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StartseiteForschung aktuellSauerstoffisotope und frühes Sonnensystem03.01.2003

Sauerstoffisotope und frühes Sonnensystem

Zürcher Astronomen untersuchen die Isotopenzusammensetzung von Mond und Erde

<strong> Astronomie. - Am Anfang stand ein kosmisches Billard. In der Materiescheibe, die um die junge Sonne kreiste, kollidierten immer wieder Staubpartikel, die aneinander klebten und so allmählich zunächst zu Planetenkeimen und schließlich zu Planeten heranwuchsen. So weit die Theorie - aber wie ist das Sonnensystem genau entstanden? Stammt unser Sonnensystem aus einer Supernova, oder haben mehrere sterbende Sonnen das ihre dazu beigetragen. Und - wo kam Theia her, der Planet, der zur ''Geburt'' des Mondes beigetragen hat? Forscher der ETH Zürich sind dem anhand von Sauerstoffisotopen nachgegangen, genauer: anhand der Variante O-17. Die Ergebnisse sind überraschend. </strong>

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Von Dagmar Röhrlich

Es ist das Sauerstoffisotop O-17, mit dem die Forscher um Uwe Wiechert den Spuren des jungen Sonnensystems nachspüren. Die Isotopengeologen der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich haben sich die Verteilung dieses seltenen Isotops auf Erde, Mond, Mars und dem Asteroiden Vesta angesehen. O-17 ist ungleichmäßig im Sonnensystem verteilt und deshalb ideal, um Spuren eines längst vergangenen Geschehens zu finden. Uwe Wiechert fand bei der Analyse Überraschendes. Etwa mit Blick auf das Duo Erde-Mond. Der gängigen Hypothese zufolge entstand es, als vor 4,55 Milliarden Jahren die Proto-Erde mit einem marsgroßen Körpers namens Theia zusammenstieß. Uwe Wiechert:

Das ist heute die weitgehend akzeptierte Theorie, und überwiegend wahrscheinlich aus dem silikatischen Mantel dieses Planeten sollte sich der Mond gebildet haben. Und wenn das so ist, dann hatten wir vermutet, dass wir vielleicht einen kleinen, winzigen Unterschied zwischen Mond und Erde finden können, weil die Proto-Erde und dieser Impaktorplanet, er könnte halt unterschiedlich gewesen sein. Interessant ist eigentlich jetzt, dass wir überhaupt keinen Unterschied sehen zwischen Erde und Mond. Und dass trotz eines hochpräzisen Laser- Messverfahrens, mit dem kleinste Unterschiede in der Isotopenzusammensetzung bestimmt werden können.

Mit dieser Lasertechnik versucht man Mineralien in einer Fluor-Atmosphäre zu verdampfen, oder mit diesen Fluorgas zu reagieren, und Sauerstoff frei zusetzen, um hinterher dann im Massenspektrometer die verschiedenen die Gehalte an Sauerstoff-Isotopen zu messen.

Selbst mit diesen hochsensiblen Messverfahren ließen sich beim Sauerstoff-17 keine Unterschiede feststellen zwischen den Steinen, die Mond und Erde aufbauen.

Für die Erde und Theia würde das bedeuten, dass sie vermutlich sehr nahebei einander entstanden sind, ja, und im Grunde, jedenfalls statistisch sehr ähnliches Material bekommen haben, und praktisch eine Art Zwillingsgestirn gebildet haben, in der Frühphase dieses, unseres Sonnensystems, ja.

Letztendlich seien sie so nah beieinander entstanden, dass die Kollision zwischen den beiden Schwesterplaneten unvermeidlich gewesen sei, so Uwe Wiechert. Während vom Mond Proben verwendet wurden, die von Apollo zur Erde gebracht worden sind, musste man sich bei Mars und Vesta auf Meteoriten verlassen, die von den beiden Himmelskörpern stammen sollen. Bei ihnen zeigen die Sauerstoffisotope ein vollkommen anderes Bild. Jeder hat einen ''eigenen'' Fingerabdruck.

Wenn man die Erde als Basis nimmt, dann ist der weiter von der Sonne entfernte Mars eben halt schwerer im O-17 und dennoch weiter entfernt liegende kleinen Babyplanet Vesta leichter als die Erde. Das heißt, es gibt dort keinen kontinuierlich ansteigenden oder fallenden Gradienten.

Nur - woran liegt diese Heterogenität? Ist sie Folge einer frühen chemischen Differenzierung zu der Zeit, als der Fusionsprozess in der Sonne zündete? Oder gab es diese Unterschiede schon vorher?

Es könnte sein, das wir aus einer anderen Sonne, durch eine Supernova-Explosion halt Material in unser Sonnensystem injiziert worden ist und dass in dem Bereich, wo Vesta entstanden ist, eben mehr von diesen Material zur Verfügung stand als in der Nähe der Erde. Es ist durchaus denkbar, dass das dann eben halt zu keinem kontinuierlichen Gradienten führt.

Die Sauerstoffisotopen legten nahe, dass gleich mehrere Supernovae - also mehrere sterbende Sonnen - ihr Material zur Entstehung des Sonnensystems beigesteuert haben, so Wiechert. Um endgültig Klarheit darüber zu bekommen, hoffen die Forscher auf die Genesis-Mission der NASA, die die Zusammensetzung der Sauerstoffisotopen in der Sonne messen soll. Mit diesem Durchschnittswert bekäme man eine sichere Datenbasis für die Berechnungen, wie sich die Isotope bei der Bildung der steinernen Planeten verschoben haben könnten.

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