Quelle: WWU 18. Januar 2024.

18. Januar 2024 – Der Mond unserer Erde ist fast vollständig mit Staub bedeckt. Anders als auf der Erde ist dieser Staub nicht durch Wind und Wetter glatt geschliffen, sondern scharfkantig und zusätzlich elektrostatisch aufgeladen. Bereits seit der Apollo-Ära Ende der 1960er-Jahre wird dieser Staub untersucht. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Ottaviano Rüsch von der Universität Münster erstmals besondere metergroße Felsen auf der Mondoberfläche entdeckt, die mit Staub bedeckt sind und vermutlich einzigartige Eigenschaften aufweisen – etwa magnetische Anomalien. Die wichtigste Erkenntnis der Wissenschaftler ist, dass nur sehr wenige Felsblöcke auf dem Mond eine Staubschicht mit speziellen Reflexionseigenschaften haben. Zum Beispiel reflektiert der Staub auf diesen neu entdeckten Felsblöcken das Sonnenlicht anders als auf bisher bekannten Gesteinen. Diese neuen Erkenntnisse helfen den Wissenschaftlern, Prozesse zu verstehen, die die Mondkruste bilden und verändern. Die Studienergebnisse sind im Fachjournal „Journal of Geophysical Research – Planets“ erschienen.

Es ist bekannt, dass es auf der Mondoberfläche magnetische Anomalien gibt, insbesondere in der Nähe einer Region namens Reiner Gamma. Die Frage, ob Gesteinsbrocken magnetisch sein können, wurde jedoch noch nie untersucht. „Das derzeitige Wissen über die magnetischen Eigenschaften des Mondes ist sehr gering, sodass diese neuen Gesteine Aufschluss über die Geschichte des Mondes und seines magnetischen Kerns geben werden“, ordnet Ottaviano Rüsch vom Institut für Planetologie die Entdeckung ein. „Dazu haben wir erstmals die Wechselwirkungen von Staub mit Gesteinsbrocken in der Reiner-Gamma-Region untersucht – genauer gesagt die Variationen in den Reflexionseigenschaften dieser Gesteine. Beispielsweise können wir daraus ableiten, zu welchem Anteil und in welche Richtung das Sonnenlicht von diesen großen Felsen reflektiert wird.“ Die Aufnahmen wurden von der NASA-Raumsonde Lunar Reconnaissance Orbiter durchgeführt, die den Mond umkreist.

Ursprünglich war das Forschungsteam an zerklüfteten Gesteinsbrocken interessiert. Sie hatten zunächst mithilfe künstlicher Intelligenz etwa eine Million Bilder nach solchen Gesteinsbrocken durchsucht – diese Aufnahmen stammen ebenfalls vom Lunar Reconnaissance Orbiter. „Moderne Datenverarbeitungsmethoden ermöglichen uns komplett neue Einblicke in globale Zusammenhänge – gleichzeitig finden wir auf diese Weise immer wieder unbekannte Objekte, so wie die anomalen Gesteinsbrocken, die wir in dieser neuen Studie untersuchen“, sagt Valentin Bickel vom Center for Space and Habitability der Universität Bern. Der Suchalgorithmus identifizierte rund 130.000 interessante Gesteinsbrocken, die Hälfte davon untersuchten die Wissenschaftler. „Wir erkannten auf nur einem Bild einen Felsbrocken mit markanten dunklen Bereichen. Dieses Gestein unterschied sich stark von allen anderen, da es weniger Licht in Richtung Sonne zurückstreut als andere Gesteine. Wir vermuten, dass das an der besonderen Staubstruktur liegt, etwa an der Dichte und der Korngröße des Staubs“, erklärt Ottaviano Rüsch. „Normalerweise ist der Mondstaub sehr porös und reflektiert viel Licht in die Beleuchtungsrichtung. Wenn der Staub aber kompaktiert wird, steigt gewöhnlich auch die Helligkeit insgesamt. Dies ist bei den beobachteten staubbedeckten Felsen nicht der Fall“, fügt Marcel Hess von der TU Dortmund hinzu. Dies sei eine faszinierende Entdeckung – allerdings stehen die Wissenschaftler noch am Anfang, diesen Staub und seine Wechselwirkungen mit dem Gestein zu verstehen. In den kommenden Wochen und Monaten wollen die Forscher die Prozesse weiter untersuchen, die zu den Wechselwirkungen zwischen Staub und Felsen sowie zu der Entstehung der besonderen Staubstruktur führen. Zu diesen Prozessen gehören zum Beispiel die Anhebung des Staubs aufgrund elektrostatischer Aufladung oder die Wechselwirkung des Sonnenwinds mit lokalen Magnetfeldern.

Neben zahlreichen anderen internationalen unbemannten Raumfahrtmissionen zum Mond schickt die NASA in den kommenden Jahren einen automatischen Rover, einen fahrbaren Roboter, in die Reiner-Gamma-Region, um ähnliche Arten von Felsblöcken mit speziellem Staub zu finden. Auch wenn es noch Zukunftsmusik ist: Ein besseres Verständnis der Staubbewegung kann beispielsweise bei der Planung menschlicher Siedlungen auf dem Mond helfen. Denn aus den Erfahrungen der Apollo-Astronauten weiß man, dass Staub viele Probleme aufwirft, etwa die Verunreinigung technischer Geräte oder der Weltraumstationen.

Originalpublikation
Rüsch, O., Hess, M., Wöhler, C., Bickel, V. T., Marshal, R. M., Patzek, M., & Huybrighs, H. L. F. (2024). Discovery of a dust sorting process on boulders near the Reiner Gamma swirl on the Moon. Journal of Geophysical Research: Planets, 129, e2023JE007910. Doi: 10.1029/2023JE007910
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JE007910

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• Mond

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Quelle: WWU 16. Januar 2024.

16. Januar 2024 – Die dunklen Bereiche auf der Oberfläche des Mondes, die wir auch von der Erde aus erkennen können, bestehen aus Basalten. Sie sind auf den ersten Blick den Basalten auf der Erde sehr ähnlich. Allerdings sind viele Mondbasalte reich an Titan, wie Analysen dieser Gesteine aus mehreren Apollo-Missionen der US-Bundesbehörde für Raumfahrt, NASA, zeigen. Dabei handelt es sich um ein Übergangsmetall, das in terrestrischen Basalten nur in Spuren vorhanden ist. Es gibt einige Theorien, wie diese ungewöhnlichen Gesteine auf dem Mond entstanden sind.

Wissenschaftler der Universitäten Münster und Bristol (England) haben nun das Rätsel gelöst: Sie haben die isotopische Zusammensetzung dieser lunaren Gesteine mit extrem hoher Genauigkeit in neuartigen Massenspektrometern gemessen. Ihr Ergebnis: Die titanreichen Basalte müssen durch eine unvollständige Reaktion von titanreichen Schmelzen mit Nebengesteinen tief im lunaren Mantel entstanden sein. Die Ergebnisse sind nun in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen. „Die Entstehung dieser Basalte wird seit über 50 Jahren intensiv diskutiert. Mit unseren Studienergebnissen können wir hiermit die Diskussion neu aufrollen“, betont Prof. Dr. Stephan Klemme vom Institut für Mineralogie der Universität Münster.

Originalpublikation:
doi.org/10.1038/s41561-023-01362-5
https://www.nature.com/articles/s41561-023-01362-5
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-023-01362-5.pdf

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• Mond

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Quelle: WWU 6. Oktober 2023.

6. Oktober 2023 – Unter dem Titel „Zurück zum Urknall: kosmische Strahlung, kleinste Relikte und große Teleskope“ findet an der Universität Münster am 13. und 14. Oktober (Freitag und Samstag) das 24. Astroseminar statt. Referentinnen und Referenten von verschiedenen Universitäten, der Europäischen Weltraumorganisation ESA, dem münsterschen LWL-Museum für Naturkunde mit Planetarium und dem Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie geben Einblicke in die aktuelle Forschung. Am 14. Oktober können Interessierte zudem Teleskope basteln und am Tag der offenen Tür im Institut für Kernphysik teilnehmen.

Das Astroseminar ist ein Angebot junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Institute für Kernphysik und Theoretische Physik. Es richtet sich an Schülerinnen und Schüler, Studierende aller Fachbereiche und an alle anderen Interessierten. Vorkenntnisse sind nicht erforderlich. Die Teilnahme ist kostenlos und auch an einzelnen Programmpunkten möglich. Veranstaltungsort ist der Hörsaal 1 (HS 1), Wilhelm-Klemm-Straße 10. Das vollständige Programm gibt es unter www.uni-muenster.de/Physik.Astroseminar.

Flyer-Download:
https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/physik_astroseminar/werbung/astroseminar_flyer_2023.pdf

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: WWU (upm/kk) 14. September 2023.

14. September 2023 – Seit dem 20. Oktober 2018 ist das Raumschiff BepiColombo auf dem Weg zum Merkur. Mit an Bord ist das Infrarot-Spektrometer „MERTIS“, das ein Planetologen-Team um Prof. Dr. Harald Hiesinger von der Universität Münster mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin und Industriepartnern über viele Jahre entwickelt hat. Die Mission hat das Ziel, den sonnennahsten Planeten zu erkunden und Hinweise auf seine Geschichte sowie zur Entstehung des Sonnensystems zu liefern. Im September tagt das internationale Forschungsteam in Münster, um sich über den Stand der Mission auszutauschen. Kathrin Kottke sprach mit Harald Hiesinger über die Rolle der Universität Münster bei dieser jahrelangen Reise ins Weltall.

