Quelle: Universität Göttingen.

„Ursprünge“ lautet der Titel der öffentlichen Ringvorlesung im Wintersemester 2020/2021 an der Universität Göttingen. Sowohl natur- als auch geisteswissenschaftliche Disziplinen widmen sich der Erforschung von Aspekten, denen der Ursprungsbegriff zugrunde liegt. Entsprechend schaut die Ringvorlesung aus verschiedenen fachlichen Perspektiven auf das Thema: mit Vorträgen über den Ursprung des Kosmos und des Sonnensystems sowie des Lebens auf der Erde ebenso wie über die Ursprünge von Kultur, Religion, Schöpfung und Nationen. Die Vorträge finden dienstags um 18.15 Uhr online als Live-Stream statt; wenn es die Entwicklung der Corona-Pandemie zulässt, kann eine begrenzte Anzahl an Interessierten in der Aula am Wilhelmsplatz teilnehmen.

Den Auftakt macht am Dienstag, 27. Oktober 2020, der Astrophysiker, Naturphilosoph und Moderator Prof. Dr. Harald Lesch von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Sein ausschließlich als Live-Stream ausgestrahlter Vortrag trägt den Titel „Der Ursprung des Kosmos“. Eine Woche später am 3. November spricht Prof. Dr. Ulrich Christensen vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen über „Unsere Heimat im Kosmos – Die Entstehung des Sonnensystems“. Weitere Themen sind die Geschichte des Mondes, geochemische Prozesse auf der frühen Erde, die Evolution der Tiere, die Entstehung von „Hochkultur“ sowie der Ursprung des Menschen.

Die Reihe findet erneut in Zusammenarbeit mit der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen statt. Das gesamte Programm und aktuelle Informationen zum Format der jeweiligen Vorträge sind online unter www.uni-goettingen.de/ringvorlesung zu finden.

Veranstaltung verpasst?
Die Aufzeichnungen der Vorträge werden jeweils am darauf folgenden Mittwoch um 12 Uhr im StadtRadio Göttingen (107,1 MHz) ausgestrahlt. Anschließend sind sie langfristig als Video-Mitschnitt auf YouTube aufrufbar.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2013.

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, so die allgemein anerkannte Theorie zur Entstehung des Erdmondes, kollidierte ein etwa marsgroßer, mit dem Namen Theia belegter Protoplanet mit der noch jungen Erde. Aus den Trümmern, welche bei diesem Ereignis in den Erdorbit geschleudert wurden, bildete sich kurz darauf unser Mond. Noch während der Apollo-Missionen wurde allgemein davon ausgegangen, das es sich bei dem Mond um einen staubtrockener Himmelskörper handelt, der aufgrund der unwirtlichen Umweltbedingungen – der Mond ist von einer nur äußerst dünnen Exosphäre umgeben und zwischen Tag und Nacht herrschen extreme Temperaturunterschiede – kein Wasser binden kann.

In den letzten Jahren zeigten jedoch sowohl die Untersuchungen der von den US-amerikanischen Astronauten vom Mond zurückgebrachten Bodenproben als auch die Analysen verschiedener Mondsonden, dass sich auf dem Mond sehr wohl Wasser befindet. Dieses ist teilweise in Form von Wassereis in verschiedenen tiefen Kratern abgelagert, welche sich in der Südpolregion des Mondes befinden, und die nicht vom Sonnenlicht erreicht werden. Eine weitere Quelle des Mondwassers befindet sich dagegen in dessen Inneren und ist dort in der Kristallstruktur des Mondgesteins gebunden.

Woher stammt dieses Wasser?
Ein Teil dieses Wassers wurde im Laufe der Jahrmilliarden sehr wahrscheinlich durch Asteroiden und Kometen zum Mond transportiert und dort bei den Einschlägen dieser Objekte freigesetzt. Eine neue Studie zeigt jetzt jedoch, dass zumindest ein Teil des Mondwassers von der noch jungen Protoerde stammt, wo es sich bereits vor der Kollision mit Theia befunden hat. Für ihre Studien untersuchte ein von Jessica Barnes von der Open University in Großbritannien geleitetes Team den Wasseranteil in dem Mineral Apatit – einem Calciumphospatmineral – welches aus der Kruste des Mondes stammt.

