Der Asteroid Lutetia könnte ein Überbleibsel aus der frühen Phase des Sonnensystems sein. Zu diesem Schluss kommen Planetologen nach der Auswertung von Bildern und Messdaten, welche die Raumsonde Rosetta bei einem nahen Vorbeiflug an diesem Asteroiden am 10. Juli 2010 gesammelt hat.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft, ESA, Science, EPSC-DPS 2011.
(Bild: ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS, UPD, LAM, IAA, RSSD, INTA, UPM, DASP, IDA)
Vor rund 4,5 Milliarden Jahren präsentierte sich unser Sonnensystem noch völlig anders als in der Gegenwart. Statt der acht großen Planeten umrundete erst eine Wolke, später eine sogenannte protoplanetare Scheibe aus Gas und Staubpartikeln die gerade entstandene Sonne. Nach und nach ballte sich die in dieser Scheibe enthaltene Materie in den folgenden Jahrmillionen zu unregelmäßig geformten Klumpen, den sogenannten Planetesimalen, zusammen. Einige von diesen Planetesimalen verschmolzen zu noch größeren Brocken, den Protoplaneten. Diese waren zwar noch kleiner als die heutigen Planeten, aber sie verfügten bereits über eine Kugelform und eine innere Schichtstruktur – einen Kern, einen Mantel und eine Kruste.
Die meisten dieser Planetesimale und Protoplaneten, welche sich aus unterschiedlichen Gründen nicht zu echten Planeten weiterentwickelten konnten, zerbrachen in der Folgezeit aufgrund heftiger Kollisionen mit anderen Körpern wieder in unzählige Einzelfragmente und ballten sich anschließend zu sogenannten „Rubble Piles“ zusammen. Diese Fragmente bilden in der Gegenwart den Hauptasteroidengürtel unseres Sonnensystems, welcher sich zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet.
Am 2. März 2004 startete die von der europäischen Weltraumorganisation ESA betriebene Raumsonde Rosetta, um durch die Untersuchung der kleinsten Objekte unseres Sonnensystems weitere Details aus der Frühgeschichte von dessen Entwicklung zu entschlüsseln. Das eigentliche Ziel der Sonde ist der Komet 67-P/ Tschurjumow-Gerasimenko, welcher im Jahr 2014 erreicht werden soll. Auf dem Weg zu ihrem Ziel durchquerte Rosetta in den vergangenen Jahren auch den Asteroidengürtel und passierte dabei am 5. September 2008 und am 10. Juli 2010 die dort befindlichen Asteroiden (2867) Steins und (21) Lutetia.
Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler nutzten diese sich bietenden Gelegenheiten und führten im Rahmen der Vorbeiflüge Studien an den beiden Asteroiden durch. Nach mehr als einem Jahr ist die Auswertung der Daten von dem Lutetia-Vorbeiflug jetzt weit genug fortgeschritten, um erste Ergebnisse zu präsentieren. Nach der erstmaligen Vorstellung dieser Ergebnisse auf dem EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem Anfang Oktober 2011 abgehaltenen internationalen Fachkongress zur Planetenforschung, wurden die Resultate jetzt auch in der Fachzeitschrift „Science“ publiziert.
(Bild: ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS, UPD, LAM, IAA, RSSD, INTA, UPM, DASP, IDA)
Der maximal 121 Kilometer durchmessende Asteroid (24) Lutetia, so die Schlussfolgerung der an der Auswertung beteiligten Wissenschaftler, ist demzufolge offenbar ein wahres Fossil aus der Entstehungszeit unseres Planetensystems. „Lutetia hat uns völlig überrascht“, so Dr. Holger Sierks vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung im niedersächsischen Katlenburg-Lindau, welches für den Betrieb der OSIRIS-Kamera an Bord von Rosetta zuständig ist. „Anstelle eines einheitlichen und vergleichsweise unauffälligen Asteroiden haben wir eine eigene kleine Welt vorgefunden, welche über eine komplexe Geografie verfügt.“ So entdeckten die Wissenschaftler auf den Kamera-Bildern nicht nur gewaltige Krater mit Durchmessern von teilweise mehr als 55 Kilometern, sondern auch Anzeichen für Erdrutsche sowie tiefe Rillen und Bergketten. Insgesamt konnten die Planetologen sieben Regionen identifizieren, welche sich aufgrund ihrer morphologischen Merkmale deutlich voneinander unterscheiden und auch unterschiedliche Alter aufweisen.