Seit über vier Jahren ist das Raumschiff BepiColombo im All unterwegs. Ende 2025 soll es in die Merkur-Umlaufbahn eindringen und damit seine finale Destination erreichen. Warum ausgerechnet zum Merkur?
Harald Hiesinger: Der Merkur ist ein Planet der Extreme, über den wir bislang wenig wissen, der uns aber sehr viel über die Entstehung unseres Sonnensystems verraten kann. Er umkreist die Sonne in einer Entfernung von ‚nur‘ 58 bis 69 Millionen Kilometern. Zum Vergleich: Bei der Erde beläuft sich die Distanz auf rund 150 Millionen Kilometer. Die Oberfläche der Merkurs erreicht daher Temperaturen von bis zu 430 Grad Celsius. Dennoch existieren vermutlich Krater, deren Böden aufgrund des Orbits im permanenten Schatten liegen und Temperaturen von bis zu minus 170 Grad Celsius aufweisen. Zudem ist er der kleinste Planet in unserem Sonnensystem, wobei er eine sehr hohe Dichte hat – was auf schweres Material im Inneren schließen lässt, etwa Eisen oder Nickel. Wegen seiner Nähe zur Sonne, kann er von der Erde aus nur schwer beobachtet werden. Wir erhoffen uns von der BepiColombo-Mission neue Erkenntnisse.

Mit an Bord ist das von Ihnen über viele Jahre entwickelte MERTIS-Instrument. Was genau ist das für ein Gerät?
Harald Hiesinger: MERTIS steht für ‚Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer‘, ein miniaturisiertes Infrarotspektrometer, das nur circa 37 Zentimeter lang und 20 Zentimeter breit ist und ein Gewicht von etwas mehr als drei Kilogramm hat. Die hochkomplexe Technik musste in kleinster Feinarbeit zusammengesetzt werden und extremen Bedingungen standhalten – etwa dem Start der Rakete, das Durchdringen der Erdatmosphäre sowie der kosmischen und extremen Sonnenstrahlung.

Wie funktioniert das Gerät?
Harald Hiesinger: MERTIS nutzt die emittierte Wärmestrahlung, das sogenannte thermische Infrarot, um Informationen über die Oberfläche des Planeten zu erhalten, etwa über die gesteinsbildenden Minerale. Die räumliche Auflösung beträgt dabei global etwa 500 Meter. Dadurch können wir die mineralogische Zusammensetzung der Merkuroberfläche sowie die gesteinsbildenden Minerale untersuchen. Gleichzeitig wird das integrierte Mikro-Radiometer die Temperatur und die thermische Leitfähigkeit messen. Wir wollen insbesondere Daten zur vulkanischen und tektonischen Evolution des Planeten und zu seiner Impaktgeschichte – also Einschläge von Himmelskörpern auf dem Merkur – sammeln und auswerten.

Gab es Probleme beim Zusammenbau oder während der bisherigen Zeit im All?
Harald Hiesinger: Beim Bau, der im DLR in Berlin erfolgte, mussten wir Teile immer mal wieder austauschen und neu justieren. Auch den Härtetest auf einer Rüttelplatte hat MERTIS zunächst nicht überstanden, weil das Material an einigen Stellen gebrochen ist. Nachdem die Probleme behoben waren und viele Komponenten doppelt verbaut wurden – falls zum Beispiel ein Netzteil ausfällt – wurde MERTIS mit den anderen Instrumenten an das Raumschiff gebaut. Im Weltraum ist bislang alles ohne größere Probleme verlaufen. Wir wissen auf die Sekunde genau, wo sich das Raumschiff befindet und wie es ihm geht. Beim Start der Ariane-5-Rakete in Kourou in Französisch-Guayana ist mir aber nochmal kurz das Herz stehen geblieben.

Was ist denn passiert?
Harald Hiesinger: Ich hatte die große Ehre, beim Start der Mission live vor Ort zu sein. In etwa fünf Kilometer Entfernung sahen wir, wie die Trägerrakete zündete. Da es schon dunkel war, nahmen wir zunächst nur einen großen Feuerball wahr, und es wirkte, als sei die Rakete explodiert. Zum Glück war dem nicht so. Kurze Zeit später erwischte mich die Druckwelle mit voller Wucht. Bei der Zündung wird eine gewaltige Energie freigesetzt. Das war ein Gänsehautmoment…

… den Sie vermutlich nicht so schnell vergessen werden!
Harald Hiesinger: Nein, sicherlich nicht. Für mich und meinem Kollegen Dr. Jörn Helbert vom DLR in Berlin, ist ein großer Traum in Erfüllung gegangen, Teil dieser Mission zu sein. Nun hoffen wir alle, dass die Mission erfolgreich weiterläuft und wir unsere Daten ab dem 5. Dezember 2025 erhalten – das ist der Zeitpunkt, an dem BepiColombo in die rund 430 bis 1.500 Kilometer von der Planetenoberfläche entfernte Umlaufbahn eintritt.

Im September findet die BepiColombo-Tagung in Münster statt. Wer kommt hier zusammen?
Harald Hiesinger: Wir erwarten Gäste aus Japan und ganz Europa – alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die an BepiColombo beteiligt sind. Besonders wichtig ist mir, dass Studierende an der Tagung teilnehmen, sich mit den Experten vernetzen und Teil dieses Forschungsabenteuers werden. Immerhin werden sie zukünftig solche Missionen leiten und begleiten. Die Tagung in Münster ist eine tolle Gelegenheit für den Nachwuchs mit den führenden Experten der BepiColombo-Mission ins Gespräch zu kommen.

Über welche Themen werden Sie sprechen?
Harald Hiesinger: Wie es dem Raumschiff geht, ob technisch alles funktioniert und ob wir im Zeitplan sind. Zudem tauschen wir uns über die Daten aus, die bereits gesammelt wurden – beispielweise bei den Vorbeiflügen an Erde, Venus und Merkur. Und auch zukünftige Strategien für den Betrieb des Raumschiffs und die exakte Durchführung der Mission werden diskutiert.

Informationen zur BepiColombo Mission
Die BepiColombo Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt der ESA (European Space Agency) und der JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Sie ist bis jetzt die dritte unbemannte wissenschaftliche Mission zum Merkur – benannt ist sie nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe Colombo (1920 – 1984), dessen Spitzname „Bepi“ lautet. Die Flugzeit beträgt bis zum Erreichen der Zielorbits etwa sieben Jahre. Während der „Reise“ wird die Stromversorgung über große Solarzellen sichergestellt. Die Kommunikation wird mit einer Hochleistungsantenne (high gain antenna, HGA) sowie einer Mittelleistungsantenne (medium gain antenna, MGA) aufrechterhalten. Sämtliche Kommunikation zwischen der Raumsonde und der Erde findet mittels TM/TC statt (Telemetrie/Telekommando, telemetry/telecommand) statt.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quellen: DESY, Universität Münster (WWU) 29. Juni 2023.

29. Juni 2023 – Astrophysikerinnen und Astrophysiker haben erstmals überzeugende Hinweise auf die Existenz von Gravitationswellen gefunden, die mit Perioden von Jahren bis Jahrzehnten schwingen. Dies geht aus fünf Artikeln hervor, die am 29. Juni in der Zeitschrift „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlicht wurden. Dazu werteten die Forscherinnen und Forscher Daten aus 15 Jahren aus, die das North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) gesammelt hat. An einem der Forschungsartikel sind Kai Schmitz von der Universität Münster und Andrea Mitridate von DESY in Hamburg beteiligt. Diese Publikation beschäftigt sich mit der Hypothese, dass NANOGrav Gravitationswellen sieht, die im Urknall erzeugt wurden. Am NANOGrav-Konsortium sind neben dem Team der Universität Münster und von DESY auch Forschende des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover sowie von der Universität Mainz beteiligt.

Dies ist ein entscheidender Beleg für Gravitationswellen bei sehr niedrigen Frequenzen“, betont Stephen Taylor von der Vanderbilt University (USA), der die Suche mit geleitet hat und derzeit der Kollaboration vorsitzt. „Nach jahrelanger Arbeit öffnet NANOGrav ein neues Fenster zum Gravitationswellen-Universum.“

Das NANOGrav-Konsortium, ein Zusammenschluss von mehr als 190 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, beobachtet Pulsare in unserer Galaxie mit großen Radioteleskopen und sucht dabei nach Gravitationswellen. Ein Pulsar ist der extrem dichte Überrest des Kerns eines massereichen Sterns nach dessen Lebensende in einer Supernova-Explosion. Pulsare drehen sich schnell und senden Strahlen von Radiowellen durch den Weltraum, sodass sie von der Erde aus gesehen zu pulsieren scheinen. „Wenn der Pulsar richtig orientiert ist, lässt sich dieses sehr regelmäßige Signal von der Erde aus messen. Man kann den Effekt mit dem Lichtkegel eines Leuchtturms vergleichen, der in einem bestimmten Takt aufblitzt – nur dass Pulsare viel schneller blinken; im Falle der von NANOGrav beobachteten Pulsare sogar im Millisekundentakt“, veranschaulicht Schmitz, Juniorprofessor am Institut für Theoretische Physik der Universität Münster, der dem NANOGrav-Konsortium angehört.

Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagt genau voraus, wie Gravitationswellen Pulsarsignale beeinflussen sollten. Durch die Dehnung und Stauchung der Raumstruktur beeinflussen die Gravitationswellen die Ankunftszeit jedes Pulses auf eine kleine, aber vorhersehbare Weise, indem sie einige Pulse verzögern und andere früher die Erde erreichen lassen. Abweichungen nach einem bestimmten Muster, das sich auf langsam wogende (niederfrequente) Gravitationswellen zurückführen lässt, zeichnen sich nun in den Daten von 68 beobachteten Pulsaren ab, die das Konsortium in 15 Jahren Forschungsarbeit zusammengetragen hat. Frühere Ergebnisse von NANOGrav hatten zwar bereits ein rätselhaftes Signal in den gemessenen Zeitreihen enthüllt, das allen beobachteten Pulsaren gemeinsam war. Es war aber zu schwach, um daraus Rückschlüsse über seinen Ursprung zu ziehen.

Der jüngste Datensatz von NANOGrav zeigt nun zunehmend klare Hinweise auf Gravitationswellen mit Perioden von Jahren bis Jahrzehnten. Diese Wellen könnten von umkreisenden Paaren der massereichsten Schwarzen Löcher im gesamten Universum ausgehen: Sie sind Milliarden Mal massereicher als die Sonne und größer als der Abstand zwischen Erde und Sonne. Aus der Überlagerung der Signale vieler einzelner Schwarzlochpaare ergibt sich ein diffuses Gravitationswellen-Hintergrundrauschen. Zukünftige Studien dieses Signals werden ein neues Fenster zum Gravitationswellen-Universum öffnen und unter anderem Einblicke in die Verschmelzung gigantischer Schwarzer Löcher in fernen Galaxien gewähren.

Zum Hintergrund: Im Gegensatz zu den niederfrequenten Gravitationswellen, die nur mit Pulsaren detektiert werden können, können flüchtige hochfrequente Gravitationswellen von bodengestützten Instrumenten wie LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) beobachtet werden. Für die erste direkte Messung von hochfrequenten Gravitationswellen mit dem LIGO-Detektor im Jahr 2015 erhielten Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne 2017 den Nobelpreis für Physik. Die neuen NANOGrav-Ergebnisse erschließen nun ein neues Frequenzband im Gravitationswellenspektrum, das in Relation zum LIGO-Frequenzband steht, wie etwa langwellige Radiowellen im elektromagnetischen Spektrum in Relation zu sichtbarem Licht stehen. Zudem ist NANOGrav keinen flüchtigen Gravitationswellen auf der Spur, sondern einem kontinuierlichen Hintergrundrauschen, das die Erde permanent und aus allen Richtungen erreicht.

Die Veröffentlichung der Ergebnisse von NANOGrav ist mit Gravitationswellen-Forschungsteams aus der ganzen Welt abgestimmt, die am 29. Juni ebenfalls jeweils neue Ergebnisse präsentieren. Neben NANOGrav sind dies weitere sogenannte Pulsar-Timing-Array-Konsortien aus Australien, China, Europa, und Indien, die zusammen im International Pulsar Timing Array (IPTA) organisiert sind.

Beitrag von Kai Schmitz und seiner Arbeitsgruppe (Universität Münster) und Andrea Mitridate (DESY) zu den NANOGrav-Veröffentlichungen vom 29. Juni
Das von NANOGrav gesehene Signal könnte auch einen kosmologischen Beitrag in Form von Gravitationswellen aus dem frühen Universum erhalten. Diese Hypothese wird in einer der fünf nun veröffentlichten Studien im Detail untersucht, die Kai Schmitz mit Andrea Mitridate, Postdoktorand bei DESY, leitete. „In unserer Arbeit“, führt Andrea Mitridate aus, „nehmen wir die Möglichkeit unter die Lupe, dass NANOGrav im Urknall erzeugte Gravitationswellen sieht – anstelle eines Signals astrophysikalischen Ursprungs, das von gigantischen Schwarzen Löchern ausgesendet wird, die einander im Zentrum von Galaxien umkreisen.“ Ein solcher Ur-Gravitationswellenhintergrund sollte als Gravitationspendant zum kosmischen Mikrowellenhintergrund – dem in den 1960er Jahren entdeckten „Nachglühen“ des Urknalls – angesehen werden.

„Viele Theorien zu neuer Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik sagen die Entstehung von Gravitationswellen im Urknall voraus, darunter Phänomene wie kosmische Inflation, kosmologische Phasenübergänge oder sogenannte kosmische Strings“, erklärt Kai Schmitz. Andrea Mitridate ergänzt: „In diesem Sinne ermöglichen uns die NANOGrav-Daten, Modelle neuer Physik bei Energien zu untersuchen, die in Laborexperimenten auf der Erde unerreichbar sind.“ Es bedarf jedoch weiterer Untersuchungen, um festzustellen, ob sich letztlich die astrophysikalische Interpretation in Form von Doppelsystemen aus extrem massereichen Schwarzen Löchern oder die kosmologische Interpretation in Form von Gravitationswellen aus dem Urknall durchsetzen wird.

Forschungsförderung
Die Arbeit von NANOGrav erhielt finanzielle Unterstützung durch das Physics Frontiers Center der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) (Preisnummer 1430284 und 2020265), die Gordon and Betty Moore Foundation, die NSF (AccelNet-Preisnummer 2114721), ein Discovery Grant des Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) und das Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR). Das Arecibo-Observatorium ist eine Einrichtung der NSF. Sie wird im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung (#AST-1744119) von der University of Central Florida (UCF) in Zusammenarbeit mit der Universidad Ana G. Méndez (UAGM) und Yang Enterprises (YEI), Inc, betrieben. Das Green Bank Observatory und das National Radio Astronomy Observatory sind Einrichtungen der NSF, die im Rahmen von Kooperationsvereinbarungen durch Associated Universities, Inc, betrieben werden.

Originalveröffentlichung mit Beteiligung der Arbeitsgruppen von Universität Münster und DESY
Adeela Afzal et al./ The NANOGrav Collaboration (2023): The NANOGrav 15-year Data Set: Search for Signals from New Physics. The Astrophysical Journal Letters, DOI: 10.3847/2041-8213/acdc91, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acdc91, pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acdc91/pdf

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• Gravitationswellen

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Quelle: DLR 24. Mai 2023.

24. Mai 2023 – Am 25. April 2023 leuchtete um 14:14 MESZ für etwa zwei Sekunden eine Tageslicht-Feuerkugel über Schleswig-Holstein auf. Diese helle Leuchterscheinung wurde von zwei Meteorkameras des Allsky7-Netzwerks aufgezeichnet und von einigen Augenzeugen in Deutschland und den Niederlanden beobachtet. Kurz darauf entdeckten drei Einwohner der Stadt Elmshorn Einschläge auf Dächern bzw. in ihren Gärten und fanden Meteorite von einigen hundert Gramm bis mehrere Kilogramm Masse. Journalisten kontaktierten daraufhin Dieter Heinlein aus Augsburg, den Meteoriten-Spezialisten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dieser konnte bereits anhand von Fotos sicherstellen, dass es sich um echte Steinmeteorite handelt, welche die Schäden an Hausdachpfannen verursacht hatten, und er organisierte die wissenschaftliche Untersuchung der Himmelssteine.

Dankenswerter Weise stellten die Eigentümer der Meteoritenstücke umgehend Material für die Analysen zur Verfügung: Ein Glücksfall für die Meteoriten- und damit auch die Planetenforschung. Mit der raschen Untersuchung können kurzlebige Radioisotope – instabile und schwach strahlende Nuklide oder „Sorten“ von radioaktiven Elementen – untersucht werden und wichtige Hinweise zur Herkunft und Geschichte des Steinmeteoriten liefern.

Das als erstes gefundene Meteoritenstück von 233 Gramm war von seinem Flug durch die Erdatmosphäre sogar noch handwarm. Kreuzen Staubkörner oder eben auch größere Gesteins- und (viel seltener) Metallfragmente die Bahn der Erde um die Sonne und treten im „Kollisionsfall“ dabei in die Erdatmosphäre ein, werden sie bei den hohen Geschwindigkeiten von bis zu 200.000 Kilometern pro Stunde und mehr von der Reibung der dadurch glühend heißen oberen Atmosphäre der Erde oberflächlich stark erhitzt. Dabei verglühen kleine Fragmente vollständig, was als Meteoroid oder „Sternschnuppe“ häufig von der Erde aus sichtbar ist. Größere Eindringlinge aber bilden eine mehrere Sekunden lang am Firmament sichtbare Feuerkugel, die am Ende der Hochtemperaturphase in mehreren Zehntausendmeter Höhe mit lautem Knall zerbersten. Nur bei größeren Fragmenten bleiben Reste mit typischer Schmelzkruste übrig, die nach dem Abbremsen durch die Luftreibung abkühlen und mit Geschwindigkeiten von 150 bis 300 Kilometern pro Stunde als Meteoriten auf den Boden fallen.

