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Ein Platz an der Sonne

Wenn jemand braungebrannt aus den Ferien zurückkehrt, lässt sich erraten, wo er war. Auf ähnliche Art können Forschende herausfinden, wo und wie lange ein Meteorit durchs All geflogen ist. Wie der Feriengast war der Meteorit der Sonnenstrahlung ausgesetzt, was auf seiner äussersten Schicht Spuren hinterlassen hat. Antoine Roth, Forscher an der ETH Zürich und Mitglied von PlanetS, hat zusammen mit Kollegen eine neue Analysetechnik entwickelt, die solche Spuren aufdeckt und eine Rekonstruktion der Weltraumfahrt des Meteoriten ermöglicht.

Meteorit Jiddat al Harasis 466 (Bild Antoine Roth)

Der unscheinbare, kleine Stein, der mit Hightech-Methoden analysiert wurde, heisst Jiddat al Harasis 466. Er hat einen weiten Weg zurückgelegt, bevor er in die Erdatmosphäre eintrat und in der Wüste von Oman landete. «Wir nehmen an, dass Jiddat al Harasis 466 vor vier Millionen Jahren entstanden ist als Trümmerteil eines Zusammenstosses zweier grösserer Brocken im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter», sagt Antoine Roth, Forscher am Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich. Die Reise vom Asteroidengürtel zur Erde legte der Stein schnell zurück. Beim Atmosphäreneintritt wurde er so stark erhitzt, dass er viel von seinem Material verlor. Das Stück, das ursprünglich einen Radius von 2 cm hatte, endete als 1-cm-Meteorit.

Jiddat al Harasis 466 ist einer von 25 kleinen Meteoriten, die Roth für seine Studie ausgewählt hat, die nun im Fachjournal «Meteoritics and Planetary Science» veröffentlicht wird. Um Details über die Vergangenheit der Proben herauszufinden, suchte er nach Neon. Dieses Edelgas kann durch energiereiche Sonnenstrahlung erzeugt werden, indem beispielsweise Magnesiumatome im Gestein gespalten werden. Wenn Forscher wissen, wieviel Neon durch solare, kosmische Strahlung entstanden ist, können sie herausfinden, in welcher Distanz zur Sonne und wie lange der Meteorit durchs All geflogen ist. «Es ist, wie wenn man abschätzen kann, ob Freunde aufgrund ihres gebräunten oder hellen Teints ihre Ferien an einem sonnigen Strand oder in einer kalten Stadt verbracht haben», sagt Roth, der auch Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS ist.

Meteoriten-Suchaktion in Oman koordiniert vom Naturhistorischen Museum Bern. (Bild Beda Hofmann)

Früher wurde Neon, das von solar-kosmischer Strahlung produziert wurde, in Marsmeteoriten gefunden, nicht aber in gewöhnlichen, sogenannten Chondriten, die aus dem Asteroidengürtel stammen. «Dies ist möglicherweise das Resultat einer einseitigen Probenauswahl», vermutet Roth, «weil Neon, das durch Sonnenstrahlung produziert wurde, besser erhalten bleibt, wenn die Meteoriten bereits vor dem Atmosphäreneintritt einen kleinen Radius haben, und diese Stücke nur dann untersucht werden, wenn sie zu einer ungewöhnlichen oder seltenen Klasse gehören.»  Da die solar-kosmischen Strahlen nur ein paar Zentimeter ins Gesteinsmaterial eindringen, wird das Neon bei grösseren Proben während des Eintritts in die Atmosphäre abgetragen. Bei kleinen Stücken hingegen kann das Edelgas im Zentrum erhalten bleiben.

Meteoriten aus dem Naturhistorischen Museum Bern

Auf der Suche nach kleinen Meteoriten stiess der Wissenschaftler auf die reiche Sammlung des Naturhistorischen Museums Bern, das verschiedene Meteoriten-Suchaktionen in Oman koordiniert hat. Mit Hilfe eines Infrarot-Lasers und eines Massenspektrometers konnten die Forscher an der Universität Bern das Neon aus den Proben extrahieren und seine Isotopenkonzentration messen. Dies ermöglichte den Wissenschaftlern, den Anteil des Nobelgases zu bestimmen, der wirklich durch solar-kosmische Strahlung produziert wurde und nicht durch galaktische, kosmische Strahlung. Um die gemessenen Daten zu analysieren und die tatsächliche Produktionsrate zu bestimmen, entwickelten Antoine Roth und seine Kollegen ein neues physikalisches Modell. Damit lässt sich auch die durchschnittliche Distanz zur Sonne bestimmen, in welcher der Meteorit bestrahlt wurde.

Als Resultat fand Roth in 4 von 25 untersuchten Chondriten Neon, das durch Strahlung entstanden ist. Einige der Proben, die das gesuchte Edelgas nicht enthielten, waren wahrscheinlich Bruchstücke eines grösseren Steins, der beim Eintritt in die Atmosphäre auseinander fiel. «Unsere Daten zeigen, dass von solar-kosmischer Strahlung produziertes Neon keineswegs nur in Marsmeteoriten vorkommt», schliesst der PlanetS-Forscher. In einer nächsten Studie wird er Meteoriten aus der Antarktis untersuchen, die von der NASA gesammelt wurden. Da er nur kleine Proben mit einem Gewicht von weniger als 10 Gramm braucht, war es nicht allzu schwierig, entsprechendes Material zu erhalten, obwohl die Chondriten bei der Analyse zerstört werden.

Literaturhinweis: Antoine Roth et al.: «Neon produced by solar cosmic rays in ordinary chondrites», Meteoritics & Planetary Science.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.12868/full

Kontakt:
Dr. Antoine Roth
ETH Zürich, Schweiz
antoine.roth@erdw.ethz.ch

 

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