Millimetergroße Teilchen als Bausteine der Erde
Asteroiden haben sich aus winzigen Teilchen gebildet, die von der Schwerkraft eingefangen wurden. Derselbe Prozess erklärt auch die Erdentstehung.
Bruchstücke von Asteroiden fallen regelmäßig als Meteorite auf die Erde. Ein genauer Blick auf ihre innere Struktur zeigt, dass sie aus nur millimetergroßen Silikatkügelchen aufgebaut sind, so genannten Chondren. Forscher halten diese winzigen Partikel für die ursprünglichen Bausteine unseres Sonnensystems. Allerdings war es bisher nicht möglich zu erklären, wie aus diesen Chondren die Asteroiden entstanden sind. Eine neue Studie unter Leitung von Wissenschaftlern der Universität von Lund in Schweden zeigt nun, wie dies möglich war - und dass möglicherweise auch die Erde in einem ähnlichen Prozess geboren wurde.
„Chondren haben genau die richtige Größe“, erklärt Andres Johansen von der Universität von Lund, Leiter der neuen Studie. „Das Gas, das die junge Sonne umkreiste, bremste sie soweit ab, dass sie vom Schwerfeld der Asteroiden eingefangen werden konnten.“
Zusammen mit Kollegen aus den USA, Dänemark und vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen hat Johansen diesen Prozess am Computer simuliert. „Wir gingen davon aus, dass sich Asteroiden aus einer Art von kosmischen Chondren-Ozean heraus bildeten und dass sie zunächst deutlich kleiner waren als heute“, beschreibt Perdo Lacerda vom MPS, der zu der Studie beigetragen hat, die Annahmen der Simulation.
In den Rechnungen wuchsen die Asteroiden rasch und erreichten bald Durchmesser von bis zu tausend Kilometern. Dies entspricht etwa der maximalen Größe der Brocken, die sich heute zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter im so genannten Asteroidengürtel finden. Die größten von ihnen wuchsen in den Simulationen jedoch weiter – bis zu einer Masse, die mit der des Mars vergleichbar ist. Dies entspricht etwa zehn Prozent der Erdmasse. „Uns wurde plötzlich klar, dass dieses schnelle Wachstum auch maßgeblich für die Entstehung der Erde gewesen sein könnte“, so Johansen.
Bisher hatten Forscher angenommen, dass sich die Erde während eines Zeitraums von 100 Millionen Jahren durch Zusammenstöße von Protoplaneten, etwa marsgroßen Körpern, gebildet hat. Unklar war dabei jedoch, wie ihrerseits diese Protoplaneten entstanden waren. Die neue Studie zeigt nun eine andere Möglichkeit: Ausgangspunkt waren Asteroiden, die durch den Einfang von Chondren schnell auf Planetengröße wuchsen.
Untersuchungen von Marsmeteoriten stützen diese Theorie. Solche Studien hatten bereits gezeigt, dass sich der Mars über einen Zeitraum von nur ein bis drei Millionen Jahren gebildet haben muss. Dies entspricht der Zeitdauer des Prozesses, den die Forscher nun am Computer simuliert haben.
„Die heutigen Asteroiden bestehen noch aus intakten Chondren. Dort finden sich noch Spuren dieses Entstehungsprozesses“, so Johansen. „Die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars hingegen sind nach ihrer Geburt geschmolzen. Hinweise auf ihre ursprünglichen Bausteine gingen so verloren.“
Auch die Größen der Körper im Kuiper Gürtel, einer Region jenseits der Umlaufbahn des Neptuns, kann die neue Theorie erklären. „Die größten Objekte in dieser Region wie etwa die Zwergplaneten Pluto und Eris haben ihren Ursprung weiter innen im Sonnensystem. Dort konnten sie durch das Zusammenballen von Chondren zügig wachsen und so ihre heutigen Ausmaße erreichen“, so Lacerda. Die Körper hingegen, die auch ursprünglich zum Kuiper-Gürtel gehörten, blieben kleiner.“