„Dies sind einige der ältesten Gesteine, die uns vom Mond zur Verfügung stehen und sie sind deutlich älter als die ältesten irdischen Gesteine. Das hohe Alter macht diese Gesteinsproben zu den geeignetsten Objekten, um den Wasseranteil zu ergründen, über den der Mond unmittelbar vor seiner Bildung vor etwa 4,5 Milliarden Jahren verfügte“, so Jessica Barnes.

Das Team stellte fest, dass das Mondgestein wesentlich größere Mengen an Wasser enthält als zuvor angenommen, und das dieses Wasser in der Kristallstruktur des Apatits gebunden ist. Durch die Analyse der Isotopensignaturen des Wassers konnten zudem dessen potentiellen Quellen identifiziert werden.

„Das in dem Apatit gebundene Wasser weist Isotopensignaturen auf, welche sehr stark den Signaturen des irdischen Wassers ähneln. Diese bemerkenswerten Gemeinsamkeiten deuten sehr darauf hin, dass das Wasser im Erde-Mond-System über einen gemeinsamen Ursprung verfügt“, so Jessica Barnes weiter.

Die einfachste Erklärung für diese Gemeinsamkeit, so die Wissenschaftler, besteht darin, dass dieses Wasser bereits auf der Proto-Erde vorhanden war, als es zu der Kollision mit Theia kam. Trotz der dabei auftretenden hohen Temperaturen hat es sich nicht verflüchtigt, sondern blieb weiterhin in dem ins Weltall geschleuderten irdischen Gestein gebunden bis sich aus dieser Trümmerwolke schließlich der Mond formte.

Die hier kurz erläuterten Forschungsergebnisse von Jessica Barnes und ihren Kollegen wurden am gestrigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

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• Mond

EPSC 2013:

• Investigating the H2O content and H isotopic composition of the primitive lunar magma ocean (LMO) cumulates (engl.)

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Ein Beitrag von Gertrud Felber und Klaus Donath. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft, NASA.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und der Universitäten in Utrecht und Edinburgh haben mit einem Experiment harausgefunden, dass das Methan auf dem Mars von Meteoriten und nicht von Bakterien stammen könnte. Dafür bestrahlten sie Bruchstücke vom Murchison-Meteorit unter Mars-ähnlichen Bedingungen mit starkem ultraviolettem Licht. Dadurch wurden sehr schnell größere Mengen an Methan freigesetzt, welche hochgerechnet die in der Atmosphäre des Mars‘ gemessenen Methanwerte erklären könnten. Es zeigte sich, dass durch Bestrahlung des Meteoritenmaterials mit dem UV-Licht durch Zersetzung bis zu 787 Tonnen Methan jährlich produziert werden könnten, so dass die Methanmenge auf dem Mars damit auch ohne lebende Organismen erklärt werden kann.

Nach Ansicht der Forscher entsteht Methan durch die Bestrahlung mit dem energiereichen UV-Licht aus unzähligen kleinen Mikro-Meteoriten und interplanetaren Staubteilchen, welche aus dem Weltall auf der Marsoberfläche auftrafen. Bis jetzt konnte keine der früheren Theorien vollständig die Freisetzung von 200 bis 300 Tonnen Methan pro Jahr erklären. Das Experiment der Forscher hat für die Suche nach Leben auf dem Mars und anderen Planeten natürlich erhebliche Konsequenzen. Es schwächt die Vermutung über noch heute existierende Mikroben im Untergrund des Mars‘. Die ähnliche Atomzusammensetzung vom freiwerdenden Methangas aus biologischen wie geochemischen Quellen machen aber eine definitive Zuordnung schwierig.

