Nehmen Sie sich einen Moment Zeit, um sich einen riesigen Metallklumpen vorzustellen, der 25-mal größer als der Mount Everest ist und durch den Weltraum schwebt. Finden Sie es schwierig, ein Bild heraufzubeschwören? Keine Sorge, das kann niemand. Das liegt daran, dass noch nie jemand ein solches Objekt aus der Nähe gesehen hat. Aber in fünf Jahren wird alles enthüllt werden.
Januar 2026 ist das Zieldatum für ein neues NASA-Raumschiff, das einen Asteroiden namens Psyche erreichen soll. Benannt nach der griechischen Göttin der Seele, wurde Psyche am 17. März 1852 von dem italienischen Astronomen Annibale de Gasparis entdeckt. Es ist einer der massereichsten Körper im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Moderne Schätzungen gehen davon aus, dass es etwa 1 Prozent der gesamten Masse enthält, die über die Millionen von Asteroiden im Haupt-Asteroidengürtel verteilt ist. Doch es ist die Zusammensetzung des Asteroiden, die Psyche so besonders macht.
Mit einem Durchmesser von etwa 230 km und der Form einer Kartoffel ist die Dichte von Psyche so groß, dass Astronomen glauben, dass sie aus Metall bestehen muss. Auch wenn Astronomen nach der Signatur von Gesteinsmineralien suchen, indem sie das von ihrer Oberfläche reflektierte Sonnenlicht analysieren, können sie keine der verräterischen Markierungen finden, nach denen sie suchen.
Wenn Psyche wirklich Metall ist, und es wurde jetzt so viel untersucht, dass es kaum Zweifel zu geben scheint, dann könnte es Geheimnisse darüber enthalten, wie Planeten, einschließlich der Erde, vor 4,6 Milliarden Jahren entstanden sind. Diese Geheimnisse zu lüften, treibt die Psyche-Mission an.
Wenn Astronomen darüber nachdenken, wie Psyche entstanden sein könnte, gibt es nur einen Ort, an dem solche Metallkonzentrationen existieren können. Und das ist in den Herzen von Gesteinsplaneten wie der Erde, dem Mars und den anderen Welten des inneren Sonnensystems.
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Wenn Sie einen Schnitt durch eine dieser Welten machen könnten, würden Sie einen metallischen Kern finden, der von einer tiefen Silikatschicht, dem so genannten Mantel, umgeben ist, und dann von einer dünnen Gesteinskruste. Während der Kern überwiegend aus Eisen und Nickel besteht, besteht der Mantel aus dem Mineral Olivin und die Kruste hauptsächlich aus Basalt.
Diese Schichtung wird durch einen Prozess namens Differenzierung erzeugt. Es wird angenommen, dass die Differenzierung in den Endstadien der Planetenbildung stattfindet, wenn die Planeten geschmolzen sind. In diesem Zustand sinkt dichtes Material wie Metall in die Mitte, während leichteres Material wie Gestein an die Oberfläche schwimmt.
Könnte Psyche also einmal in einem jungen Planeten gewesen sein, der zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems in Stücke gerissen wurde? Genau das soll die Psyche-Mission untersuchen. Es ist ein Spiel mit hohen Einsätzen, denn wenn sich dieses Szenario bewahrheitet, haben Astronomen viel zu erklären.
"Es wird das Problem des fehlenden Mantels genannt", sagt Dr. Julia de Leon, eine Asteroidenwissenschaftlerin vom Instituto de Astrofisica de Canarias, La Palma, und Teil des NEO-MAPP-Projekts (Near Earth Object Modeling and Payloads for Protection). P>
Das Argument lautet wie folgt:Wenn Psyche wirklich Teil des Kerns eines zerschmetterten Planeten war, wo ist dann der Rest der Trümmer? Die meisten Asteroiden im Sonnensystem sind primitive, undifferenzierte Körper. Wir sehen nur sehr wenige olivinreiche Asteroiden, die das Mantelmaterial für eine zerschmetterte Welt darstellen würden.
Es wird schlimmer. Ein beträchtlicher Teil der Meteoriten, die seit Äonen auf die Erde fallen, bestehen überwiegend aus Eisen – genau wie man es vom Kern einer zerrütteten Welt erwarten würde. Aber wenn Wissenschaftler sie auf Spuren anderer Chemikalien analysieren, sind die Ergebnisse so unterschiedlich, dass sie schockierend sind.
„Die Analyse deutet darauf hin, dass die Eisenmeteorite aus mindestens 50 oder 60 verschiedenen Bohrkernen stammen könnten“, sagt de Leon.
Auf den ersten Blick bedeutet das 50 oder 60 Planeten, die während der Entstehung des Sonnensystems in Stücke gerissen wurden. Es scheint einfach zu viel zu sein, wenn man bedenkt, dass Astronomen nicht genug Mantelfragmente finden können, um auch nur eine dieser dem Untergang geweihten Welten zu erklären. Dies ist das Rätsel, das die Mission nach Psyche zu lösen versuchen muss.