DLR leitete sofortige Untersuchung der Meteoriten ein
„Insgesamt wurden in Elmshorn etwa vier Kilogramm Meteoritengestein gefunden“, freut sich Meteoritenexperte Dieter Heinlein, der für das DLR-Institut für Planetenforschung die Funde sofort eindeutig als Meteoriten identifizieren konnte. „Das größte Objekt wiegt 3.724 Gramm. Das allein ist für die Forschung großartig. Das Beste an diesem Meteoritenfall ist aber der Umstand, dass die Funde so schnell gemeldet und dadurch einer sofortigen Untersuchung zugeführt werden konnten. Der Fall von Elmshorn ist wirklich eine kleine Sensation für die Meteoritenforschung!“ Tatsächlich ereignete sich ein fast identischer Meteoritenfall nur zwei Wochen später, am 8. Mai 2023, im Ort Hopewell im US-Bundesstaat New Jersey, als eine Bürgerin im Schlafzimmer ihres Vaters einen 984 Gramm schweren Meteoriten auf dem Boden fand – darüber ein Loch in der Decke, durch das der Bote aus dem All eingedrungen war. Auch in New Jersey wurde kurz vor dem Fund eine Feuerkugel in der Hochatmosphäre gesichtet. Ein ganz außergewöhnlicher Zufall, die beiden Ereignisse stehen aber in keinem astronomischen Zusammenhang.

Dieter Heinlein kontaktierte für die sofortige Untersuchung von „Elmshorn“ das Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und das VKTA – Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf e.V. in Dresden. Am VKTA analysiert Dr. Detlev Degering einen der gefundenen Meteorite aktuell im Untertagelabor „Felsenkeller“ per Gammaspektrometrie auf vorrangig kurzlebige kosmogene Radionuklide, die allerdings extrem schwach strahlend sind und keine Gefahr für die Finder darstellten. Eine weitere Probe wird gegenwärtig am Institut für Planetologie in Münster von den Wissenschaftlern Dr. Markus Patzek und Prof. Dr. Addi Bischoff mineralogisch untersucht und klassifiziert. Unter Leitung der beiden Planetologen werden weitere Forschungsarbeiten an dem Elmshorn Meteoriten koordiniert, an denen unter anderem Institute aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz beteiligt sind.

„Elmshorn“ hat eine bewegte Entstehungsgeschichte
Vorläufige Ergebnisse bestätigen die zuvor gemachten Beobachtungen: Bei dem Meteoritenfall von Elmshorn handelt es sich um einen Chondriten vom Typ H, der intensive Brekziierung aufweist. Unter Brekzien versteht man Gesteine, die aus Gesteinsbruchstücken zusammengesetzt oder durch Hitze zusammengebacken wurde. Das bedeutet für den Elmshorn-Meteoriten, dass er ein Zeugnis komplexer Vermischung und Verfestigungsprozesse durch vorherige Impakte im Asteroidengürtel ist. Entstanden sind diese Gesteinsbrocken zusammen mit den Planeten des Sonnensystems vor viereinhalb Milliarden Jahren. Zwischen den Planeten Mars und Jupiter hätte sich aus Millionen dieser Planetesimale noch ein weiterer Planet bilden können, was die Gravitation Jupiters, des mit Abstand massereichsten Körpers des Sonnensystems, verhinderte. Auf zumeist stabilen Bahnen umkreisen diese Überbleibsel der Planetenentstehung die Sonne.

Nach dem Meteoritenfall von Flensburg im Jahr 2019 ist es der nächste beobachtete Meteoritenfall in Deutschland, bei dem Bruchstücke eines fremden Himmelskörpers, der mit der Erde kollidierte, gefunden wurden. Wenige Kilogramm schwere Meteoritenfälle wie „Elmshorn“ oder 2002 „Neuschwanstein“ erzeugen in der Natur einen meist nur wenige Dezimeter tiefen Krater. In besiedeltem Gebiet kann der Fall natürlich Schaden an Gebäuden verursachen. Das ist extrem selten und passierte aufgezeichnet in den vergangenen beiden Jahrhunderten nur wenige Male, so zum Beispiel am 25. April 2023 in Elmshorn.

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall

Der Beitrag Der Meteoritenfall von Elmshorn: Einschläge und Funde von Gesteins-Bruchstücken aus dem All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: WWU 10. Februar 2023.

10. Februar 2023 – Wie das Universum entstand, versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt am Kernforschungszentrum CERN bei Genf herauszufinden. An der Forschung beteiligen sich auch Physikerinnen und Physiker der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster: Sie haben das Experiment „ALICE“ am Teilchenbeschleuniger LHC („Large Hadron Collider“) mit aufgebaut und werten nun Messdaten aus. Schülerinnen und Schüler ab 15 Jahren dürfen am 17. Februar (Freitag) gemeinsam mit den münsterschen Forschern Geheimnisse aus der Welt der kleinsten Teilchen lüften. Der kostenlose Workshop – eine „International Masterclass“ – findet von 9.30 bis 17 Uhr im Institut für Kernphysik der Universität Münster statt. Weitere Informationen und die Möglichkeit zur Anmeldung gibt es unter https://indico.uni-muenster.de/event/1806/.

Wenn im LHC Blei-Ionen mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entsteht ein Materiezustand mit Temperaturen, die bis zu eine Million Mal höher sind als im Zentrum der Sonne – Bedingungen, wie sie in den ersten Augenblicken des Universums herrschten. Die Schüler blicken gemeinsam mit den CERN-Forschern in die Geburtsstunde des Kosmos und erfahren Wissenswertes über die Grundbausteine der Materie und die Kräfte, die im Universum wirken. Sie lernen Methoden kennen, mit denen sie echte Daten aus dem ALICE-Experiment auswerten, erleben eine Live-Schalte zu diesem Experiment und diskutieren ihre Ergebnisse in einer internationalen Videokonferenz – ganz so, wie es in den großen Forschungsverbünden am CERN üblich ist.

„International Masterclasses“ werden von CERN-Forschern auf der ganzen Welt an verschiedenen Terminen angeboten. In diesem Jahr sind etwa 225 Forschungseinrichtungen und Universitäten in 60 Ländern beteiligt, und es werden mehr als 13.000 Teilnehmer erwartet.

Damit die Schüler für die Teilnahme an der „Masterclass“ in Münster eine Befreiung vom Schulunterricht beantragen können, erhalten sie von den Veranstaltern entsprechende Teilnahmebestätigungen.

Anmeldung und weitere Informationen:
https://indico.uni-muenster.de/event/1806/

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

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Quelle: WWU.

4. März 2022 – Im Rahmen einer „International Masterclass“ lädt das Institut für Kernphysik der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster physikinteressierte Schülerinnen und Schüler ab der zehnten Klasse zu einem Online-Workshop ein. Der ganztägige Workshop findet am 16. März ab 9.30 Uhr statt. Die Teilnahme ist kostenlos und wird schriftlich für die Schule bestätigt. Eine Anmeldung ist ab sofort unter wwuindico.uni-muenster.de/event/1160/ möglich.

Zum Hintergrund: Auch die WWU ist am sogenannten ALICE-Experiment im weltweit größten Forschungszentrum für Teilchenphysik beteiligt, dem CERN in Genf. Im CERN treffen Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinander – dadurch entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Den Workshop bieten Beschäftigte des ALICE-Experiments von mehreren deutschen Standorten an. Die Workshop-Teilnehmer blicken mit Forschern in die Geburtsstunde des Kosmos und erfahren mehr über die Grundbausteine der Materie und über die Kräfte, die im Universum wirken. Neben Vorträgen findet eine Live-Führung durch das ALICE-Experiment am CERN sowie eine Auswertung echter Daten am eigenen Computer statt.

„International Masterclasses“ werden von CERN-Forschern auf der ganzen Welt an verschiedenen Terminen angeboten. In diesem Jahr sind etwa 225 Forschungseinrichtungen und Universitäten in 60 Ländern beteiligt, die Veranstalter erwarten mehr als 13.000 Teilnehmer.

Links
Anmeldung und weitere Informationen: https://wwuindico.uni-muenster.de/event/1160/
Termine am Institut für Kernphysik: https://www.uni-muenster.de/Physik.KP/outreach/events/index.html
International Masterclasses: https://physicsmasterclasses.org/main/

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• Large Hadron Collider

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

22. Februar 2022 – Der drittgrößte Krater auf dem Zwergplaneten Ceres war viele Millionen Jahre nach seiner Entstehung noch mindestens einmal geologisch aktiv. In einer aktuellen Studie, die heute in der Fachzeitschrift Nature Communications erscheint, legen Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und des National Institute of Science Education and Research (NISER) in Indien die bisher detailreichste Untersuchung des Urvara-Kraters vor. Dafür werteten sie erstmals Kamera-Aufnahmen aus der letzten Phase der NASA-Weltraummission Dawn aus, die geologische Strukturen von nur einigen Metern Größe erkennen lässt. Die Raumsonde Dawn war 2015 in eine Umlaufbahn um den Zwergplaneten eingeschwenkt und hatte ihn etwa dreieinhalb Jahre lang aus der Nähe untersucht.