Der 4,6 Milliarden Jahre alte Murchison-Meteorit schlug 1969 in der australischen Stadt Murchison ein. Nach den Aussagen der Wisssenschaftler enthält dieser Meteorit mehrere Prozent Kohlenstoff und hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie die Hauptmenge des Meteoritengesteins, welches auf der Marsoberfläche zu finden ist. Da Mars über keine Ozonschicht verfügt, trifft die UV-Strahlung der Sonne fast ungefiltert auf die Oberfläche. Die Forscher setzten für das Experiment eine äquivalente Menge an UV-Strahlen ein. Dieser Mechanismus könnte auch erklären, warum die Marsatmosphäre am Äquator und in den wärmeren Bereichen besonders viel Methan enthält, denn die senkrecht zur Oberfläche einfallende Sonnenstrahlung ist pro Quadratzentimeter gemessen energiereicher als an den Polen.

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• Planet Mars

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, CICLOPS.

Der etwa 212 Kilometer durchmessende Saturnmond Phoebe wurde im Jahr 1899 von dem US-amerikanischen Astronomen W. H. Pickering auf fotografischen Platten entdeckt, welche bereits mehrere Monate zuvor am 16. August 1898 aufgenommen wurden. Im Gegensatz zu den anderen größeren Monden des Saturn verfügt Phoebe über eine auffallend dunkle Oberfläche, welche lediglich etwa sechs Prozent des einfallenden Sonnenlichts reflektiert.

Diese geringe Albedo, welche auf eine andere chemische Zusammensetzung als bei den anderen, größeren Saturnmonden hindeutet, und die Tatsache, dass der Mond sich auf einer retrograden Umlaufbahn entgegen der Rotationsrichtung des Saturn um den Ringplaneten bewegt, legt die Vermutung nahe, dass es sich bei Phoebe um ein vom Saturn „eingefangenes“ Objekt handelt. Die Planetenforscher vermuteten dabei bereits seit längerem, dass Phoebe ursprünglich aus dem Kuipergürtel stammt, welcher sich außerhalb der Umlaufbahn des Planeten Neptun erstreckt und der die Heimat mehrerer Hunderttausend kleinerer Objekte darstellt.

Am 11. Juni 2004 passierte die Raumsonde Cassini Phoebe in einem Abstand von lediglich 2.068 Kilometern und konnte erstmals detaillierte Aufnahmen der Oberfläche dieses Mondes zur Erde übermitteln. Diese Aufnahmen zeigten, dass Phoebes Oberfläche extrem stark verkratert und von diversen Erdrutschen und linearen Strukturen überzogen ist. Die Auswertung der im Rahmen dieses Vorbeifluges durch verschiedene wissenschaftliche Instrumente gewonnenen Daten und ihr Einbezug in ein neues Computermodell über die chemischen, geophysikalischen und geologischen Vorgänge auf dem Mond deuten darauf hin, dass es sich bei Phoebe um ein Planetesimal, einem Überbleibsel aus der Frühzeit unseres Sonnensystems, handelt.

Des Weiteren bestätigen die ausgewerteten Daten die bisherige Annahme, dass sich Phoebe offenbar im Kuipergürtel jenseits der Neptunbahn gebildet hat. Die Daten deuten auch darauf hin, dass Phoebe bereits in seiner Frühzeit über das heute zu beobachtende kugelförmiges Aussehen verfügte, in seinem Inneren zunächst erwärmt wurde und dass sich im Inneren des Mondes dichteres, gesteinhaltiges Material konzentriert. Die mittlere Dichte des Mondes entspricht dabei der Dichte des Zwergplaneten Pluto, einem weiteren Objekt des Kuipergürtels.