Die Größe von Lutetia, die dabei gegebene unregelmäßige Form – die Abmessungen betragen etwa 121 x 101 x 75 Kilometer – und vor allem die hohe Dichte deuten zudem darauf hin, dass es sich bei diesem Asteroiden um ein Planetesimal handelt. „Aus den Aufnahmen konnten wir jetzt sehr genau das Volumen von Lutetia und dann in einem zweiten Schritt die Dichte bestimmen“, so Dr. Sierks. Laut den Berechnungen der Wissenschaftler liegt das Volumen des Asteroiden bei rund 500.000 Quadratkilometern. Während des Vorbeifluges von Rosetta an (21) Lutetia konnten die Wissenschaftler zudem die Masse des Asteroiden auf einen Wert von 1,7.1018 Kilogramm bestimmen.
(Bild: ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS, UPD, LAM, IAA, RSSD, INTA, UPM, DASP, IDA)
Dieser Wert ergab sich durch eine geringfügige Ablenkung der Flugbahn der Raumsonde von dem vorhergesehenen Kurs, welche durch die gravitative Anziehungskraft des Asteroiden auf die Raumsonde verursacht wurde. Aus der Masse ergibt sich für Lutetia eine mittlere Dichte von etwa 3,4 Gramm pro Kubikzentimeter. „Die meisten anderen Kleinplaneten, die wir genauer kennen, haben eine viel geringere Dichte“, so Dr. Sierks weiter. „Wir halten diese Asteroiden für eine Art kosmische Bruchstücke – also relativ lose, poröse Ansammlungen von Körpern aus jüngeren Zusammenstößen.“ Lutetia hingegen scheint kein solches „Rubble Pile“ zu sein. Vielmehr dürfte der Asteroid über eine deutlich kompaktere Zusammensetzung zu verfügen, was wiederum ein Indiz für ein höheres Alter von Lutetia wäre.
Neben einer geringen Porösität deutet die hohe Dichte von Lutetia zudem auf größere Mengen von Metallen wie zum Beispiel Eisen hin, welche sich im Inneren des Asteroiden angesammelt haben. Unklar ist allerdings noch, ob Lutetia in der Vergangenheit auch einen richtigen Eisenkern ausgebildet hat wie dies bei dem Asteroiden (4) Vesta der Fall ist, welcher gegenwärtig von der Raumsonde DAWN untersucht wird. Ein solcher Eisenkern setzt voraus, dass der gesamte Asteroid in der Vergangenheit komplett aufgescholzen gewesen wäre. Auf der Oberfläche von Lutetia konnten allerdings keine Spuren entdeckt werden, welche auf die dafür erforderlichen Schmelzprozesse hindeuten. Zur Beantwortung dieser Frage, so die an der Mission beteiligten Wissenschaftler, bedarf es weiterer Auswertungen der gesammelten Daten. Trotzdem wird Lutetia wegen seiner hohen Dichte von den Wissenschaftlern bereits jetzt als ein Planetesimal angesehen.
(Bild: ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS, UPD, LAM, IAA, RSSD, INTA, UPM, DASP, IDA)
Ein deutlich sichtbares Merkmal von Lutetia ist hingegen das offensichtlich unterschiedliche Alter der Asteroidenoberfläche. Das Alter der Oberfläche eines terrestrischen Objektes lässt sich anhand der Kraterzählungs-Methode relativ zuverlässig bestimmen, denn je älter ein bestimmter Bereich der Oberfläche ist, desto mehr Krater muss es in diesem Gebiet geben. Einige Bereiche der Oberfläche von Lutetia gehören demzufolge mit einem Alter von rund 3,6 Milliarden Jahren zu den ältesten bisher bekannten Oberflächenformationen innerhalb unseres Sonnensystems. Andere Bereiche verfügen dagegen anscheinend über ein Alter von lediglich 50 bis 80 Millionen Jahren. Bei diesen geologisch jüngeren Regionen handelt es sich um Gebiete, in denen offenbar in der Vergangenheit Erdrutsche aufgetreten sind. Durch die unzähligen Impakte ist die Oberfläche von Lutetia von einer rund einen Kilometer dicken Schicht aus feinkörnigem Gestein, dem so genannten Regolith, überzogen. Dieses entstand dadurch, dass die ursprüngliche Oberfläche des Asteroiden durch die Einschläge mehrfach im wahrsten Sinne des Wortes pulverisiert wurde. Auch die Verteilung der Krater auf der Asteroidenoberfläche deutet auf einen kompakten inneren Aufbau hin.
Ein weiteres Merkmal der Oberfläche sind die dort sichtbaren Felsbrocken mit teilweise 300 bis 400 Metern Durchmesser. Einige der in der Vergangenheit erfolgten Impakte müssen so gewaltig gewesen sein, dass sie ganze Teile aus dem Asteroiden herausgeschlagen haben, welche sich anschließend wieder auf dessen Oberfläche ablagerten.
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