Zahlreiche große Krater zeigen sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten Ceres, der mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern der größte Körper im Asteroidengürtel ist. Der wohl auffälligste dieser Krater heißt Occator und liegt auf der Nordhalbkugel. Die hellen Flecken in seinem Innern, die sich schon in der Anflugphase deutlich zeigten, entpuppten sich als salzhaltige Überbleibsel einer unterirdischen Sole, die bis in jüngster geologischer Zeit durch kryovulkanische Prozesse an die Oberfläche drangen. In einem anderen großen Krater, genannt Ernutet, finden sich Hinweise auf freiliegende organische Verbindungen und somit auf eine sehr komplexe Chemie. In ihrer jüngsten Veröffentlichung wenden sich die Forscher unter Leitung des MPS nun dem Urvara-Krater zu. Auf der Südhalbkugel gelegen, ist er mit einem Durchmesser von 170 Kilometern der drittgrößte Ceres-Krater. Der Einschlag, durch den er vor etwa 250 Millionen Jahren entstand, dürfte Material aus bis zu 50 Kilometern Tiefe zu Tage gefördert haben.

„Die großen Impaktstrukturen auf Ceres verschaffen uns Zugang zu den tieferliegenden Schichten des Zwergplaneten“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, Erstautor der aktuellen Studie und wissenschaftlicher Leiter des Kamera-Teams von Dawn. „Wie sich zeigt, ist die heutige Topographie und mineralogische Zusammensetzung einiger großer Ceres-Krater das Ergebnis komplexer und langanhaltender geologischer Prozesse, die die Oberfläche des Zwergplaneten verändert haben“, fügt er hinzu.

Um diese Prozesse möglichst genau nachvollziehen zu können, sind hochaufgelöste Aufnahmen und spektroskopische Daten notwendig. Die präzisesten Messdaten des Urvara-Kraters entstanden in der „Verlängerung“ der Dawn-Mission: Nach Ablauf der zunächst auf zwei Jahre ausgelegten Primärmission, reichten die verbleibenden Treibstoffreste, um auf wagemutigeren, stark elliptischen Bahnen die Oberfläche des Zwergplaneten stellenweise in einem Abstand von nur 35 Kilometern zu überfliegen. Mit Hilfe der beiden Dawn Framing Cameras, dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Mission, entstanden dabei Aufnahmen, in denen sich Strukturen von einigen Metern Größe erkennen lassen. Das Kamerasystem wurde unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut und während der Mission betrieben.

Steilhänge, Senken und helles Material
Die hochaufgelösten Aufnahmen des Urvara-Kraters offenbaren eine geologisch ausgesprochen vielfältige Landschaft. Mehrfach terrassierte Steilhänge umschließen das Einschlagsbecken; als markantestes Merkmal ragt etwas abseits der Kratermitte eine etwa 25 Kilometer lange und 3 Kilometer hohe Bergkette empor. An ihrer südlichen Flanke finden sich schroffe Klippen, ausgedehnte Geröllfelder – und vereinzelt helles Material, das an die berühmten Flecken des Occator-Kraters erinnert. Des Weiteren zeigen die Bilder eine tiefe Senke, Gebiete mit auffallend glatter Oberfläche und solche, die von zahlreichen kleineren, runden Vertiefungen übersät sind.

„Unsere Auswertungen ergeben, dass verschiedene Bereiche des Kraters sehr unterschiedlich alt sind“, so Dr. Nico Schmedemann vom Institut für Planetologie der WWU. „Der Altersunterschied beträgt bis zu 100 Millionen Jahre. Das deutet darauf hin, dass dort Prozesse am Werk waren, die noch lange nach der eigentlichen Entstehung des Kraters gewirkt haben“, fügt er hinzu. Für Untersuchungen dieser Art zählen Forscherinnen und Forscher die kleinen Krater, die jede Oberfläche atmosphäreloser Körper überziehen. Da ältere Oberflächen mehr Zeit hatten, solche Einschläge kleinerer Brocken aus dem Weltall „anzusammeln“, weisen sie mehr Krater auf als jüngere. Bei der genauen Altersbestimmung spielen zudem Modelle von der Stärke des Bombardements zu verschiedenen Zeiten eine Rolle.

Die ursprünglichsten Gebiete im Urvara-Krater sind demnach etwa 250 Millionen Jahre alt. Dieser Zeitpunkt markiert die Entstehung des Kraters selbst. Zu den jüngeren Oberflächen innerhalb des Kraters zählen ausgedehnte glatte, dunkle Gebiete sowie Senktrichter, die wahrscheinlich durch Gasaustritt im Untergrund entstanden sind.

Salze und organische Verbindungen aus der Tiefe
Weitere Hinweise auf die bewegte Vergangenheit des Kraters enthalten die Bilder, die mit Hilfe der Farbfilter des Kamerasystems aufgenommen wurden. Sie erlauben Rückschlüsse darauf, welche Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichtes bestimmte Oberflächen ins All reflektieren – und damit auf ihre mineralogische Zusammensetzung. Wie sich zeigt, handelt es sich bei dem hellen Material um Salze. Daten des Dawn-Spektrometers VIR, das von der italienischen Weltraumagentur ASI zur Mission beigesteuert wurde, deuten zudem darauf hin, dass sich an einem Hang westlich der zentralen Bergkette organische Verbindungen zusammen mit Salzen abgelagert haben. Eine solche Kombination aus markanten Salzablagerungen und organischen Verbindungen wurde zuvor noch nicht beobachtet. Auch die Ablagerungen organischer Verbindungen sind offenbar vergleichsweise jung.

„Die Frage nach dem Ursprung und der Entstehung organischer Stoffe auf Ceres ist nach wie vor offen. Ihre Antwort hat Auswirkungen auf unser Verständnis der gesamten geologischen Geschichte von Ceres und mögliche Verbindungen zu Fragen der Astrobiologie und Habitabilität“, erklärt NISER-Wissenschaftler Dr. Guneshwar Thangjam. „Die organischen Verbindungen, die wir möglicherweise im Urvara-Krater auf der Südhalbkugel gefunden haben, unterschieden sich deutlich von den Gebieten im Ernutet-Krater auf der Nordhalbkugel, die reich an organischen Verbindungen sind“, fügt er hinzu. Und weiter: „Das Team arbeitet an diesen Fragen, indem es sowohl FC- als auch VIR-Spektraldaten auswertet.“

„Insgesamt zeigt sich uns im Urvara-Krater ein ausgesprochen komplexes Bild, das wir noch nicht vollständig verstehen und das Raum für zwei Interpretationen lässt“, fasst Andreas Nathues die Ergebnisse zusammen. So könnte etwa der Einschlag, der den Urvara-Krater formte, Salze aus dem Innern des Zwergplaneten an die Oberfläche befördert haben. Einiges spricht jedoch dafür, dass stattdessen eine salzhaltige Sole im Spiel war, die aus dem Innern nach oben stieg und weitere Prozesse in Gang setzte. Ob die Sole die Oberfläche erreichte oder sich lediglich dicht darunter anreicherte, ist unklar.

Unabhängig von der genauen Interpretation bekräftigen die aktuellen Ergebnisse das Bild des Zwergplaneten, das die Dawn-Mission in den vergangenen Jahren von Ceres gezeichnet hat: ein geologisch aktiver Körper, unter dessen Kruste sich in verschiedenen Tiefen salzhaltige Schichten erstrecken. Diese könnten in Verbindung stehen mit einem früheren, in der Tiefe gelegenen Ozean, der auch organische Verbindungen enthielt. Trotz Ceres‘ gewaltigen Sonnenabstandes und der damit verbundenen Kälte könnte diese Sole dank der gelösten Salze noch heute in großen flüssigen Reservoirs in etwa 40 Kilometern Tiefe überdauern.

Originalveröffentlichung
A. Nathues, M. Hoffmann, N. Schmedemann, R. Sakar, G. Thangjam, K. Mengel, J. Hernandez, H. Hiesinger, J.H. Pasckert:
The Urvara basin on Ceres – brine residues and organics,
Nature Communications, 22. Februar 2022
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28570-8
https://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-28570-8

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• Zwergplanet Ceres

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Quelle: WWU.

3. Dezember 2021 – In kosmologischen Rechnungen wird fast immer angenommen, dass die Materie im Universum gleichmäßig verteilt ist. Das liegt daran, dass die Berechnungen zu kompliziert würden, würde man die Position jedes einzelnen Sterns einbauen. In Wirklichkeit ist das Universum nicht gleichmäßig. An manchen Stellen befinden sich Sterne und Planeten, an anderen herrscht Leere. Die Physiker Michael te Vrugt und Prof. Dr. Raphael Wittkowski vom Institut für Theoretische Physik und vom Center for Soft Nanoscience (SoN) der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben jetzt mit der Physikerin Dr. Sabine Hossenfelder vom Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) ein neues Modell für dieses Problem entwickelt. Ausgangspunkt ist der Mori-Zwanzig-Formalismus, eine Methode zur Beschreibung von Systemen aus sehr vielen Teilchen mit einer kleinen Anzahl von Messgrößen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

Zum Hintergrund: Die von Albert Einstein entwickelte Allgemeine Relativitätstheorie (ART) ist eine der erfolgreichsten Theorien der modernen Physik. Zwei der letzten fünf Physiknobelpreise betrafen dieses Gebiet: 2017 für die Messung von Gravitationswellen, 2020 für die Entdeckung eines schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße. Eine der wichtigsten Anwendungen der ART ist die Beschreibung der kosmischen Expansion, also der Ausdehnung des Universums seit dem Urknall. Die Geschwindigkeit dieser Ausdehnung wird von der Menge an Energie im Universum bestimmt. Neben der sichtbaren Materie spielen hier – zumindest gemäß dem aktuell in der Kosmologie verwendeten „Lambda-CDM-Modell“ – vor allem die dunkle Materie und dunkle Energie eine Rolle.

