UTAH / LONDON (IT BOLTWISE) – In Utah ist 2023 Material vom Asteroiden Bennu zur Erde gekommen und am Labor der ETH Zürich ausgewertet worden. Die Isotopenmessungen von Eisen, Titan und Chrom deuten darauf hin, dass Bennu nicht „weit draußen“ entstand, sondern nahe der Wasser-Eis-Grenze. Auch Ryugu und bestimmte CI-Meteoriten dürften in derselben Übergangszone entstanden sein. Damit rückt Jupiter sehr früh im Sonnenaufbau als treibender Mischmechanismus in den Fokus.
Dass der Asteroid Bennu „oben“ im Sonnensystem entstanden sei, galt bislang als naheliegende Erklärung, weil viele kleine Körper ihre Entwicklung in den äußeren Regionen beginnen. Die aktuellen Ergebnisse aus der Analyse von Probenmaterial, das im Rahmen der Mission OSIRIS-REx von Bennu zur Erde gebracht wurde, widersprechen diesem Bild deutlich. Zentral ist dabei eine geochemische Methode, die nicht nur die chemische Zusammensetzung betrachtet, sondern über Isotope eine Art Herkunfts- und Altersabdruck erstellt. Konkret haben Forschende an Materialproben aus Bennu die Isotope von Eisen, Titan und Chrom gemessen und daraus einen Isotopen-Fingerabdruck abgeleitet, der zur Rekonstruktion der Entstehungsumgebung genutzt werden kann.
Technisch beginnt die Aussagekraft solcher Messungen bei der Frage, wie stark sich Isotope zwischen unterschiedlichen Bildungszonen unterscheiden. Isotope sind Atome desselben Elements, aber mit unterschiedlicher Masse; in der Praxis spiegeln ihre relativen Häufigkeiten physikalische und chemische Prozesse wider, die in einer bestimmten Entwicklungsphase des Sonnensystems ablaufen. Für Bennu zeigt die Auswertung: Titan und Eisen sind in der Probe einheitlich verteilt. Diese Homogenität ist wichtig, weil sie darauf hindeutet, dass das Ausgangsmaterial, aus dem Bennu sich zusammensetzte, in sich gut durchmischt war – und nicht als räumlich getrennte „Schichten“ erst später zusammengeklebt wurde.
Die Brücke zu anderen Himmelskörpern entsteht, weil die gleichen Isotopenmuster nicht nur bei Bennu beobachtet wurden. Die Daten deuten darauf hin, dass auch der Asteroid Ryugu und die sogenannten CI-Meteoriten eine ähnliche Isotopen-Signatur tragen. CI-Meteoriten gelten als seltene, ursprungsnahe, kohlenstoffreiche Gesteinskörper, deren Bestandteile auf frühe Phasen der Planetenentstehung zurückgehen. Wenn Bennu, Ryugu und CI-Meteoriten einen gleichartigen Isotopen-Fingerabdruck besitzen, ist das ein starkes Indiz, dass sie aus demselben kosmischen „Staubreservoir“ stammen. Gleichzeitig heben sich diese Körper in ihrer Isotopenzusammensetzung klar von anderen Asteroiden, Meteoritengruppen und sogar von Planetenmaterial ab, was gegen eine beliebige Herkunftsregion spricht.
Bisherige Vorstellungen gingen oft davon aus, dass Asteroiden wie Bennu in den äußeren Regionen entstanden und erst später in den Bahnbereich gelangten, der für ihre heutige Bahndynamik typisch ist. Die neuen Isotopendaten sprechen sowohl gegen „nur außen“ als auch gegen eine späte Verschiebung als alleinige Erklärung. Am wahrscheinlichsten ist nach den vorliegenden Interpretationen, dass der Geburtsort von Bennu, Ryugu und auch der CI-Meteoriten nahe der Wasser-Eis-Linie lag. Diese Grenzregion markiert den Ort, an dem Wasserdampf gefriert – also eine Zone, in der Eis als Transport- und Bindemittel für feinste Partikel wirken kann. In dieser Umgebung könnten vor etwa 4,5 Milliarden Jahren Materialien aus inneren und äußeren Bereichen des sich formenden Sonnensystems ineinander übergegangen sein; das Eis hätte dann wie „Klebstoff“ fungiert und Staubteile in gröbere Vorläuferkörper eingebettet.
Aus der Chemie wird damit ein Szenario für die Dynamik im jungen Sonnensystem. Die Forschenden stellen Jupiter in den Mittelpunkt: Der Gasriese soll sehr früh durch Gravitationskräfte aus einer Staubwolke entstanden sein – nur etwa eine Million Jahre nach der Geburt der Sonne. Um den jungen Zentralstern formte sich dann eine rotierende Scheibe aus Gas, Staub und Wassereis, in der weitere Planeten und Asteroiden durch kontinuierliche Materialaufnahme heranwuchsen. Jupiters schnelles Wachstum wird als „Brückenpfeiler“ beschrieben: Er hätte grobes Material weitgehend blockiert, während feiner Staub aus verschiedenen Teilen der Scheibe um Jupiter herumströmen konnte. Genau diese Durchmischung im Bereich nahe der Wasser-Eis-Linie würde erklären, warum Bennu als „Mischling“ Merkmale beider Regionen trägt und warum seine Bausteine chemisch so gut zu den Bedingungen der jungen inneren Scheibengebiete passen.
Damit lässt sich auch das Wasservorkommen von Bennu konsistent einordnen. Wenn Eis in der Nähe der Wasser-Eis-Linie verdampfte, kann Wasserdampf dort entstehen, wo sich der Körper anschließend bildet; ein Teil davon könnte dort wieder kondensiert sein, wodurch Bennu wasserreich werden konnte. Daneben liefert der Einfluss Jupiters eine zweite Erklärung: Durch die selektive Blockade grober Partikel und das bevorzugte Mitnehmen feinen Staubs dürfte Bennu vor allem aus sehr feinem Material aufgebaut worden sein. Das ist zugleich der Grund, weshalb Bennus Zusammensetzung chemisch der Sonne ähnlich wirkt: Feinster Staub, der in der Scheibe um den jungen Stern kreiste, war im System besonders gut durchmischt. Für die Einordnung der Evolutionsgeschichte ist das besonders relevant, weil Bennu als sehr ursprünglicher Asteroid gilt, dessen Material seit der Entstehungszeit vor rund 4,5 Milliarden Jahren vergleichsweise wenig verändert worden sein soll.
Für die Forschung und auch für die Praxis der Asteroiden-Erkundung ergibt sich daraus ein klarer Nutzen: Bennu ist reich an Wasser und organischem Material und kann Hinweise darauf liefern, wie die frühen Bausteine der Erde entstanden sein könnten. Gleichzeitig bleibt für den nächsten Schritt die methodische und zeitliche Frage offen, wie stark Jupiters Rolle tatsächlich war, insbesondere beim Zusammenklumpen nur feiner Staubpartikel. Die Forschenden wollen deshalb prüfen, ob weitere Asteroiden dieselbe Isotopensignatur tragen wie Bennu und Ryugu. Parallel dazu ist bereits die nächste Probenserie in Sicht: Die ETH-Professorin wartet auf eine japanische Sammelmission zum Marsmond Phobos, bei der Ende Oktober ein Start vorgesehen ist; die Rückkehr zur Erde wird dabei erst für 2031 erwartet. Wenn dann Material im Labor vorliegt, könnte die geochemische Vergleichbarkeit mit Bennu den Blick darauf schärfen, welche Mischzonen im frühen Sonnensystem wirklich universell waren – und welche nur für bestimmte Klassen von Asteroiden gelten.
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