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Wednesday, February 1, 2023

Vulkane könnte es auch auf Asteroiden gegeben haben

eisenansteroid (16) psyche

Vulkane sind im Weltraum nichts Außergewöhnliches, vom riesigen Olympus Mons auf dem Mars über die Schwefelseen des Jupitermonds Io bis zu Eisvulkanen auf Triton. Doch eine Studie kalifornischer Forscher*innen legt nun nahe, dass es vor Jahrmilliarden, in der Frühzeit des Sonnensystems, sogar Vulkanausbrüche auf Asteroiden gab. Diese sahen dann aber ganz anders aus als irdische Vulkanausbrüche.

Alle Himmelskörper, auf denen wir Vulkanausbrüche oder zumindest erloschene Vulkane beobachten konnten, verfügen eine gewisse Mindestmasse. Diese Masse muss so groß sein, dass ihr Inneres genügend radioaktive Elemente enthält, um es durch die Zerfallswärme flüssig zu lassen. So sinken schwerere Stoffe nach Innen, während die Leichteren eine Kruste bilden – ein differenzierter Schalenaufbau entsteht. Kleine Körper kühlen dafür zu schnell aus.

Turbulente Frühzeit

Dieser Schalenaufbau mit einem flüssigen Inneren ist die Grundlage für Vulkanismus, denn nur so kann das flüssige Innere durch Risse in der Kruste nach außen treten. Vulkane auf Asteroiden mit einem Durchmesser von einigen Kilometern kann es folglich nicht mehr geben. Doch in der Frühzeit des Sonnensystems könnte es sie laut einer kalifornischen Studie gegeben haben.

Dafür blickten die Forscher in eine extrem turbulente Zeit des Sonnensystems zurück. Lose Materieansammlungen irrten auf chaotischen Bahnen um die Sonne. Kollisionen standen an der Tagesordnung, die Planeten und Monde entstanden gerade erst.

Wenn dann eine großer Asteroid einen entstehenden Planeten, einen sogenannten Protoplaneten, traf, dann wurde der Gesteinsmantel gelegentlich weggesprengt. Übrig blieb der blanke Kern aus Eisen. Durch die Hitze des Einschlags ist dieses Eisen geschmolzen und schwebte dann zähflüssig durchs All, wurde aber durch die Gravitation weiterhin zusammengehalten. Die darauf folgende Abkühlung könnte jedoch bizarre Dinge geschehen lassen, die es heute so nicht mehr gibt.

Abkühlung von Innen oder von Außen?

Die genaue Art der Abkühlung ist von der Zusammensetzung und Form des Asteroiden abhängig. Entweder kristallisiert der Asteroid aus, das bedeutet er wird von Innen aus langsam fest bis schließlich auch die Oberfläche vollkommen abgekühlt ist. Dann hätte es ein Meer aus Lava gegeben, das den gesamten Asteroiden umspannt und auf einem bereits festen Körper liegt.

Eine andere Möglichkeit ist die Abkühlung von außen. So hätte es eine feste Kruste gegeben, unter der es aber weiterhin brodelt. Durch Schwachstellen in dieser Kruste hätte es auf einem solchen Asteroiden Vulkanausbrüche gegeben, obwohl der Körper nur wenige Kilometer im Durchmesser misst – wobei „Durchmesser“ hier der falsche Begriff ist, denn aufgrund ihrer geringen Größe waren diese Eisen-Asteroiden meist eher unförmig als rund.

Es würde sich wohl um die skurrilsten Vulkanausbrüche des Sonnensystems handeln, denn das Innere kühlt dann natürlich nicht gleichmäßig ab, es würden sich wohl lange Arme aus reinem Eisen bilden, das nicht geschmolzen ist. Andere Elemente, etwa Schwefel, würden sich in der Flüssigkeit anreichern und den Schmelzpunkt senken, wodurch sie länger flüssig bleibt.

So würden sich vermutlich kleine Kammern aus schwefelhaltiger Flüssigkeit bilden, in denen ein sehr hoher Druck herrscht. Womöglich reicht er sogar aus, um die Flüssigkeit durch kleine Gänge und Ritzen an die Oberfläche zu befördern, wo sie sich in einem Vulkanausbruch über die Oberfläche ergießen würde.

Art des Ausbruchs unsicher

Wie genau so ein Vulkanausbruch vonstatten gegangen ist, lässt sich nur bedingt sagen. Bei Asteroiden, die beinahe nur aus Eisen bestehen, wäre die Lava beinahe komplett flüssig und würde sich wie eine Flutwelle aus Wasser über den Asteroiden ergießen.

Aber bei Asteroiden, die aus Legierungen bestehen, würde sich ein anderes Bild bieten, hier wäre die Lava sehr viskos, also zähflüssig. Bei solchen Eruptionen würde eine deutlich größere Explosionsenergie freigesetzt.

Teile des Asteroiden wären womöglich abgesprengt und die Lava so hoch geschleudert worden, dass sie nie zum Asteroiden zurückkehrt. An genau solchen Asteroiden ließe sich die These der Forscher*innen beweisen, denn die starken Explosionen hätten Spuren an der Oberfläche hinterlassen müssen.

NASA-Mission zu Eisen-Asteroid

Zum Glück kennen wir Eisen-Asteroiden in unserem Sonnensystem, im Hauptgürtel kreisen noch heute diese Kerne ehemaliger Protoplaneten, die es nicht schafften, zu Planeten zu werden. Einer davon ist etwa (16) Psyche, ein Asteroid mit einem Durchmesser von 226 Kilometern, der die Sonne etwa in dreimal größerer Entfernung umkreist als die Erde. Er zieht seine Bahn im Hauptgürtel zwischen Mars und Jupiter.

Man vermutet, dass Psyche der Eisenkern eines ehemaligen Protoplaneten ist, hier könnten wir die Theorie also gut überprüfen. Vielleicht müssen wir auch nicht mehr allzu lange warten. Schon 12.023 HE möchte die NASA eine Raumsonde namens Psyche zu (16) Psyche schicken.

Mit einem neuartigen elektrischen Hall-Antrieb soll die Reise zum 300 Millionen Kilometer entfernten Asteroiden vier Jahre dauern, dort soll Psyche in einen Orbit einschwenken und die Oberfläche von (16) Psyche kartografieren und charakterisieren, den Abkühlungsprozess mit einem Magnetometer und einem Spektrometer untersuchen und die Zusammensetzung und Geschichte des Asteroiden erforschen.

Hier soll die These der kalifornischen Forscher*innen überprüft werden. Sollte sie sich bewahrheiten, bedeutet das, dass vermutlich auf zahlreichen Asteroiden Spuren dieser Eruptionen sichtbar sind und dass auch in unzähligen extrasolaren Planetensystemen, die gerade erst entstehen, Vulkane auf Eisen-Asteroiden ausbrechen.

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