„Streng genommen, ist es mathematisch falsch, den Mittelwert der Energiedichte des Universums in die Gleichungen der ART einzusetzen“, betont Sabine Hossenfelder. Die Frage ist nun, wie „schlimm“ dieser Fehler ist. Manche Experten halten ihn für irrelevant, andere sehen darin die Lösung für das Rätsel der dunklen Energie, deren physikalische Natur bislang unbekannt ist. Eine ungleichmäßige Verteilung der Masse im Universum kann sich auf die kosmische Expansionsgeschwindigkeit auswirken.

„Der Mori-Zwanzig-Formalismus wird bereits in sehr vielen Forschungsgebieten von der Biophysik bis zur Teilchenphysik erfolgreich eingesetzt, daher bot er auch für dieses astrophysikalische Problem einen vielversprechenden Ansatz“, erklärt Raphael Wittkowski. Das Team verallgemeinerte diesen Formalismus, sodass er auf die ART angewendet werden konnte, und leitete so ein Modell für die kosmische Expansion unter Berücksichtigung kosmischer Ungleichmäßigkeiten her.

Das Modell macht eine konkrete Vorhersage für die Auswirkung dieser sogenannten Inhomogenitäten auf die Geschwindigkeit der Ausdehnung des Universums. Diese weicht leicht von der Vorhersage des Lambda-CDM-Modells ab und bietet daher eine Möglichkeit, das neue Modell experimentell zu testen. „Aktuell sind die astronomischen Daten nicht genau genug, um diese Abweichung zu messen, aber die großen Fortschritte etwa bei der Messung von Gravitationswellen bieten Anlass zur Hoffnung, dass sich das ändert“, sagt Michael te Vrugt. „Außerdem lässt sich die neue Variante des Mori-Zwanzig-Formalismus auch auf andere astrophysikalische Probleme anwenden, die Arbeit ist also nicht nur für die Kosmologie relevant.“

Finanzierung
Michael te Vrugt wird durch ein Promotionsstipendium der Studienstiftung des deutschen Volkes gefördert. Sabine Hossenfelder erhält finanzielle Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, HO 2601/8-1). Die Arbeitsgruppe Wittkowski wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, WI 4170/3-1) finanziert.

Originalpublikation
M. te Vrugt, S. Hossenfelder, R. Wittkowski (2021). Mori-Zwanzig formalism for general relativity: a new approach to the averaging problem. Physical Review Letters 127, 231101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.231101

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• Kosmologie

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Quelle: DLR.

9. August 2021 – Für kosmische Verhältnisse kommt es in diesen Tagen im All beinahe zu einem Rendezvous: Gleich zwei Raumsonden passieren auf dem Weg zu ihren endgültigen Umlaufbahnen kurz nacheinander unseren Nachbarplaneten. Zunächst flog das europäisch-amerikanische Sonnenobservatorium Solar Orbiter am heutigen 9. August um 6.42 Uhr MESZ in knapp 8.000 Kilometern an der Venus vorbei. Einen Tag später, am Dienstag, dem 10. August um 15.48 Uhr MESZ, folgt die europäisch-japanische Merkurmission BepiColombo, die in nur 550 Kilometern Höhe quasi über die Oberfläche des Schwesterplaneten der Erde „schrammt“. Vor allem dieser Nahvorbeiflug ermöglicht einige so noch nie durchgeführte wissenschaftliche Untersuchungen der dichten Venusatmosphäre. Denn bereits während der Annäherung an die Venus wird das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) entwickelte und betriebene Spektrometer MERTIS auf die Venus gerichtet sein und Messungen durchführen.

„Beim zweiten und letzten Vorbeiflug wird Bepi Colombo in ‚nur‘ 550 km Entfernung an der Venus vorbeifliegen; das ist deutlich näher an der Oberfläche als die LEO-Satelliten im Erdorbit,“ betont Anke Pagels-Kerp, Leiterin der Abteilung „Erforschung des Weltraums“ in der Raumfahrtagentur im DLR. „Da ein Großteil der Instrumente bereits in Betrieb sind, erwarten wir gerade von der Infrarotkamera MERTIS hervorragende Bilder der zum Teil heißen Schichten der Venusatmosphäre. In Hinblick auf die kürzlich ausgewählte Venus Mission EnVision, deren Start Anfang 2030er Jahre geplant ist, bekommen wir durch Bepi Colombo erste Daten, die uns bei der Konzeption und Umsetzung der Venusmission unterstützen.“

MERTIS (Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer) ist ein abbildendes Infrarot-Spektrometer und Radiometer mit zwei unterschiedlichen Sensoren, die für Wellenlängen zwischen 7 und 14 Mikrometern beziehungsweise 7 und 40 Mikrometern empfindlich sind. MERTIS wurde für die globale Kartierung der mineralogischen Zusammensetzung und der Wärmeabstrahlung der atmosphärefreien Merkuroberfläche entwickelt, eignet sich aber auch ausgezeichnet für die Untersuchung der stofflichen Zusammensetzung und für Temperaturmessungen in der Atmosphäre der Venus.

16.000 hoch aufgelöste Spektren im thermischen Infrarot
„Für das MERTIS-Team ist das eine ganz hervorragende Möglichkeit, das Instrument vor seinem eigentlichen Einsatz am Merkur bei einer zusätzlichen, wissenschaftlich wichtigen Fragestellung einzusetzen. Außerdem können wir die Eichung und Funktionalität verfeinern“, freut sich Dr. Jörn Helbert vom DLR-Institut für Planetenforschung, der gemeinsam mit Prof. Harald Hiesinger vom Institut für Planetologie der WWU Münster für das MERTIS-Instrument verantwortlich ist. „Schon die beiden vorherigen Vorbeiflüge an Erde und Mond und zuletzt am 15. Oktober in größerer Entfernung an der Venus haben erstklassige Daten geliefert, die wir noch auswerten. Jetzt aber kommen wir der Venus ganz, ganz nahe. Dabei werden uns aus weniger als tausend Kilometer über der Oberfläche Spektrometer-Messungen in einer Auflösung gelingen, die so noch keine Raumsonde gemacht hat. Sie werden helfen, wichtige, ungeklärte Fragen zur Zusammensetzung und Dynamik der Venusatmosphäre zu beantworten“, gibt sich Hiesinger optimistisch. Gisbert Peter vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme ergänzt, dass „das Instrument nach fast drei Jahren im Orbit bisher sehr stabil arbeitet und beeindruckende Messungen liefert. Nun erwarten wir einzigartige Daten von der Venus mit sehr hochauflösenden optischen Eigenschaften.“

„Durch die geringere Entfernung zur Venus können wir ein anderes, noch besseres, viel detaillierteres Messprogramm mit MERTIS durchführen“, erklärt DLR-Forscher Dr. Alessandro Maturilli, der den Plan für die MERTIS-Beobachtungen vorbereitet hat. BepiColombo nähert sich der Venus von der Nachtseite und fliegt dann über die Tag-und-Nacht-Grenze, den Terminator, auf die von der Sonne angestrahlten Hemisphäre. „Das Instrument ist direkt auf die Atmosphäre gerichtet und wird vier Minuten vor der größten Annäherung angeschaltet und bis 23 Minuten nach dem Vorbeiflug messen. Wir werden 16.000 vollständige Spektren in hoher Auflösung erhalten.“ Kamera-Bilddaten in Wellenlängen des sichtbaren Lichts wird es nur von den Navigationskameras geben, nicht aber vom wissenschaftlichen Kamerasystem der Mission, da dessen Sicht durch den Magnetosphärenorbiter im Sondengespann blockiert ist.

Enge europäisch-japanische Zusammenarbeit
Die Gesamtleitung der Mission liegt bei der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die auch für Entwicklung und Bau des Mercury Planetary Orbiter zuständig war. Der Mercury Magnetospheric Orbiter wurde von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA beigesteuert. Koordiniert und überwiegend finanziert wird der deutsche Beitrag zu BepiColombo von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Wesentlich finanziert wurden die beiden Instrumente BELA und MERTIS, die zu großen Anteilen an den DLR-Instituten für Planetenforschung und Optische Sensorsysteme in Berlin-Adlershof entwickelt wurden, aus Mitteln des DLR für Forschung und Technologie. Das DLR-Institut für Optische Sensorsysteme entwickelte das einzigartige Instrumenten-Design. Finanziell gefördert wird die Mission außerdem von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Technischen Universität Braunschweig und vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen. Der industrielle Teil der Sonde wurde von einem europäischen Industrie-Konsortium unter der Federführung der Firma Airbus Defence and Space realisiert.

