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Der Ursprung von Allem: Erforschung des frühen Sonnensystems

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Wo hat die Erde ihren Ursprung? Warum sehen Planeten aus, wie sie aussehen? Wie ist das Sonnensystem entstanden? Diese großen Fragen treiben die Menschheit seit jeher um – und die Antwort setzt sich aus unendlich vielen kleinen Details zusammen. Forschende an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibniz arbeiten daran, einige dieser Details aufzudecken.

Pallasite entstehen wahrscheinlich durch Kollision zweier Himmelskörper. Über den Mutterkörper lassen sich daraus später Rückschlüsse ziehen. © Reiner Müller
Fast 1 Meter lange Scheibe des Esquel- Pallasiten mit grünlichen Olivinkristallen in grauer Eisen-Nickel Matrix. Die untersuchten Aggregate sind die rundlichen Bereiche mit zusammenhängenden Olivinen. © American Museum of Natural History, Denis Finnin

Dr. Nicolas Walte, Instrumentwissenschaftler an der Hochdruckpresse SAPHiR, beschäftigt sich schon länger mit Pallasiten, einer Klasse von Stein-Eisen-Meteoriten. An SAPHiR simulierte er erstmals die Entstehung dieser kosmischen Körper. In seiner neuen Arbeit untersucht Walte gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Gregor Golabek von der Universität Bayreuth wieder diese besonderen Meteoriten. Diesmal geht es jedoch darum, was vor und nach ihrer Entstehung in ihrem Mutterkörper passiert sein muss.

Unterstützung durch internationale Museen

Für seine Forschung bat Walte diverse Museen um Hilfe und ließ sich die besten Fotos ihrer größten und schönsten Pallasite schicken. Darunter waren Abbildungen der vier Pallasite Fukang, Imliac, Esquel und Seymchan der Sammlung des National History Museum in London, der University of Arizona, des American Museum of Natural History und der National Museums of Scotland.

Anhand der hochauflösenden Fotos zeichnete Walte die Olivinaggregate an den sogenannten Korngrenzen, dem Übergang zwischen Kristall und Metall-Adern, nach. Dieses innere Gefüge der Meteorite verglich er mit Proben aus der SAPHiR Hochdruckpresse, um deren unterschiedliche Geschichte verstehen zu können.

„Die Anteile an Primärmaterial zeigen, dass alle Pallasite ein bis zwei Millionen Jahre gemeinsam bei der gleichen Temperatur verbracht haben“. Durch Kollision mit einem anderen Asteroiden vermischten sich die Metall- und Mineralbestandteile der beiden Himmelskörper und bildeten die Pallasite, die später ihren Weg zur Erde gefunden haben.

Was war vor den Pallasiten?

„Wir haben uns diesmal auf die Olivinaggregate konzentriert“, erklärt Walte. Diese Bereiche aus zusammenhängenden Olivinkristallen können einen Durchmesser bis zu 30 cm haben. „Man nimmt an, dass diese Aggregate wenig veränderte Proben aus dem Inneren des Mutterkörpers sind. Wenn man die versteht, versteht man das Davor“, führt er weiter aus. Davor – das bedeutet mehr über den Mutterkörper zu erfahren, aus dem die Pallasite hervorgingen.

Olivin ist der Hauptbestandteil des oberen Erdmantels, findet sich aber auch häufig im Mantel von Asteroiden, astronomischen Kleinkörpern, die um die Sonne kreisen und die Überbleibsel der Bausteine der Erde und der anderen terrestrischen Planeten sind. Aus den Pallasit-Scheiben können die Forschenden so Rückschlüsse auf die Zusammensetzung von Asteroid-Mänteln ziehen. Das hilft ihnen dabei zu verstehen, wie sich Asteroiden gebildet haben.

Und was passierte danach?

Durch den Vergleich der Metall-Adern, die sich durch die Kristalle in den Pallasiten ziehen mit Deformationsexperimenten am Instrument SAPHiR, lässt sich auch ablesen, wie schnell oder langsam die Pallasite nach ihrer Entstehung abkühlten. Die Unterschiede in den Abkühlungszeiten erklärt Walte damit, dass die Meteoriten aus verschiedenen Tiefen im Mantel des Mutterkörpers stammen.

Die Forschenden können sich so ein genaueres Bild über die Zusammensetzung des Mantels machen. Unter anderem können sie damit abschätzen, wie groß der Asteroid maximal gewesen sein kann, um welchen Himmelkörper es sich genau gehandelt hat.

„Die Hauptarbeit war eigentlich das genaue Nachzeichnen der Details auf den Fotos“, gibt sich Nico Walte bescheiden. Dabei hat er jedoch auch dazu beigetragen, die wichtigsten Prozesse, die für die Bildung der Erde und anderer terrestrischen Planeten notwendig waren, ein bisschen mehr aufzuklären.

Originalpublikation:

N. Walte, G. Golabek, Olivine aggregates of Main Group Pallasites reveal the early evolution of their Parent Body, Meteorit. Planet. Sci., 57(5), https://doi.org/10.1111/maps.13810, (2022)

Mehr Informationen:

Pallasite gehören zu den Stein-Eisen-Meteoriten. Charakteristisch für diese wunderschönen Steine aus dem All sind die zentimetergroßen eingebetteten Olivinkristalle, die grünlich zwischen Eisen und Nickel schimmern. Deshalb sind sie auch bei Sammlern sehr beliebt. Sie sind in der Anfangszeit des Sonnensystems entstanden und sind eine der wenigen Quellen, die Aufschluss über den Mantel ihres Mutter-Asteroiden geben. Versteht man ihre Entstehung und die Prozesse davor und danach genauer, lässt sich die Dynamik des frühen Sonnensystems entschlüsseln.

Alle vier untersuchten Pallasite stammen von demselben Mutterkörper, auch wenn sie an unterschiedlichen Orten auf der Erde gefunden wurden. Dies ermöglicht es, die Entwicklung verschiedener Bereiche im Inneren des gemeinsamen Mutterkörpers zu vergleichen.