Pummelige Vesta, rätselhafte Ceres#
Die Raumsonde "Dawn" hat zwei Kleinplaneten erforscht, die sich - in relativ geringer Distanz voneinander - verblüffend unterscheiden.#
Von der Wiener Zeitung (Samstag, 3. Dezember 2016) freundlicherweise zur Verfügung gestellt.
Von
Christian Pinter
Foto: NASA/JPL/Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Ende des 18. Jahrhunderts kannte man sieben Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn und Uranus. Am 1. Jänner 1801 stieß der Astronom Giuseppe Piazzi in Palermo auf ein weiteres, praktisch nur im Teleskop sichtbares Wandelgestirn. Man taufte es schließlich "Ceres" - nach der altrömischen Göttin des Ackerbaus, der Feldfrüchte und des Wachstums. Auch unsere Zerealien ("Frühstücksflocken") leiten sich von ihrem Namen ab.
Bald spürte man noch drei weitere dieser Kleinplaneten oder Asteroiden auf. Zwei steuerte der Bremer Arzt Heinrich Olbers bei. Sein zweiter Fund vom 29. März 1807 wurde "Vesta" getauft, nach der römischen Göttin des Staats-, Altar- und Herdfeuers. Vestas heilige Flamme durfte nie verlöschen. Jungfräuliche Priesterinnen, die Vestalinnen, hüteten sie in einem Rundtempel am Forum Romanum.
Bis heute haben Astronomen hunderttausende Asteroide im Kleinplanetengürtel zwischen Mars und Jupiter aufgestöbert. Fast alle sind schmächtig wie irdische Berge. Am meisten Gewicht brächten noch die Ceres und die Vesta auf die Waage. Sie sind gleichsam "Riesinnen" im Zwergenreich: Die Ceres misst 965 km an ihrer dicksten Stelle, die Vesta 573 km.
Welt ohne Südpol#
Das chemische Element Cer wurde zwei Jahre nach der Ceres entdeckt und nach ihr benannt. Ceroxid dient zum Polieren von Teleskopspiegeln. Doch irdische Fernrohre zeigen auf den Asteroiden so gut wie keine Details. Deshalb machte sich die NASA-Sonde Dawn (engl., Morgendämmerung) im September 2007 zur näheren Untersuchung der beiden massereichsten Kleinplaneten auf. Im Juli 2011 schwenkte sie zunächst in eine Umlaufbahn um die Vesta ein. Dann funkte sie 31.000 intime Fotos und 20 Millionen aussagekräftige Spektren zur Erde. Diese gewährten den Forschern Einblick in Vestas Geschichte.
Vor 4,567 Milliarden Jahren begannen sich die Körper unseres Sonnensystems zu bilden: Kosmische Staubkörner vereinten sich zu meterkleinen Brocken. Diese schlossen sich zu kilometergroßen Planetesimalen zusammen, die wiederum Protoplaneten von jeweils grob tausend km Durchmesser formten. Erst aus solchen gingen Planeten wie unsere Erde hervor.
Allerdings störte der Riesenplanet Jupiter diesen Wachstumsprozess vor seiner Haustür: Er schleuderte 99 Prozent aller Planetesimale von dort fort. Die Bahnen der verbliebenen zog er derart in die Länge, dass sie mit zerstörerischem Tempo ineinander krachten. So war bald auch das Baumaterial für Vesta und Ceres erschöpft. Sie wuchsen nicht mehr weiter, sondern blieben im Protoplaneten-Stadium stecken.
Der radioaktive Zerfall der angesammelten Isotope Aluminium-26 und Eisen-60 heizte die größeren Kleinplaneten ordentlich auf. In diesem Schmelztiegel sanken die schweren Elemente ins jeweilige Zentrum. Sie formten dort einen heißen Kern aus Eisen und Nickel. Jener der Vesta besitzt einen Radius von gut 100 km: Darüber spannt sich ein silikatreicher Steinmantel, rund 450 km dick. Den Abschluss bildet eine etwa 20 km dünne Kruste aus basaltischem Gestein.
