Im März 2015 hat die NASA DämmerungMission war die erste Raumsonde, die den Protoplaneten Ceres, den größten Körper im Asteroidengürtel, besuchte. Es war auch das erste Raumschiff, das einen Zwergplaneten besuchte, nachdem es einige Monate vor dem Neue Horizonte Mission machte ihren historischen Vorbeiflug an Pluto. Seit dieser Zeit,Dämmerunghat viel über Ceres enthüllt, was wiederum den Wissenschaftlern hilft, die frühe Geschichte des Sonnensystems zu verstehen.
Letztes Jahr haben Wissenschaftler der NASADämmerungMission machte eine überraschende Entdeckung, als sie komplexe Ketten von Kohlenstoffmolekülen – organisches Material, das für das Leben unerlässlich ist – in Flecken auf der Oberfläche von Ceres entdeckten. Und jetzt dank a neue Studie durchgeführt von einem Forscherteam der Brown University (mit Unterstützung der NASA), scheint es, dass diese Flecken mehr organisches Material enthalten als bisher angenommen.
Die neuen Erkenntnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlichtGeophysikalische Forschungsbriefeunter dem Titel ' Neue Beschränkungen hinsichtlich des Überflusses und der Zusammensetzung von organischer Substanz auf Ceres “. Die Studie wurde von Hannah Kaplan, einer Postdoktorandin an der Brown University, mit Unterstützung von Ralph E. Milliken und Conel M. O’D geleitet. Alexander – Assistenzprofessor an der Brown University bzw. Forscher der Carnegie Institution of Washington.
Eine neue Analyse der Daten der Dawn-Mission deutet darauf hin, dass diese organischen Stoffe reichlicher vorhanden sein könnten, als ursprünglich angenommen. Bildnachweis: NASA/Rendering von Hannah Kaplan
Die fraglichen organischen Materialien werden als 'Aliphaten' bezeichnet, eine Art von Verbindung, bei der Kohlenstoffatome offene Ketten bilden, die üblicherweise mit Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Chlor verbunden sind. Um fair zu sein, bedeutet das Vorhandensein von organischem Material auf Ceres nicht, dass der Körper das Leben unterstützt, da solche Moleküle aus nicht-biologischen Prozessen entstehen können.
Auch auf anderen Planeten wurden Aliphaten in Form von Methan nachgewiesen (auf dem Mars und insbesondere auf Saturns größtem Mond Titan). Dennoch bleiben solche Moleküle ein wesentlicher Baustein für das Leben und ihre Anwesenheit auf Ceres wirft die Frage auf, wie sie dorthin gelangt sind. Daher interessieren sich Wissenschaftler dafür, wie es und andere lebenswichtige Elemente (wie Wasser) im gesamten Sonnensystem verteilt wurden.
Da Ceres sowohl in organischen Molekülen als auch in Wasser reichlich vorhanden ist, eröffnet dies einige faszinierende Möglichkeiten für den Protoplaneten. Die Ergebnisse dieser Studie und die verwendeten Methoden könnten auch als Vorlage für die Interpretation von Daten für zukünftige Missionen dienen. Wie Dr. Kaplan – die die Forschung während ihrer Promotion bei Brown leitete – kürzlich in einer Brown University . erklärte Pressemitteilung :
„Dieses Papier zeigt, dass Sie je nach Art des organischen Materials, das Sie zum Vergleichen und Interpretieren der Ceres-Daten verwenden, ganz unterschiedliche Ergebnisse erzielen können. Das ist nicht nur für Ceres wichtig, sondern auch für Missionen, die bald Asteroiden erforschen werden, die möglicherweise auch organisches Material enthalten.“
Ein verbessertes Farbkompositbild, das mit Daten der Framing-Kamera an Bord der NASA-Raumsonde Dawn erstellt wurde, zeigt das Gebiet um den Ernutet-Krater. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Die ursprüngliche Entdeckung organischer Stoffe auf Ceres fand statt im Jahr 2017 als ein internationales Wissenschaftlerteam Daten aus demDämmerungdas Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIRMS) der Mission. Die von diesem Instrument gelieferten Daten zeigten das Vorhandensein dieser Kohlenwasserstoffe in einer 1000 km² großen Region um den Ernutet-Krater, der sich auf der nördlichen Hemisphäre von Ceres befindet und einen Durchmesser von etwa 52 km (32 Meilen) misst.
Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie häufig die organischen Verbindungen waren, verglich das ursprüngliche Forscherteam die VIRMS-Daten mit Spektren, die in einem Labor von Erdgesteinen mit Spuren von organischem Material gewonnen wurden. Daraus schlossen sie, dass zwischen 6 und 10 % der auf Ceres nachgewiesenen spektralen Signatur durch organisches Material erklärt werden könnten.
Sie stellten auch die Hypothese auf, dass die Moleküle endogenen Ursprungs sind, was bedeutet, dass sie aus dem Inneren des Protoplaneten stammen. Dies stimmte mit früheren Umfragen überein, die Anzeichen von hydrothermale Aktivität auf Ceres, sowie andere, die ammoniakhaltige hydratisierte Mineralien, Wassereis, Karbonate und Salze entdeckt haben – all dies deutete darauf hin, dass Ceres eine innere Umgebung hatte, die die präbiotische Chemie unterstützen kann.
Aber für ihre Studie überprüften Kaplan und ihre Kollegen die Daten erneut mit einem anderen Standard. Anstatt sich zum Vergleich auf Erdgesteine zu verlassen, beschlossen sie, eine außerirdische Quelle zu untersuchen. In der Vergangenheit wurde gezeigt, dass einige Meteoriten – wie kohlenstoffhaltige Chondrite – organisches Material enthalten, das sich geringfügig von dem unterscheidet, was wir hier auf der Erde kennen.
