impaktkratern, zu Themen rund um den Erdmond und die Astrobiologie. Wichtige Lernorte waren vom 17. bis 21. September 2023 das RiesKraterMuseum, eines von fünf SNSB-Regionalmuseen in Bayern, und das ZERIN mit seiner Sammlung aus Bohrkernen des Rieskraters sowie dem Isotopenlabor. Museumsleiter Prof. Dr. Stefan Hölzl begleitete die Astronaut:innen im Rahmen von insgesamt sechs Exkursionen zu aufschlussreichen Punkten im Ries sowie seinem Nachbarkrater, dem Steinheimer Becken. Im Gelände wurde Gelerntes praktisch geübt, vertieft und erweitert. Das PANGAEA-Astronautentraining der Europäischen Weltraumorganisation ESA findet auch in diesem Jahr neben dem Nördlinger Ries in den italienischen Dolomiten sowie auf der Kanareninsel Lanzarote statt.

In diesem Jahr nahmen drei Astronaut:innen an der geologischen Schulungswoche im Nördlinger Ries teil:
Der erfahrene ESA-Astronaut Thomas Pesquet, der im Rahmen zweier ISS-Expeditionen 2016/2017 und 2021 bereits längere Zeit im Weltraum verbracht hat. Der Franzose hält zwei europäische Rekorde: Einen über den längsten Aufenthalt eines Menschen im Weltraum (396 Tage und 11 Stunden), einen zweiten – mit 39 Stunden und 54 Minuten – für den längsten Außeneinsatz außerhalb der Raumstation. Pesquet ist zudem der erste ESA-Astronaut, der mit dem Raumschiff „Dragon“ des amerikanischen Unternehmens SpaceX zur ISS flog.

Ebenfalls im Nördlinger Ries dabei war Takuya Onishi, Astronaut der japanischen Weltraumagentur JAXA, der 2016 insgesamt 115 Tage auf der ISS verbrachte.
Dritte im Bunde war Jessica Wittner, eine Kampf- und Testpilotin der US-Navy, die 2021 unter 12.000 Bewerber:innen für die Astronautenausbildung der NASA ausgewählt wurde.

„Das Nördlinger Ries mit dem RiesKraterMuseum und dem ZERIN ist bis heute, mehr als 50 Jahre nach dem Training zweier Apollo-Teams der NASA vor ihrem Flug zum Mond, hochgeschätzter und etablierter Trainingsort für Astronaut:innen aus aller Welt“, freut sich Museumsleiter Prof. Dr. Stefan Hölzl auch in diesem Jahr wieder über seinen „Weltraumbesuch“.

Das Nördlinger Ries entstand vor etwa 15 Millionen Jahren bei der Kollision eines ca. 1 km großen Asteroiden mit der Erde. Glücksfall für die Geolog:innen: Der ca. 25 Kilometer große Krater war für die längste Zeit seiner Geschichte mit Ablagerungen des dort gebildeten Ries-Sees bedeckt. Deshalb und wegen seines in geologischen Dimensionen „jungen“ Alters gilt er heute als der am besten erhaltene komplexe Krater unter den insgesamt ca. 200 Impaktkratern dieser Erde. Das Nördlinger Ries ist daher ein einzigartiger Ort für Forschung und Lehre.

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• ESA

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Quelle: ESA.

20. September 2021 – Die NASA-Astronautin Kate Rubins ist erst vor fünf Monaten auf der Erde gelandet, und schon hat sie den Mond im Blick.

Als sie auf die Spitze des Nördlinger Kirchturms klettert, genießt sie kurz die Aussicht auf die bayerische Kleinstadt und wendet dann den Kopf, um einige winzige, glänzende Elemente an der Wand zu betrachten.
Ihre zweite Woche im Pangaea-Trainingskurs hat begonnen. Sie hat Mikrodiamanten im Stein entdeckt – mineralogische Beweise dafür, dass ein Meteorit den Krater geformt hat, in dem die Stadt liegt.

„Kate lernt schnell und hat sich in kürzester Zeit in die Dynamik des Kurses eingearbeitet. Sie nimmt hier in wenigen Tagen eine Menge geologischer Informationen auf, für die Studierende an der Universität Monate brauchen könnten“, sagt Francesco Sauro, der Pangaea-Kursleiter, stolz.

“Kate und ESA-Astronaut Andreas Mogensen beschreiben Gesteinsaufschlüsse wie Profis und stellen sehr anspruchsvolle Fragen“, fügt er hinzu.

Kate ist nicht der erste amerikanische Raumfahrtbesuch in dieser Ecke von Deutschland. Vor einem halben Jahrhundert haben die Besatzungen von Apollo 14 und 17 den Rieskrater vor ihrem Flug zum Mond untersucht, weil er einer der am besten erhaltenen Einschlagskrater der Erde ist. Aus diesem Grund lehren führende europäische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der zweiten Woche von Pangaea 2021 hier die Geologie des Mondes.