„Im Gegensatz zu anderen primitiven Objekten wie etwa Kometen scheint sich Phoebe über einen bestimmten Zeitraum zunächst aktiv entwickelt zu haben, bevor der Mond [in seiner heutigen Form] erstarrte“, so die Planetenforscherin Julie C. Castillo-Rogez vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Wir nehmen an, dass sich Objekte wie Phoebe einst sehr schnell gebildet haben. Sie stellen die einzelnen Bausteine dar, aus denen sich letztendlich die Planeten gebildet haben und geben uns Hinweise auf die Bedingungen, welche zu der Zeit geherrscht haben müssen, als die Planeten und ihre Monde entstanden sind.“

Ursprünglich, so die Planetenforscher, könnte Phoebe einmal über einen porösen Aufbau verfügt haben. In der Folgezeit ist Phoebe dann allerdings kollabiert und verfügt deshalb in der Gegenwart über eine um 40 Prozent höhere Dichte als die anderen größeren Saturnmonde. Die Wissenschaftler gehen allgemein davon aus, dass sich Objekte in der Größenordnung von Phoebe im Rahmen des Entstehungsprozesses unseres Sonnensystems als unregelmäßig geformte Objekte gebildet und in der Folge ihre Gestalt nicht mehr verändert haben.

Manche Objekte, welche sich ganz zu Beginn der Entstehungsphase unseres Sonnensystems geformt haben, könnten in ihrem Inneren jedoch eine größere Menge an radioaktives Material angesammelt haben. Durch den natürlichen Zerfall der radioaktiven Elemente wäre dann über einen begrenzten Zeitraum Wärme freigesetzt worden, welche nicht nur das Innere des Objektes erwärmte, sondern auch zu einer Neuformung der äußeren Struktur führte.

„Aufgrund der äußeren Form des Mondes, welche wir auf den Cassini-Aufnahmen sehen und den Modellen der wahrscheinlichen Kraterbildungsgeschichte, konnten wir ableiten, dass Phoebe schon zu Beginn fast kugelförmig war und nicht etwa zunächst eine unregelmäßige Form hatte, welche später durch Impakte und Kollisionen mit anderen Himmelskörpern kugelförmiger wurde“, so Peter Thomas von der Cornell University in Ithaca/USA, ein Mitarbeiter der Cassini-Mission.
Laut den Analysen der Wissenschaftler bildete sich Phoebe bereits innerhalb der ersten drei Millionen Jahre nach der Entstehung unseres Sonnensystems vor rund 4,55 Milliarden Jahren. Die Phase einer durch radioaktive Zerfallswärme bedingten Erwärmung dürfte, so die Studie, im Falle von Phoebe einige zehn Millionen Jahre gedauert haben. In diesem Zeitraum könnte Phoebe sogar flüssiges Wasser beherbergt haben. Dies wäre eine Erklärung für das Vorhandensein von wasserhaltigen Mineralen, welche durch das Visual Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde Cassini, auf der Mondoberfläche nachgewiesen wurden.

Einige hundert Millionen Jahre nach seiner Entstehung driftete der heutige Mond dann aus den äußeren Regionen in das innere Sonnensystem. Dabei geriet er schließlich in den gravitativen Einflussbereich des Saturn und wurde in seinen gegenwärtigen Orbit „gezwungen“. Dieses „Schicksal“ teilt Phoebe mit einer Vielzahl der insgesamt 62 bisher bekannten Monde des Saturn, welche sich in ihrer Größe, ihrer Zusammensetzung und den jeweiligen Umlaufbahnen teilweise drastisch voneinander unterscheiden. Bei vielen dieser Monde handelt es sich um kleinere, irreguläre Trabanten mit jeweils nur wenigen Kilometern Durchmesser, deren Bahnen nicht in der Äquatorebene des Planeten liegen. Auch bei diesen Saturnmonden dürfte es sich um Objekte handeln, welche im Laufe der Jahrmilliarden vom zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems „eingefangen“ wurden.

„Durch unsere Kombination der Cassini-Daten mit Computermodellen, welche zuvor schon bei anderen Objekten des Sonnensystems angewandt wurden, konnten wir praktisch die Zeit zurückdrehen, und so herausfinden, warum der Mond sich so deutlich vom Rest des Saturnsystems unterscheidet“, so Jonathan Lunine, ein weiterer an der Cornell University tätiger Mitarbeiter der Cassini-Mission.
Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Icarus publiziert.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC.

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