Wie sich die Gefahren des Weltraums auf den Asteroiden Ryugu ausgewirkt haben

Ein Asteroid, der seit Milliarden von Jahren durch den Weltraum wandert, wird von allem bombardiert, von Steinen bis hin zu Strahlung. Milliarden von Jahren, die er durch den interplanetaren Raum reist, erhöhen die Wahrscheinlichkeit, mit etwas in der riesigen Leere zusammenzustoßen, und mindestens einer dieser Einschläge hatte genug Kraft, um den Asteroiden Ryugu für immer zu verändern.

Als die Raumsonde Hayabusa2 der japanischen Raumfahrtbehörde auf Ryugu landete, sammelte sie Proben von der Oberfläche, die zeigten, dass Magnetitpartikel (die normalerweise magnetisch sind) im Regolith des Asteroiden keinen Magnetismus aufweisen. Ein Forscherteam der Universität Hokkaido und mehrerer anderer Institutionen in Japan bietet nun eine Erklärung dafür, wie dieses Material die meisten seiner magnetischen Eigenschaften verloren hat. Ihre Analyse zeigte, dass es durch mindestens eine Hochgeschwindigkeits-Mikrometeoroid-Kollision verursacht wurde, die die chemische Struktur des Magnetits zerstörte, sodass es nicht mehr magnetisch war.

„Wir vermuteten, dass Pseudomagnetit entstand [as] das Ergebnis der Weltraumverwitterung durch Mikrometeoroideinschläge“, sagten die Forscher unter der Leitung von Professor Yuki Kimura von der Hokkaido-Universität in einer kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Studie.

Was bleibt…

Ryugu ist ein relativ kleines Objekt ohne Atmosphäre, was es anfälliger für Weltraumverwitterung macht – Veränderungen durch Mikrometeoroiden und den Sonnenwind. Das Verständnis der Weltraumverwitterung kann uns tatsächlich dabei helfen, die Entwicklung von Asteroiden und des Sonnensystems zu verstehen. Das Problem besteht darin, dass die meisten unserer Informationen über Asteroiden von Meteoriten stammen, die auf die Erde fallen, und die meisten dieser Meteoriten sind Gesteinsbrocken aus dem Inneren eines Asteroiden, sodass sie nicht der brutalen Umgebung des interplanetaren Raums ausgesetzt waren. Sie können sich auch verändern, wenn sie durch die Atmosphäre stürzen oder durch physikalische Prozesse an der Oberfläche. Je länger es dauert, einen Meteoriten zu finden, desto mehr Informationen können möglicherweise verloren gehen.

Ryugu war einst Teil eines viel größeren Körpers und ist ein C-Typ- oder kohlenstoffhaltiger Asteroid, was bedeutet, dass er hauptsächlich aus Ton und Silikatgestein besteht. Normalerweise benötigen diese Mineralien Wasser, um sich zu bilden, aber ihr Vorkommen lässt sich durch die Geschichte von Ryugu erklären. Es wird angenommen, dass der Asteroid selbst aus Trümmern entstanden ist, nachdem sein Mutterkörper bei einer Kollision in Stücke zerschmettert wurde. Der Mutterkörper war außerdem mit Wassereis bedeckt, was die Entstehung von Magnetit, Karbonaten und Silikaten auf Ryugu erklärt – diese benötigen zur Bildung Wasser.

Magnetit ist ein ferromagnetisches (eisenhaltiges und magnetisches) Mineral. Es kommt in allen Asteroiden vom Typ C vor und kann zur Bestimmung ihrer remanenten oder verbleibenden Magnetisierung verwendet werden. Die remanente Magnetisierung eines Asteroiden kann Aufschluss darüber geben, wie stark das Magnetfeld zum Zeitpunkt und am Ort der Magnetitbildung war.

Kimura und sein Team konnten die remanente Magnetisierung in zwei Magnetitfragmenten (aufgrund ihrer besonderen Form als Framboide bekannt) aus der Ryugu-Probe messen. Es ist ein Beweis für ein Magnetfeld in dem Nebel, in dem sich unser Sonnensystem gebildet hat, und zeigt die Stärke dieses Magnetfelds zum Zeitpunkt der Entstehung des Magnetits.

Drei weitere analysierte Magnetitfragmente waren jedoch überhaupt nicht magnetisiert. Hier kommt die Weltraumverwitterung ins Spiel.

…und was verloren ging

Mithilfe der Elektronenholographie, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt wird, das hochenergetische Elektronenwellen durch eine Probe sendet, stellten die Forscher fest, dass die drei fraglichen Framboide keine magnetischen chemischen Strukturen aufwiesen. Dadurch unterschieden sie sich drastisch von Magnetit.

Weitere Analysen mit Rastertransmissionselektronenmikroskopie zeigten, dass die Magnetitpartikel hauptsächlich aus Eisenoxiden bestanden, aber in den Partikeln, die ihren Magnetismus verloren hatten, weniger Sauerstoff enthalten war, was darauf hindeutet, dass das Material einer chemischen Reduktion unterzogen wurde, bei der Elektronen an das System abgegeben wurden . Dieser Verlust an Sauerstoff (und oxidiertem Eisen) erklärt den Verlust des Magnetismus, der von der Organisation der Elektronen im Magnetit abhängt. Aus diesem Grund bezeichnet Kimura es als „Pseudomagnetit“.

Doch was löste die Reduktion aus, die den Magnetit überhaupt entmagnetisierte? Kimura und sein Team fanden heraus, dass sich in dem Teil der Probe, aus dem die entmagnetisierten Framboide stammten, mehr als hundert metallische Eisenpartikel befanden. Wenn ein Mikrometeorit einer bestimmten Größe diese Region von Ryugu getroffen hätte, hätte er ungefähr ebenso viele Eisenpartikel aus den Magnetit-Framboiden erzeugt. Die Forscher glauben, dass dieses mysteriöse Objekt eher klein war, sonst hätte es sich unglaublich schnell bewegen müssen.

„Mit zunehmender Aufprallgeschwindigkeit nimmt die geschätzte Projektilgröße ab“, heißt es in derselben Studie.

Pseudo-Magnetit klingt vielleicht nach einer Fälschung, aber es wird tatsächlich künftigen Untersuchungen helfen, die mehr darüber herausfinden wollen, wie das frühe Sonnensystem aussah. Sein Vorhandensein weist auf das frühere Vorhandensein von Wasser auf einem Asteroiden sowie auf Weltraumverwitterung, wie z. B. Mikrometeoritenbeschuss, hin, die die Zusammensetzung des Asteroiden beeinflusste. Wie viel Magnetismus verloren ging, beeinflusst auch die Gesamtremanenz des Asteroiden. Remanenz ist wichtig, um den Magnetismus eines Objekts und die Intensität des Magnetfelds um es herum zum Zeitpunkt seiner Entstehung zu bestimmen. Was wir über das frühe Magnetfeld des Sonnensystems wissen, wurde aus Remanenzaufzeichnungen rekonstruiert, von denen viele aus Magnetit stammen.

Einige magnetische Eigenschaften dieser Teilchen mögen schon vor Äonen verloren gegangen sein, aber aus den Überresten könnte in Zukunft noch viel mehr gewonnen werden.

Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-47798-0