Die Vesta besitzt also einen differenzierten, schalenförmigen Aufbau ähnlich wie die Erde oder der Erdmond. Wegen der bescheideneren Masse erlosch ihr inneres "Feuer" aber rasch. Gleichzeitig stürzten übrig gebliebene Planetesimale auf sie ein und hinterließen Narben über Narben. Man taufte diese Krater nach bekannten Vestalinnen und höhergestellten Damen der römischen Gesellschaft - z.B. "Claudia", "Cornelia" oder "Antonia".
Ein besonders heftiger Einschlag geschah vor etwa zwei Milliarden Jahren. Zeuge ist das mehr als 400 km weite Einschlagbecken im Süden, das man nach der Vestalin Veneneia taufte. Eine weitere Jahrmilliarde später wurde die Vesta neuerlich gerammt, mit etwa 18.000 km/h und unter recht flachem Winkel. Dieser Einschlag riss ihr die alte Südpolregion weg.
Dort blieb ein Riesenkrater mit 500 km Durchmesser und fast 20 km Tiefe zurück. Man benannte ihn nach der mythischen Vestalin Rhea Silvia: Vom Gott Mars geschwängert, gebar sie Romulus und Remus. Zur Strafe für den Verlust ihrer Jungfräulichkeit soll sie lebendig begraben worden sein. Im Zentrum des Einschlagbeckens Rheasilvia federte das Gestein hingegen zurück und türmte sich zum zweithöchsten Bergmassiv im ganzen Sonnensystem auf. Der Gipfel liegt in über 20.000 Metern Höhe.
Seit Vesta ihren ursprünglichen Südpol verloren hat, wirkt sie pummelig. Sie ist ein Viertel breiter als hoch. Die genannten Mega-Einschläge katapultierten unzählige Gesteinstrümmer ins All. Manche stürzen gelegentlich noch immer zur Erde, und zwar in Form der seltenen HED-Meteorite. Das ist eine Sammelbezeichnung für die sogenannten "Howardite", "Eukrite" und "Diogenite". Im 19. Jahrhundert trugen die Österreicher Karl von Schreibers und Gustav Tschermak zu deren Erforschung bei. Man kann die steinernen Grüße aus Veneneia und Rheasilvia im Naturhistorischen Museum (NHM) in Wien begutachten.
Im September 2012 sagte Dawn leise "Servus" zur Vesta. Zweieinhalb Jahre später schwenkte die Sonde in eine Umlaufbahn um die Ceres ein - eine Welt, die aus anderem Holz geschnitzt ist.
"Schneegrenze"#
Das verrät bereits ihre mittlere Dichte: Auf Erden würde ein Kubikzentimeter der Vesta knapp 3,5 Gramm wiegen, ein gleich großes Stück der Ceres aber nur 2,2 Gramm. Offenbar besteht die "Königin" der Kleinplaneten also nicht nur aus Gestein, sondern zu einem guten Teil aus Eis. Außerdem reflektiert ihr Antlitz viermal weniger Licht als jenes der Vesta.
In der Tat ähnelt ihr Reflexionsspektrum eher dem der dunklen kohligen Chondrite, die man ebenfalls im NHM sehen kann. Allerdings stammen diese Meteorite von sehr viel schmächtigeren Kleinplaneten ab. Sie sind jedenfalls reich an Kohlenstoff, Wasser und Mineralen, die von Wasser verändert wurden. Mit Sicherheit wurden sie nie so hohen Temperaturen ausgesetzt wie die HEDs der Vesta.
Die wasserarme Vesta kreist 353 Mio. km von der Sonne entfernt. Bei der wasserreichen Ceres sind es 414 Mio. Anscheinend führte einst schon ein recht geringer Distanzunterschied zu einer verblüffenden Andersartigkeit: So als hätte dazwischen eine alles entscheidende "Schneegrenze" gelegen. Tatsächlich dominieren im inneren, etwas wärmeren Bereich des Kleinplanetengürtels helle, silikatreiche Asteroide. Den äußeren, kühleren Abschnitt beherrschen vor allem dunkle Objekte, reich an Kohlenstoff und Wassereis.