Venus wieder im Fokus der Forschung
Von hohem wissenschaftlichen Wert für die Planetenforschung ist dieser bahntechnisch notwendige Nahvorbeiflug von BepiColombo ferner aus zwei ganz unterschiedlichen Gründen. Zum einen können die neuen Instrumente Messungen aus kurzer Distanz vornehmen. Sie sind moderner, vielseitiger und genauer als ihre Vorläufer auf Venus-Raumsonden, die vor fast 20 Jahren (ESA-Mission Venus Express und JAXA-Mission Akatsuki) beziehungsweise 40 Jahren (sowjetische Venera Missionen) entwickelt wurden. Die NASA mit DAVINCI+ und VERITAS und die Europäische Weltraumorganisation ESA mit EnVision haben erst vor wenigen Wochen drei neue Venusmissionen für die späten 2020er und frühen 2030er-Jahre beschlossen.

Zum Zweiten ist dieser Venusvorbeiflug auch für die Erforschung von extrasolaren Planeten von hohem Interesse. Denn neben der nur etwas größeren und massereicheren Erde gilt die Venus ein wenig als der „Exoplanet nebenan“. Im bald 5.000 Einträge umfassenden Katalog von entdeckten Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne umkreisen – ist die Suche nach Planeten, die ähnliche Eigenschaften haben wie die Erde, eine der großen astronomischen Triebfedern. In letzter Konsequenz geht es um die Frage, ob sich auch auf Planeten an anderen Sternen mit vergleichbaren stofflichen Voraussetzungen und ähnlichen astronomischen Parametern wie bei der Erde Leben entwickeln kann.

Schwerkraft-Billard im inneren Sonnensystem
BepiColombo ist am 20. Oktober 2018 an Bord einer Ariane-5-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou gestartet. Das nun stattfindende sogenannte Gravity-Assist-Manöver an der Venus dient dazu, das Sondengespann weiterhin ohne den Einsatz von Treibstoff ein wenig abzubremsen, um die Bahnellipse der Raumsonde in Richtung einer Kreisbahn zu „stauchen“. Zuvor wurden ähnliche Manöver an der Erde und auch schon einmal an der Venus durchgeführt.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main.

Das deutsche Netzwerk der ALICE-Kollaboration am CERN lädt Jugendliche ab 16 Jahren und Studierende der ersten Semester ein, den Teilchendetektor ALICE mit Lego nachzubauen. Physiker*innen der Goethe-Universität Frankfurt und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster begleiten das Projekt. Vom 18. Januar an entwerfen die Teilnehmer*innen zunächst das Modell mit Konstruktionsprogrammen, im Juni soll der Lego-Detektor voraussichtlich in Frankfurt zusammengebaut werden. Mitmachen können junge Interessierte aus dem ganzen Bundesgebiet, da die Veranstaltungen online angeboten werden.

An der großen Teilchenbeschleunigeranlage CERN in Genf gehen Wissenschaftler*innen aus der ganzen Welt grundlegenden Fragen der Physik nach: Was ist Materie? Wie hat sich das Universum entwickelt? Dazu lassen die Forscher*innen Atomkerne mit hohen Geschwindigkeiten aufeinanderprallen und zerlegen sie in ihre elementaren Bestandteile. Vermessen werden diese Materie-Bausteine mithilfe großer Teilchendetektoren. Der ALICE-Detektor misst die Teilchen, die bei der Kollision von Blei-Ionen entstehen – 900 Millionen Teilchen pro Sekunde. Eines der Forschungsziele ist es, den Zustand von Materie kurz nach dem Urknall verstehen zu lernen.

Wie der 26 Meter lange und 16 Meter hohe ALICE-Detektor funktioniert, können Physik-interessierte Schülerinnen und Schüler jetzt in einem Online-Kurs erfahren, indem sie den Detektor nachbauen, maßstäblich und mit Lego-Bausteinen. Ähnliche Detektor-Nachbauten gab es in der Vergangenheit bereits für zwei weitere große CERN-Detektoren; das Modell für ALICE sollen die Teilnehmer*innen jetzt gemeinsam entwickeln und dabei lernen, wie das große ALICE-Original funktioniert und wie mit dem Detektor Forschungsfragen beantwortet werden können.

Unterstützt werden sie dabei von Physiker*innen der Goethe-Universität Frankfurt, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und weiteren Forschenden aus dem deutschen ALICE-Netzwerk, die Wissen über Teilchenphysik und das ALICE-Experiment, über Detektortechnologie und die Zusammenarbeit in einer Forschungskollaboration vermitteln und auch für Fragen zu Studium und Beruf zur Verfügung stehen.

Start:
18. Januar 2021, 16:00 Uhr

Anmeldung:
ALICE-Klemmbaustein-Workshop

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• Large Hadron Collider

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Quelle: WWU.

Ein internationales Forscherteam unter der Federführung von Planetologen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) hat nun Hinweise auf das Alter bei der Entstehung unseres Sonnensystems gefunden: Demnach ist es über 4,5 Milliarden Jahre alt, und es entstand in weniger als 200.000 Jahren. Die Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift „Science“ erschienen.

Hintergrund und Methode
Die ersten Festkörper, die sich im Sonnensystem bildeten – mikrometer- bis zentimetergroße Einschlüsse in Meteoriten, die als kalzium- und aluminiumreiche Einschlüsse (CAIs) bezeichnet werden – liefern eine direkte Aufzeichnung der Entstehung des Sonnensystems. Die meisten CAIs bildeten sich vor 4,567 Milliarden Jahren und über einen Zeitraum von etwa 40.000 bis 200.000 Jahren. „Da die beobachtete Zeitspanne der Bildung von Sternsystemen von rund ein bis zwei Millionen Jahren viel länger ist als die Zeit, in der sich die CAIs bildeten, warf dies die Frage auf, welche astronomische Phase in der Entstehung des Sonnensystems durch die Bildung der CAIs erfasst wird. Und letztlich wie schnell das Sonnensystem entstanden ist“, sagt Kosmochemiker Dr. Gregory Brennecka vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien, der zuvor an der WWU in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thorsten Kleine tätig war. Die Studie zeigt, dass die Mehrheit des Materials, aus der sich die Sonne und das Sonnensystem bildeten, schnell akkumulierte. Gleichzeitig bildeten sich die ältesten datierten Festkörper – dieser Entstehungsprozess dauerte weniger als 200.000 Jahre.

Das Forscherteam ermittelte die Molybdän-Isotopen- und Spurenelement-Zusammensetzungen verschiedener CAIs, die sie aus sogenannten kohligen Chondriten entnahmen. Bei diesen Chondriten handelt es sich um primitive Meteoriten, die im äußeren Sonnensystem entstanden sind und Material aus der Geburtsstunde des Sonnensystems enthalten. „Die unterschiedlichen Molybdän-Isotopen-Zusammensetzungen der CAIs decken im Wesentlichen die gesamte Bandbreite des Materials der protoplanetaren Scheibe ab, also der Scheibe aus Gas und Staub, aus der die Planeten entstanden sind. CAIs zeichnen demnach möglicherweise die gesamte Geschichte des Kollaps von der Molekülwolke bis zur Entstehung der Sonne auf“, erklärt Thorsten Kleine vom Institut für Planetologie. Da die Wissenschaftler wissen, wann und wie lange es dauerte, bis sich die CAIs bildeten, bietet ihnen dies eine Möglichkeit, den Zeitraum für die Entstehung der Sonne zu datieren. Vergleicht man die Schnelligkeit der jetzt ermittelten Geburtsstunde des Sonnensystems mit einer Schwangerschaft, ergibt sich folgende Relation: Anstelle von neun Monaten würde die Schwangerschaft nur rund zwölf Stunden dauern. Die Entstehung der Sonne und des Sonnensystems war somit ein relativ schneller Prozess.

Forschungsbeteiligung
Neben Forschern der Universität Münster und des Lawrence Livermore National Laboratory trugen Wissenschaftler des California Institute of Technology, des Museums für Naturkunde in Berlin und der University of California, Santa Cruz, zu dieser Arbeit bei.

Originalpublikation
Gregory A. Brennecka, Christoph Burkhardt, Gerrit Budde, Thomas S. Kruijer, Francis Nimmo, Thorsten Kleine (2020). Astronomical context of Solar System formation from molybdenum isotopes in meteorite inclusions. Science. DOI: 0.1126/science.aaz8482

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall.

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Quelle: WWU.

Im Rahmen der Aktionswoche „Woche der Teilchenwelt“ lädt das Institut für Kernphysik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) physikinteressierte Schülerinnen und Schüler ab der 10. Klasse zu einem zweitägigen Online-Workshop ein. Die Initiative für diese Aktion geht von allen deutschen Standorten des ALICE-Experiments aus – auch die WWU ist an diesem Experiment im weltweit größten Forschungszentrum für Teilchenphysik (CERN, Genf) beteiligt. Der Online-Workshop findet am 5. und 6. November 2020 jeweils von 14 bis 18 Uhr statt. Die Teilnahme ist kostenlos. Eine Anmeldung ist ab sofort über die Website der „Woche der Teilchenwelt“ möglich.

Zum Hintergrund: Im CERN treffen Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinander – damit entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Die Workshop-Teilnehmer blicken mit Forschern in die Geburtsstunde des Kosmos‘ und erfahren mehr über die Grundbausteine der Materie und über die Kräfte, die im Universum wirken. Neben Vorträgen findet eine Live-Führung sowie eine Auswertung echter Daten am eigenen Computer statt.