Es ist ein passender Ort für Kate, denn sie gehört zur Gruppe der Artemis-Astronaut*innen und könnte die erste Amerikanerin werden, die auf dem Mond landet. Sie hat insgesamt 300 Tage im Weltraum verbracht und bei ihren beiden Flügen zur Internationalen Raumstation vier Außenbordeinsätze durchgeführt. Kate war die erste Person, die im Weltraum eine DNA-Sequenzierung durchführte.

Die Erde im Blick

Trotz ihrer beeindruckenden Raumfahrtkarriere sieht sich Kate immer noch „in erster Linie als Wissenschaftlerin“. Das Bild unseres Planeten aus der Umlaufbahn ist ihr noch frisch im Gedächtnis, und so ist die Mikrobiologin in ihrem Element, wenn sie Proben sammelt, Vorträge hört und durch das Mikroskop schaut.

„Ich habe ein wenig Erfahrung mit der Sammlung biologischer Proben und mit Techniken zur Vermeidung von Kontaminationen“, sagt sie bescheiden. Kate ist mit den Protokollen zum Planetenschutz vertraut, ein Thema, das auch in den Pangaea-Lektionen behandelt wurde, und hat sogar schon einen Vortrag für das Komitee für Weltraumforschung (COSPAR) von der Internationalen Raumstation aus gehalten.

Vertieftes Lernen

Die Wissenschaftlerin in ihr schätzt die Zeit, die sie im Schulungsraum verbringt. „Ich finde die Methodik dieses Kurses sehr gut – er bringt mir eine Menge“, sagt sie.

Vom Erkennen von Landschaftsmerkmalen zur Identifizierung einer Probe bis hin zur Kommunikation mit den Wissenschaftler*innen auf der Erde – sie ist der Meinung, dass sie mit soliden Fähigkeiten ausgestattet wird. Sie sagt, dass Pangaea sich dadurch auszeichnet, dass das “Training alles, von den Grundlagen der Planetengeologie bis hin zu einigen sehr spezifischen, missionsbezogenen Zielen, abdeckt.“

Kate macht es Spaß, das Gelernte auf dem Terrain auszuprobieren, und sie schätzt die praktischen Anwendungen für die Planetenerkundung, wie zum Beispiel das elektronische Feldbuch (Electronic Field Book).
Nach etwas mehr als zehn Tagen im Kurs ist sie bereit, weiter für das nächste Ziel zu lernen – den Mond.

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• Nördlinger Ries und Steinheimer Becken

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Quelle: Universität Göttingen.

Das knapp 15 Millionen Jahre alte Nördlinger Ries mit seinen Seeablagerungen ist ein sedimentgefüllter Einschlagkrater. Er ist vom Aufbau vergleichbar mit den Kratern, die derzeit auf dem Mars erkundet werden. Neben verschiedenen anderen Ablagerungen am Beckenrand bilden vor allem geschichtete Tonablagerungen die Kraterbeckenfüllung im Ries. Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen hat nun überraschend eine Vulkanasche-Schicht in dem Krater nachgewiesen. Zudem konnte das Team zeigen, dass sich der Untergrund des Kraters langfristig senkt, was wichtige Erkenntnisse für die Erkundung von Marskratern mit sich bringt. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research Planets erschienen.

Bisher ging man davon aus, dass sich diese Ablagerungen auf einem stabilen Kraterboden abgesetzt haben. Gleiches wird für Kraterablagerungen auf dem Mars angenommen, auch wenn sich dort immer wieder muldenförmige Lagerungen finden, deren Schichten sich an der Oberfläche als ringförmige Strukturen abbilden. Ein genaues Verständnis der Lagerungsverhältnisse und der zeitlichen Wechselbeziehungen der Abfolgen ist jedoch wichtig, um die chemische Entwicklung eines Kratersees und seine Lebensmöglichkeiten zu rekonstruieren.

Erstmals konnten die Forscherinnen und Forscher nun im Ries eine Vulkanasche-Schicht in den Seesedimenten der 330 Meter mächtigen Kraterfüllung nachweisen. „Das ist überraschend, da vulkanische Gesteine hier nicht mehr erwartet wurden, seitdem das kreisrunde Becken als Asteroidenkrater identifiziert wurde“, sagt Erstautor Prof. Dr. Gernot Arp vom Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen. „Eingeweht wurde die Asche von einem Vulkankomplex 760 Kilometer weiter östlich in Ungarn. Das Alter der Asche konnte auf 14.2 Millionen Jahre datiert werden“, ergänzt sein Kollege und Co-Autor István Dunkl.

