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VESTA
Neues über frühe Phase der Planetenentstehung
Redaktion / Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
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4. Oktober 2021

Der Asteroid Vesta war viele Millionen Jahre früher einem heftigen Bombardement durch andere Körper ausgesetzt als bislang angenommen. Diese Vorgänge in der Anfangsphase des Sonnensystems erlauben auch Rückschlüsse auf die Entstehung der Gesteinsplaneten wie der Erde. Grundlage der Studie waren Daten der Sonde Dawn und die Analyse von Meteoriten.

Vesta

Der 1807 entdeckte und 525 km große Himmelskörper Vesta ist nach dem Zwergplaneten Ceres das zweitgrößte Objekt des Asteroidengürtels und somit der größte Asteroid. Bild: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA [Großansicht]

Die etwa 500 Kilometer große Vesta ist der größte Asteroid. Wie ihre zahlreichen Begleiter im Asteroidengürtel gehört sie zur "Urmaterie" des Sonnensystems. Eine in der vergangenen Woche vorgestellte Studie kommt nun zu dem Schluss, dass Vesta sehr viel früher einer zweiten umfangreichen Einschlagserie großer Gesteinskörper ausgesetzt war als bislang angenommen. Dies lässt den Rückschluss zu, dass das gesamte innere Sonnensystem deutlich zeitiger von diesem sogenannten späten "Bombardement" betroffen war und damit alle erdähnlichen Planeten.

Bereits während der Entstehung erlebte Vesta ein erstes großes Bombardement-Ereignis, das aber nicht die Zusammensetzung des Mantels erklären kann. Für die jetzt vorgestellte Studie führte Dr. Wladimir Neumann vom DLR-Institut für Planetenforschung sowie dem Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg zahlreiche Modellrechnungen der thermischen Entwicklung Vestas durch. Dadurch konnte der Zeitraum der frühen Einschläge besser eingegrenzt werden.

"Damit das Material der einschlagenden Körper dem Gesteinsmantel der jungen Vesta überhaupt einigermaßen homogen beigemischt werden kann, muss dieser heiß genug sein und sich, von der inneren Wärme angetrieben, konvektiv umwälzen", erklärt Neumann die Analysen. "Unsere Modelle haben ergeben, dass dies nur für Einschläge innerhalb der kurzen Zeitspanne vor 4,56 bis etwa 4,50 Milliarden Jahren zutrifft, also fast unmittelbar nach der Entstehung der Planeten im inneren Sonnensystem." 

Bislang ging man davon aus, dass die Hauptphase dieser Bombardierung erst einige hundert Millionen Jahre später erfolgte, etwa zu der Zeit, als auf dem Mond einige der großen Einschlagskrater entstanden. Für den Erdmond und wohl auch für die anderen terrestrischen Planeten zeichnet sich durch diese Untersuchung jedoch ab: Die Hauptmasse dieser "Bombardierung" erreichte die Planeten sehr früh nach ihrer Entstehung ähnlich wie bei Vesta.

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Dieser Befund beruht neben Modellierungen auf Analysen von Meteoriten irdischer Sammlungen, deren Mutterkörper mit großer Wahrscheinlichkeit Vesta ist – die sogenannten "HED-Meteoriten". Die Abkürzung beruht auf den Anfangsbuchstaben einer Untergruppe seltener Steinmeteoriten, den Howarditen, Eukriten und Diogeniten, die Ähnlichkeiten mit magmatischen Gesteinen auf der Erde aufweisen. Aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung müssen sie von einem schon "differenzierten" planetaren Körper stammen, in dem sich schwere, metallische Elemente in einem Kern angereichert haben, der von einem leichteren Gesteinsmantel und einer noch leichteren Kruste umgeben war und magmatische Prozesse Veränderungen verursacht haben.

Numerische Simulationen und Untersuchungen mit der NASA-Raumsonde Dawn aus den Jahren 2011 und 2012 an Vesta zeigen heute ein neues Bild von der Chronologie der Kollisionsgeschichte im frühen Sonnensystem: Die erdähnlichen Planeten im frühen Sonnensystem wuchsen zunächst durch das Zusammenballen winziger, aneinanderhaftender Staubkörner, im Endstadium dann durch Einschläge immer größerer Gesteinskörper. Dies trifft auch auf den Asteroiden Vesta zu. Während des Wachstumsprozesses heizte sich Vesta in der Frühphase ihrer Entwicklung immer stärker auf, sodass ein oberflächennaher Magmaozean aus geschmolzenem Silikatgestein sowie ein flüssiger metallischer Kern im Inneren entstanden.

Im Laufe der Zeit schlugen andere Körper auf der Kruste von Vesta ein, wodurch auch Material ins All geschleudert und ins innere Sonnensystem transportiert wurde. So gelangten gelegentlich Gesteinstrümmer von Vesta als Meteorite auf die Erde. Chemische Analysen dieser Meteorite haben gezeigt, dass auch nach der Bildung von Vestas Kern weitere kosmische Einschläge die Zusammensetzung von Kruste und Mantel des Asteroiden verändert haben. "Diese Materialzufuhr war in der Frühphase jedoch deutlich größer als danach" erläutert Professor Harry Becker von der Freien Universität Berlin, einer der Autoren der Untersuchung.

Vesta wurde von mindestens zwei sehr großen Körpern aus dem Asteroiden-Hauptgürtel getroffen, wovon zwei mehrere hundert Kilometer große Einschlagsbecken am Südpol zeugen, die mit einer vom DLR und der Max-Planck-Gesellschaft entwickelten Kamera an Bord der Dawn-Mission entdeckt wurden. Zudem stammen die einschlagenden Körper offenbar nicht, wie bislang vermutet, aus dem heutigen Asteroidengürtel, sondern aus dem inneren Sonnensystem, in dem sich die erdähnlichen Planeten gebildet haben.

"Für unsere Erde unterstreicht dies nochmals die Bedeutung einer frühen heißen Phase mit einem Magmaozean, der durch große Einschläge fortlaufend erneuert wurde. In dieser Zeit war die erste Atmosphäre der Erde über viele Millionen Jahre glühend heiß. Erst viel später konnten sich Wasserozeane bilden, indem der heiße Wasserdampf abkühlte und abregnete", erläutert Prof. Dr. Kai Wünnemann vom Museum für Naturkunde und der FU Berlin.

Über die Studie berichtet das Team in Nature Astronomy.

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siehe auch
Meteoriten: Was Mond und Vesta gemeinsam haben - 3. April 2013
Links im WWW
DLR
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