Weitere Informationen:
Workshop-Programm
Woche der Teilchenwelt

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• Urknall

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Der Zwergplanet Ceres, der größte Körper im Asteroidengürtel, war bis vor eine Million Jahren Schauplatz kryovulkanischer Ausbrüche: Unterhalb des Einschlagskraters Occator drängte unterirdische Sole an die Oberfläche; das Wasser verdunstete und hinterließ helle, salzhaltige Ablagerungen. Dieser Prozess dauert wahrscheinlich noch immer an. Zu diesem Schluss kommt ein Forscherteam unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen nach Auswertung hochaufgelöster Kamera-Aufnahmen von Ceres aus der letzten Phase der NASA-Mission Dawn. Die Fachzeitschriften Nature Astronomy, Nature Geoscience und Nature Communications widmen diesen und weiteren Ergebnissen der Dawn-Mission heute insgesamt sieben Artikel. Die Veröffentlichungen zeichnen das Bild einer einzigartigen Welt, in deren Innern sich bis heute Reste eines globalen Ozeans finden und dessen sonderbarer Kryovulkanismus wahrscheinlich noch immer aktiv ist.

Kryovulkanismus galt lange Zeit als ein Phänomen des äußeren Sonnensystems, das ausschließlich auf einigen Eismonden von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun auftritt. Durchgewalkt von den gewaltigen Gravitationskräften ihrer Mutterplaneten bieten diese Monde in ihrem Innern so viel Wärme, dass dort Wasser trotz der beachtlichen Entfernung von der Sonne nicht vollständig gefriert und in zum Teil spektakulären Fontänen ins Weltall sprüht. Ganz anders dürfte es im Asteroidengürtel zugehen. Die vielen Millionen größerer und kleinerer Brocken, die dort zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, gelten gemeinhin als einfach aufgebaute, wasserlose und inaktive Körper.

Dass sich diese Sichtweise nicht aufrechterhalten lässt, beweisen jetzt die aktuellen Veröffentlichungen. Ceres, der mit einem Durchmesser von 950 Kilometern größte Bewohner des Asteroidengürtels, entpuppt sich darin als rätselhafter Sonderling. Die Ergebnisse der Forscherinnen und Forscher beruhen in erster Linie auf Messdaten aus der letzten Phase der NASA-Mission Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 aus der Nähe untersuchte. Auf einer stark elliptischen Umlaufbahn wagte sich die Raumsonde in ihren letzten fünf Monaten bis auf 35 Kilometer an die Oberfläche heran – näher als je zuvor. Dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Dawn-Sonde, das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, gelangen in dieser Zeit einzigartige Aufnahmen.

Besonderes Augenmerk richteten die Autorinnen und Autoren der aktuellen Veröffentlichungen, zu denen auch Forscher der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) in Münster und des National Institute of Science Education and Research in Bhubaneswar (Indien) zählen, auf den Occator-Krater, einen markanten Einschlagskrater auf der Nordhalbkugel von Ceres. Mit einem Durchmesser von etwa 92 Kilometern übertreffen seine Ausmaße selbst die der allermeisten irdischen Krater. Noch auffälliger ist seine zum Teil leuchtend weiße Färbung, die bereits in der Anflugphase auf Ceres zu Spekulationen um etwaige Wasservorkommen anregte. „Genau betrachtet hat der Occator-Krater eine sehr komplexe Struktur mit Erhöhungen, Absenkungen, Ablagerungen, Rissen und Furchen. In allen Einzelheiten ist dies erst in der letzten Missionsphase deutlich geworden“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, wissenschaftlicher Leiter des Kamerateams von Dawn. „Aus der heutigen Morphologie des Kraters können wir seine Entstehungsgeschichte rekonstruieren – und so einen Blick in die bewegte Vergangenheit von Ceres werfen“, fügt er hinzu.

Die hochaufgelösten Aufnahmen lassen es zu, das Alter der einzelnen Kraterbereiche zu bestimmen. Zu diesem Zweck analysieren die Forscher Anzahl und Beschaffenheit kleinerer Einschläge, die jeden Körper im Sonnensystem überziehen. Je jünger eine Oberfläche ist, desto weniger Mini-Krater weist sie auf.

Wie sich zeigte, entstand der Occator-Krater vor etwa 22 Millionen Jahren durch einen großen Einschlag. Wie in vielen anderen Einschlagskratern auf der Erde und auf anderen Planeten bildete sich dabei ein Zentralberg, der allerdings nach einiger Zeit wieder einstürzte. Vor etwa 7,5 Millionen Jahren stieg unter den Resten des Zentralbergs Sole aus dem Innern an die Oberfläche empor. Das Wasser verdunstete und bestimmte Salze, so genannte Karbonate, lagerten sich ab. Sie sind für die markanten hellen Ablagerungen, genannt Cerealia Facula, im Zentrum des Occator-Kraters verantwortlich. Durch den Materialverlust im Innern sackte der innere Teil des Kraters ab. Es bildete sich eine runde Vertiefung mit einem Durchmesser von etwa 15 Kilometern.

In den folgenden Jahrmillionen konzentrierte sich die Aktivität vor allem auf den östlichen Bereich des Kraterbodens. Durch Risse und Furchen quoll auch dort Sole an die Oberfläche und erzeugte weitere helle Ablagerungen, die Vinalia Faculae. Vor etwa 2 Millionen Jahren wachte das Zentrum des Kraters wieder auf: Erneut drang Sole an die Oberfläche, innerhalb der zentralen Vertiefung wölbte sich eine Kuppe aus hellem Material nach oben. „Dieser Prozess dürfte mindestens bis vor einer Million Jahre angedauert haben“, fasst Dr. Nico Schmedemann von der WWU die Ergebnisse zusammen.

„Bemerkenswert ist vor allem, wie lange der Occator-Krater aktiv war und möglicherweise noch immer ist“, so Nathues. Theorien, wonach die ausgetretene Flüssigkeit ausschließlich auf Schmelzwasser vom ursprünglichen Einschlag zurückzuführen ist, sieht er dadurch widerlegt. Die Wärme, die bei einem solchen Einschlag entsteht, hätte sich nicht über so viele Millionen Jahre im Inneren halten können.

Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sich tief unterhalb des Occator-Kraters Reste eines globalen, salzigen Ozeans finden. Ähnlich wie Streusalz im Winter sorgt das gelöste Salz dafür, dass die Sole trotz der tiefen Temperaturen im Inneren des Körpers flüssig bleibt. Diese Interpretation stützt ein zweiter Artikel, der heute veröffentlicht wurde und an dem ebenfalls das MPS beteiligt ist. Darin werten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA Dawns Gravitationsmessungen aus. Ihrer Analyse zu Folge liegt eine Blase aus flüssiger Sole etwa 40 Kilometer unterhalb des Occator-Kraters.

Möglich ist sogar, dass aus dem Zwergplaneten noch immer Wasser austritt und verdampft. Bereits 2014 hatten Messungen mit dem Weltraumteleskop Herschel Anzeichen einer extrem dünnen, wasserhaltigen und möglicherweise nur sporadisch auftretenden Exosphäre gefunden. Im Zuge der späteren Dawn-Mission fanden Nathues und sein Team Hinweise auf eine Art dünnen Dunst, der täglich über dem Occator-Krater liegt. Zu diesen Puzzlestücken gesellt sich nun die Veröffentlichung des Spektrometer-Teams von Dawn unter Leitung des Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica in Rom. Die Forscherinnen und Forscher konnten in dem hellen, abgelagerten Material unter anderem Salzverbindungen nachweisen, die Wasser enthalten. Das nur leicht gebundene Wasser verdunstet an der Oberfläche von Ceres jedoch innerhalb von Wochen; die Ablagerungen können somit nicht alt sein.

„Wir gehen davon aus, dass Ceres noch immer gelegentlich kryovulkanisch aktiv ist“, folgert Nathues. Während einiges dafür spricht, dass die Ausbrüche in der frühen Entwicklungsphase des Occator-Vulkanismus teilweise geradezu explosiv waren, dürfte sich Ceres‘ Kryovulkanismus mittlerweile deutlich beruhigt haben. Die Forscherinnen und Forscher vermuten, dass Wasser nun in erster Linie durch Verdampfen entweicht. „Ein solcher Kryovulkanismus ist nach bisherigem Kenntnisstand im Sonnensystem einzigartig“, so Schmedemann.

Originalveröffentlichungen mit MPS-Beteiligung
1.
Andreas Nathues, Nico Schmedemann, Guneshwar Thangjam et al.: Recent cryovolcanic activity at Occator on Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020
DOI

2.
Carol A. Raymond et al.: Impact-Driven Mobilization of Deep Crustal Brines on Dwarf Planet Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020
DOI

3.
Paul Schenk et al.: Impact heat driven volatile redistribution at Occator crater on Ceres as a comparative planetary process,
Nature Communications, 10. August 2020
DOI

4.
Britney Schmidt et al.: Post-impact cryo-hydrologic formation of small mounds and hills in Ceres’s Occator crater,
Nature Geoscience, 10. August 2020
DOI

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• Zwergplanet Ceres

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