Die Asche, inzwischen umgewandelt in stickstoffreiche Silikatminerale, zeigt eine überraschend stark „durchhängende“ Lagerung: Am Beckenrand ist sie an der derzeitigen Geländeoberfläche zu finden, während sie im Beckenzentrum in etwa 220 Metern Tiefe zum Liegen kommt. Eine nachfolgende systematische Auswertung von Bohrungen und geologischen Kartierungen belegt nun auch für die Ries-Kraterfüllung eine ringförmige Anordnung der zu Tage tretenden Schichten, mit den ältesten Ablagerungen am Rand und den jüngsten im Zentrum.

Berechnungen zeigen, dass diese Lagerung nicht allein dadurch erklärt werden kann, dass sich die unterlagernden Seeablagerungen absetzen. Vielmehr ist eine zusätzliche Absenkung um etwa 135 Meter nötig. Diese lässt sich nur durch Setzungserscheinungen des kilometertief zerrütteten Krateruntergrundes erklären. Während die genauen Mechanismen einer Kraterbodenabsenkung noch erforscht werden müssen, kann bereits eine einfache Modellrechnung zeigen, dass eine Absenkung in der genannten Größe durch Setzungserscheinungen der zerrütteten Untergrundgesteine grundsätzlich möglich ist. Damit lassen sich nun auch Schichtverstellungen in Kraterfüllungen auf dem Mars besser erklären, zumindest für Krater, welche eine enge zeitliche Abfolge von Kraterbildung und anschließender Wasserfüllung mit Sedimentation aufweisen.

Die Studie wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Neben Geobiologen und Sedimentologen der Universität Göttingen waren auch das Bayerische Landesamt für Umwelt sowie die Brown University, Providence, USA, beteiligt.

Originalveröffentlichung:
Arp, G. et al: A Volcanic Ash Layer in the Nördlinger Ries Impact Structure (Miocene, Germany): Indication of Crater Fill Geometry and Origins of Long-Term Crater Floor Sagging. Journal of Geophysical Research Planets (2021).

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• Nördlinger Ries und Steinheimer Becken

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR.

Es ist unklar, wann genau der letzte wirklich große Einschlag eines Asteroiden oder Kometen auf der Erde erfolgte. Die Zeugnisse solcher Einschläge existieren jedoch überall auf der Welt. Prominente Beispiele hierfür sind das Nördlinger Ries in Bayern oder der Barringer-Krater im US-Bundesstaat Arizona.

Das Risiko von Asteroideneinschlägen auf der Erde
Ein weiteres Beispiel, diesmal aus der jüngeren Geschichte, findet sich in der Tunguska-Region in Sibirien, wo am 30. Juni 1908 durch die Explosion eines Asteroiden in der Erdatmosphäre Millionen von Bäumen entwurzelt wurden. Und erst am 15. Februar 2013 ging über der russischen Stadt Tscheljabinsk ein lediglich etwa 17 bis 20 Meter durchmessender Asteroid nieder (Raumfahrer.net berichtete), der nicht nur enorme finanzielle Schäden verursachte. Durch die Auswirkungen der bei diesem Ereignis erzeugten Druckwelle wurden laut russischen Medienberichten weit über 1.000 Menschen verletzt.

Die in Arizona, Sibirien und dem Ural verursachten Schäden wurden durch relativ kleine Objekte mit lediglich wenigen Dutzend Metern Durchmesser hervorgerufen. Allerdings existieren in unserem Sonnensystem eine Vielzahl solcher der Erde potentiell gefährlich nahe kommende Objekte, welche teilweise über Durchmesser von mehreren hundert Metern, in einigen Fällen sogar von mehreren Kilometern verfügen. Sie werden als „Near Earth Objects“ (kurz „NEO“) bezeichnet. Bisher wurden von Amateur- und Berufsastronomen mehr als 10.700 solcher NEOs entdeckt und jeden Monat kommen mehrere Dutzend weitere Objekte hinzu.

Die Gefahr durch metallreiche Asteroiden
Eine besondere Gefahr für die Erde stellen dabei Asteroiden dar, welche hauptsächlich aus Metallen zusammengesetzt sind, da diese über eine höhere Dichte und Masse verfügen als vergleichbar große, hauptsächlich aus Gesteinen bestehende Asteroiden. Der Asteroid, der im Februar 2013 in 20 bis 30 Kilometern Höhe nahe der Stadt Tscheljabinsk mit der Wucht von 500 Kilotonnen TNT zerbarst, war zum Beispiel ein steinartiges Objekt. Ein metallischer Asteroid derselben Größenklasse wäre bei seinem Flug durch die Erdatmosphäre deutlich widerstandsfähiger gewesen und hätte tiefer in die Atmosphäre eindringen oder gar die Erdoberfläche erreichen können. Die Schäden wären dadurch noch erheblich größer ausgefallen.