Künstlerische Darstellung der Dawn-Mission beim Anflug auf den Protoplaneten Ceres. Bildnachweis: NASA/JPL
Nachdem sie die Spektraldaten mit diesem Standard erneut untersucht hatten, stellten Kaplan und ihr Team fest, dass sich die auf Ceres gefundenen organischen Stoffe von ihren terrestrischen Gegenstücken unterschieden. Wie Kaplan erklärte:
„Wir stellen fest, dass wir, wenn wir die Ceres-Daten mit extraterrestrischen organischen Stoffen modellieren, die möglicherweise ein geeigneteres Analogon als die auf der Erde gefundenen sind, auf Ceres viel mehr organische Materie benötigen, um die Stärke der spektralen Absorption zu erklären, die wir sehen dort. Wir schätzen, dass 40 bis 50 Prozent des spektralen Signals, das wir auf Ceres sehen, durch organische Stoffe erklärt werden. Das ist ein enormer Unterschied zu den sechs bis zehn Prozent, die zuvor auf der Grundlage terrestrischer organischer Verbindungen gemeldet wurden.“
Wenn die Konzentrationen an organischem Material tatsächlich so hoch sind, wirft dies neue Fragen nach seiner Herkunft auf. Während das ursprüngliche Entdeckungsteam behauptete, es sei endogenen Ursprungs, legt diese neue Studie nahe, dass es wahrscheinlich von einem organisch-reichen Kometen oder Asteroiden geliefert wurde. Einerseits stimmen die hohen Konzentrationen auf der Oberfläche von Ceres eher mit einem Kometeneinschlag überein.
Dies liegt an der Tatsache, dass Kometen im Vergleich zu primitiven Asteroiden bekanntermaßen eine deutlich höhere interne Häufigkeit von organischen Stoffen aufweisen, ähnlich den 40 bis 50 %, die diese Studie für diese Orte auf Ceres vorschlägt. Ein Großteil dieser organischen Stoffe wäre jedoch durch die Hitze des Aufpralls zerstört worden, was die Frage, wie sie dorthin gelangt sind, etwas rätselhaft lässt.
Die Daten der Raumsonde Dawn zeigen eine Region um den Ernutet-Krater, in der organische Konzentrationen entdeckt wurden (bezeichnet mit „a“ bis „f“). Die Farbkodierung zeigt die Stärke der organischen Absorptionsbande, wobei wärmere Farben die höchsten Konzentrationen anzeigen. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/UCLA/ASI/INAF/MPS/DLR/IDA
Wenn sie endogen entstanden sind, stellt sich die Frage, wie so hohe Konzentrationen auf der Nordhalbkugel entstanden sind. Als Ralph Milliken erklärt :
„Wenn die organischen Stoffe auf Ceres hergestellt werden, benötigen Sie wahrscheinlich immer noch einen Mechanismus, um sie an diesen bestimmten Orten zu konzentrieren oder zumindest an diesen Stellen zu bewahren. Es ist nicht klar, was dieser Mechanismus sein könnte. Ceres ist eindeutig ein faszinierendes Objekt, und das Verständnis der Geschichte und Herkunft organischer Stoffe an diesen Orten und anderswo auf Ceres wird wahrscheinlich zukünftige Missionen erfordern, die Proben analysieren oder zurückgeben können.“
Angesichts der Tatsache, dass der Haupt-Asteroidengürtel aus Material besteht, das bei der Entstehung des Sonnensystems übrig geblieben ist, wird erwartet, dass die Bestimmung, woher diese organischen Stoffe stammen, Aufschluss darüber geben, wie organische Moleküle zu Beginn seiner Geschichte im Sonnensystem verteilt waren. In der Zwischenzeit hoffen die Forscher, dass diese Studie über bevorstehende Probemissionen zu erdnahen Asteroiden (NEAs) informiert wird, von denen angenommen wird, dass sie auch wasserhaltige Mineralien und organische Verbindungen beherbergen.
Dazu gehören die japanische Raumsonde Hayabusa2 , die in einigen Wochen den Asteroiden Ryugu erreichen soll, und die NASA OSIRIS-REx Mission – die im August den Asteroiden Bennu erreichen soll. Dr. Kaplan ist derzeit Mitglied des Wissenschaftsteams derOSIRIS-RExMission und hofft, dass dieDämmerungStudie, die sie leitete, wird dem helfenOSIRIS-REx‘s Mission charakterisieren Bennus Umfeld.
„Ich denke, die Arbeit, die in diese Studie eingeflossen ist, die neue Labormessungen wichtiger Komponenten primitiver Meteoriten umfasste, kann einen Rahmen dafür liefern, wie Daten von Asteroiden besser interpretiert und Verbindungen zwischen Raumfahrzeugbeobachtungen und Proben in unserer Meteoritensammlung hergestellt werden können“, sagte sie genannt. „Als neues Mitglied im OSIRIS-REx-Team interessiert mich besonders, wie dies auf unsere Mission zutreffen könnte.“
Die New Horizons-Mission wird voraussichtlich am 1. Januar 2019 auch mit dem Kuiper Belt Object (KBO) 2014 MU69 zusammentreffen. Zwischen diesen und anderen Studien zu „alten Objekten“ in unserem Sonnensystem – ganz zu schweigen interstellare Asteroiden die zum ersten Mal entdeckt werden – die Geschichte des Sonnensystems (und die Entstehung des Lebens selbst) wird langsam klarer.
Weiterlesen: Universität Brown , Geophysikalische Forschungsbriefe