Steinige Botschafter vom Asteroid Vesta

Als unsere Sonne ein noch junger Stern war, bildete sich um sie herum eine kreisende Scheibe aus Gas und Staub. Mit der Zeit klumpte Staub zusammen. Es bildeten sich Brocken, die mit anderen kollidierten, sich dabei deren Masse einverleibten und weiterwuchsen.

Aus solchen Brocken entstanden die heutigen Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars, aber auch hunderttausende von Asteroiden, die zwischen Mars und Jupiter den Asteroiden-Hauptgürtel bilden. Zu den grössten bekannten Asteroiden des Hauptgürtels zählen der Zwergplanet Ceres und der Asteroid Vesta.

Durch Kollisionen zwischen Asteroiden wurden immer auch Trümmer ins All geschleudert, die als Meteoriten auf die Erde niedergingen. Diese Steine bieten einen einmaligen Einblick in die Frühzeit unseres Sonnensystems und erlauben es Wissenschaftlern, verschiedene Typen von Asteroiden zu bestimmen.

Besonders interessant für die Forschung sind sogenannte Mesosideriten. Diese Meteoriten sind aus Silikatgestein-Bruchstücken und Metall, in der Regel Eisen und etwas Nickel, zusammengesetzt. Die beiden Komponenten weisen ein ungeordnetes Gefüge auf.

Wissenschaftler gehen deshalb davon aus, dass sie von einem «differenzierten Asteroiden» stammen müssen, also einem solchen Himmelskörper, der einst über eine Kruste, einen Mantel und einen flüssigen Kern verfügte. Die Bruchstücke gehörten demnach zur Kruste, das Metall stammt aus dem Kern. Dass sich die beiden Komponenten mischen und zu einem kompakten Gestein formieren konnten, deutet auf einen Zusammenprall des Asteroiden mit einem anderen hin.

Die Wissenschaft rätselt allerdings nach wie vor, wie und wann Mesosideriten entstanden. Auch war es bislang kaum möglich, solche Meteoriten einem bestimmten Asteroiden zuzuordnen.

Meteoriten älter als Erde

Forscherinnen und Forscher aus der Gruppe von Maria Schönbächler, Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich, bestimmten das Alter von fünf Mesosideriten anhand von hochpräzisen Messungen des Blei- und Urangehalts von Zirkonen aus solchen Meteoriten. Zirkone bilden sich in Magmakammern. Sie sind äusserst robust und eignen sich deshalb für die Datierung von Gesteinen, in denen sie eingebettet sind.

Die Datierung und Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Mesosideriten erlaubte es Schönbächlers Mitarbeitenden Makiko Haba und Jörn-Frederik Wotzlaw schliesslich auch, die Steine aus dem All einem Asteroiden zuzuweisen, und zwar wie vermutet dem Grossasteroid Vesta. Ihre Resultate wurden soeben in der Fachzeitschrift «Nature Geoscience» veröffentlicht.

Die ETH-Forschenden datierten zwei Zirkon-Generationen der Mesosideriten auf rund 4,56 und 4,52 Milliarden Jahre. Die älteren Zirkone stammen von Silikatgestein, welches sich bildete als die Oberfläche von Vesta allmählich abkühlte und erstarrte.

Die jüngere Generation hingegen zeugt von einem heftigen Streifschuss durch einen weiteren Asteroiden, der eine grosse Bresche bis in den flüssigen Kern schlug. Die Trümmerteile aus verschiedenen Zonen flogen ins All, lagerten sich aber mehrheitlich aufgrund der Schwerkraft Vestas auf der entgegengesetzten Stelle des Einschlags wieder ab. Dies führte in Vestas Kruste zu einer lokalen Verdickung und zur Vermischung der verschiedenen Komponenten.

Detektivarbeit durch «Dawn»

Wie aber identifizierten die ETH-Forschenden Vesta als Ursprung dieser Meteoriten? «In der Regel ist es sehr schwierig bis unmöglich, Meteoriten bestimmten Ursprungsasteroiden zuzuweisen», erklärt Schönbächler.

Auf Vesta gekommen sind die Forschenden nicht nur aufgrund der Datierungen und der chemischen Zusammensetzung der untersuchten Mesosideriten. Auf diesen Asteroiden weisen auch Beobachtungsdaten der Nasa-Raumsonde «Dawn».

Auf ihrer Reise zum Zwergplaneten Ceres umkreiste «Dawn» mehrere Male Vesta und untersuchte unter anderem dessen Oberfläche. Dies gab Aufschluss über die dort vorhandenen Gesteine. Auf Fotos von Vestas Südpol sind zudem eine Verdickung der Kruste und zwei jüngere Einschlagkrater zu erkennen.

Dort schlugen lange nach der Ablagerung des Kollisionsmaterials kleine Asteroiden ein und schleuderten Teile davon ins All, die höchstwahrscheinlich als Meteoriten auf der Erde landeten und schliesslich in Schönbächlers Labor gründlich untersucht werden konnten.

Maria Schönbächler, ETH Zürich, +41 44 632 37 92, maria.schoenbaechler@erdw.ethz.ch

Haba MK, Wotzlaw J-F, Lai Y-J, Yamaguchi A, Schönbächler M. Mesosiderite formation on asteroid 4 Vesta by a hit-and-run collision, Nature Geoscience (2019), published: 10 June 2019, doi: 10.1038/s41561-019-0377-8

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2019/06/meteoriten…