Die dunkle Ceres besitzt dreieinhalbmal so viel Masse wie die Vesta. Eigentlich müsste sie der Zerfall radioaktiver Isotope also noch dramatischer erhitzt haben. Dennoch reichte die Temperatur nicht zur Bildung eines "ehernen Herzens" aus. Stattdessen blieb bloß ein großer Gesteinskern zurück. Ein 100 km dicker Mantel aus Wassereis und Gestein umhüllt ihn. Warum aber ist die Ceres nicht so komplett differenziert wie die Vesta? Wirkte ihr Wasserreichtum etwa einst als Kühlmittel? Vereitelte er ein völliges Aufschmelzen dieses Himmelskörpers?
Die dunkle, weil kohlenstoffreiche Kruste der Ceres ist zu einem guten Drittel aus Eis geformt. Es versteckt sich zwischen dem Silikatgestein vor der Sonne. Die Ceres ist auch viel weniger zerklüftet als die Vesta. Man fand viel weniger Riesenkrater als erwartet. Steile Kraterwälle machen sich rar. Die Kraterböden wirken ebenfalls ungewöhnlich flach. Auch das ist eine Folge des hohen Eisgehalts in der Kruste. Eis ist weicher als Silikatgestein - daher entspannt und glättet sich die von Einschlägen strapazierte "Haut" der Ceres langsam wieder. Ihre Narben wurden nach Gottheiten getauft, die mit Fruchtbarkeit oder Landwirtschaft zu tun haben: darunter die ägyptische Ernutet, die germanische Gaue, der römische Occator, der Ghanan der Maya oder der Hopi-Gott Kerwan.
Dawn fotografierte auch rund 130 kleine, überaus helle Flecken im dunklen Teint der Ceres. Lange war völlig unklar, woraus sie bestehen. Mittlerweile glaubt man, dass Wasser hier einst geysirartig an die Oberfläche aufstieg und dann verdampfte. Die darin gelösten Salze, darunter Natriumcarbonat, blieben zurück. Die geheimnisvollen Flecken wären demnach Salzablagerungen. Noch mehr Verblüffung löste der sehr steile Berg Ahuna Mons aus. Benannt wurde er nach dem Ahuna-Erntedankfest, das die Naga im Nordosten Indiens Mitte November feiern. "Mons" heißt auf Lateinisch schlicht "Berg". Ahuna Mons ist an seiner Basis 17 km breit und ragt mindestens 4 km hoch auf.
Eisvulkanismus#
Auf Erden formen sich solche Kuppeln, wenn zähflüssige Lava langsam an die Oberfläche strömt und dort erstarrt. Auf der Ceres bestand die "Lava" aber primär aus schmutzigem, salzigem Wasser. Astronomen sprechen von Kryovulkanismus (kryos, griech.: kalt). Um diesen Eisvulkanismus anzutreiben, braucht es bei weitem nicht so viel Hitze wie zum Aufschmelzen von Silikatgestein. Der Eisvulkan Ahuna Mons ist weniger als 250 Mio. Jahre alt - geologisch betrachtet also ein "Jüngling". Ceres’ Körper kann damals somit noch nicht völlig erkaltet gewesen sein.
Tief unter der Oberfläche mag sich sogar ein globaler Ozean verstecken. Eine starke Beimengung des Frostschutzmittels Ammoniak würde ihn besonders lange vor dem Erstarren bewahren. Am Boden des lichtlosen Meeres könnte man sich hydrothermale Quellen vorstellen: In unserer Tiefsee sind solche Plätze wahre Oasen des Lebens. Nicht ausgeschlossen, dass sich im hypothetischen Ozean der Ceres exotische Mikroben tummeln.
Die Ceres dünstet Wasserdampf aus, und zwar 22 Tonnen pro Stunde. Offenbar verdampft hier Eis im Sonnenlicht, obwohl die ferne Welt davon nicht allzu viel abbekommt: Im Vergleich zur Erde sind es bloß 11 bis 15 Prozent. Ihren sonnennächsten Bahnpunkt wird die Ceres im Frühjahr 2018 durcheilen. Solange soll die Sonde Dawn diese Welt umkreisen - um zu sehen, welche Veränderung die zusätzliche Sonnenwärme im dunklen Boden der "Ackergöttin" bewirkt.
Christian Pinter, geboren 1959, schreibt seit 1991 im "extra" über astronomische Themen.