„Es ist wichtig, die Zusammensetzung potenziell gefährlicher Asteroiden möglichst früh festzustellen“, so Prof. Dr. Alan W. Harris, Asteroidenforscher am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, der das internationale Asteroiden-Suchprojekt NEOShield, in dem unter anderem die Eigenschaften von Asteroiden, aber auch die Verhinderung von Asteroideneinschlägen auf der Erde untersucht werden, leitet (Raumfahrer.net berichtete). Nur wenn der Aufbau und die Zusammensetzung eines auf Kollisionskurs mit der Erde befindlichen Asteroiden bekannt ist kann dieser effektiv von seiner Flugbahn in Richtung Erde abgelenkt werden, so Prof. Alan Harris weiter.

Das Weltraumteleskop WISE
Jetzt haben die Planetologen des DLR Tausende von Datensätzen des NASA-Weltraumteleskops WISE (kurz für Wide-field Infrared Survey Explorer) ausgewertet – und kamen dabei auch den metallischen Asteroiden auf die Spur. Für ihre Analysen machten sich die beteiligten Wissenschaftler das Prinzip der unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeit der Asteroiden – Metall leitet Wärme besser als Gestein – zunutze. Die Sonnenenergie dringt somit tiefer in die Oberfläche eines metallreichen Asteroiden ein und wird dort absorbiert. Im Rahmen von Infrarotbeobachtungen erscheinen die Oberflächen dieser Asteroiden deshalb „kühler“ als die Oberflächen von Gesteinsasteroiden.

Belegt werden konnte dies durch den Vergleich von Reflexionsmessungen bei Radarabtastungen und Messungen der infraroten Wärmestrahlung von bekannten metallischen Asteroiden. Bisher sind den Wissenschaftlern lediglich etwa 40 Asteroiden bekannt, welche als metallreich identifiziert werden konnten. Mit der neuen Infrarot-Methode der DLR-Wissenschaftler wird diese Zahl jetzt allerdings wohl um einiges steigen.

„Im Katalog der WISE-Beobachtungen weisen noch viele Asteroiden Anzeichen für einen hohen Metallgehalt auf“, betont Prof. Alan Harris.

Potentielle Rohstoffquellen für die Hi-Tech-Industrie
Neben einer rechtzeitigen Gefahrenerkennung und der Einschätzung des Impaktrisikos könnte eine möglichst umfassende Katalogisierung von metallreichen Asteroiden in Zukunft noch einen weiteren Nutzen mit sich bringen. Metallische Asteroiden könnten nämlich einmal eine wichtige Quelle für den Abbau von wertvollen Rohstoffen wie Osmium, Iridium, Platin oder Palladium werden. Das ist derzeit allerdings noch Zukunftsmusik, welche laut der Einschätzung von Prof. Alan Harris frühestens die nächste oder übernächste Generation betreffen wird. Allerdings, so Alan Harris weiter, ist dieses Szenario mittlerweile nicht mehr komplett unrealistisch.

Derzeit untersuchen bereits mehrere US-amerikanische Privatfirmen die Möglichkeiten, Asteroiden zukünftig als Rohstoffquellen zu erschließen. Und auch die NASA plant, einen etwa sechs Meter durchmessenden Asteroiden einzufangen, diesen in eine Umlaufbahn um den Mond zu befördern und dort zu erforschen. Eines der vielen Probleme, welche derzeit noch bei diesen hochambitionierten Projekten auftreten, besteht in der Auswahl von dafür geeigneten Asteroiden. Die Infrarot-Beobachtung bietet eine neue Möglichkeit, metallreiche Kandidaten unter den erdnahen Objekten herauszufiltern.

Zusätzlich erlaubt die Untersuchung von Asteroiden jedoch auch einen Blick in die Vergangenheit. Die meisten Asteroiden des heutigen Sonnensystems sind die Überbleibsel von gewaltigen Kollisionen, welche sich seit der Entstehungsphase unseres Sonnensystems ereignet haben. Über die detaillierten Eigenschaften dieser Körper ist im Allgemeinen bisher allerdings nur sehr wenig bekannt.

„Deshalb forschen wir im NEOShield-Projekt zurzeit gemeinsam mit zwölf Partnern aus Forschung und Industrie und bündeln unser Wissen“, so Prof. Alan Harris. Neben der nun entdeckten Methode, mit der metallreiche Asteroiden identifiziert werden können, liegen NEOShield auch bereits erste Messdaten und Ergebnisse für Computer-Modellierungen von Einschlagsszenarien vor.

Die Infrarot-Methode zur Identifizierung von metallreichen Asteroiden wurde kürzlich in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ unter dem Titel „How to find metal-rich asteroids“ publiziert.

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Fachartikel von Alan W. Harris und Line Drube:

• How to find metal-rich asteroids (engl.)

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