Der Weg zur Mission begann vor einem Jahrzehnt, als Dr. Lindy Elkins-Tanton, eine Planetenwissenschaftlerin von der Arizona State University, einen Vortrag auf der Lunar and Planetary Conference in Amerika hielt. Gemeinsam mit Kollegen stellte sie eine neue Hypothese zur Differenzierung vor. Ihrer Ansicht nach könnten kleinere Asteroiden – eher als fast vollständige Planeten – genug Wärme erzeugen, um zumindest mit dem Prozess des Schmelzens und Differenzierens zu beginnen.
Der Schlüssel zu der Idee waren die zunehmenden Beweise dafür, dass am Ursprung des Sonnensystems reichlich Aluminium-26 vorhanden war, ein radioaktives Isotop, das bei der Explosion von Sternen entsteht. Es deutete darauf hin, dass ein nahegelegener Stern explodiert war, kurz bevor sich das Sonnensystem zu bilden begann.
Als sich diese ersten Planetesimale bildeten, enthielten sie natürlich Mengen des radioaktiven Aluminiums, und wie bei jedem Isotop würde sein Zerfall Wärme erzeugen. Diese Hitze schmolz dann das Innere einiger Planetesimale, was es ihnen ermöglichte, sich im Inneren zu differenzieren, aber laut Elkins-Tanton waren sie möglicherweise nicht vollständig geschmolzen, und so blieb das Äußere undifferenziert.
Als diese Asteroiden bei nachfolgenden Kollisionen zerschmettert wurden, legten sie Eisenkerne frei, aber die umgebenden Felsen sahen immer noch primitiv aus, wodurch das Problem des fehlenden Mantels gelöst wurde. Die Idee löste eine lebhafte Diskussion auf der Konferenz und ein unerwartetes Angebot aus. Ein paar Wissenschaftler des Jet Propulsion Laboratory schickten ihr aus heiterem Himmel eine E-Mail, um zu sagen, dass sie gerne eine Mission vorschlagen würden, um die Hypothese zu testen. „Lassen Sie uns in den Asteroidengürtel gehen und sehen, ob wir herausfinden können, ob und wo es passiert ist“, sagt Elkins-Tanton.
Und das war der Beginn der Mission. Elkins-Tanton wurde der leitende Ermittler und befindet sich derzeit in der letzten Phase der Führung der Mission bis zu ihrem Start im August 2022.
Die Mission ist mit einer Reihe wissenschaftlicher Instrumente ausgestattet. Es gibt einen multispektralen Imager, der hochauflösende Bilder bei einer Vielzahl von Wellenlängen liefert. Dies wird es dem Team ermöglichen, Bereiche mit freiliegendem Metall und Gestein auf der Oberfläche von Psyche zu identifizieren und zu unterscheiden. Da niemand zuvor einen Asteroiden dieser Art gesehen hat, weiß niemand, wie er aussehen wird.
„Ich kann es kaum erwarten zu sehen, wie die Oberfläche von Psyche aussieht. Es könnte wirklich ziemlich ungewöhnlich und seltsam sein. Ich hoffe, dass es total bizarr aussieht“, sagt Elkins-Tanton.
Die Bilder könnten große Provinzen mit freiliegendem Metall zeigen. In diesem Fall könnten die Krater, die andere Asteroiden bedecken, hier seltsam aussehen, weil Einschläge in Metall anders ablaufen als in Gestein. „Wir würden einige ziemlich seltsame Formen erwarten“, sagt Elkins-Tanton.
Das bei solchen Einschlägen entstandene pulverisierte Gestein, bekannt als Regolith, könnte auch bei Psyche fehlen, da nicht klar ist, ob Metall einen Regolith bilden kann. Das alles macht es sehr schwierig vorherzusagen, wie der Asteroid aussehen wird.
Es gibt auch ein Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer, das die chemischen Elemente auf der Oberfläche von Psyche misst und uns eine Schätzung seiner Gesamtzusammensetzung gibt. Dies sind die Daten, auf die sich de Leon am meisten freut, denn während der multispektrale Imager Bereiche mit Gestein und Metall identifiziert, gibt das Spektrometer die Zusammensetzung des Metalls wieder und enthüllt, was damit passiert ist. „Nur die chemische Analyse kann Ihnen diese Informationen geben“, sagt sie.
Dann gibt es noch das Magnetometer, das erkennen wird, ob Psyche ein Magnetfeld hat – entscheidend für das Verständnis seiner Vergangenheit. Der Grund ist, dass ein geschmolzener Eisenkern wie ein Dynamo wirkt und ein Magnetfeld erzeugt. Dies geschieht sogar jetzt unter unseren Füßen im Erdkern.
Wenn ein Kern seine Energie abstrahlt und sich verfestigt, behalten Teile der resultierenden festen Eisenmasse einen Abdruck dieses Magnetfelds. „Wenn wir dieses starke Magnetfeld bei Psyche finden, wissen wir sofort, dass es ein Teil des Kerns war, und dann können wir darauf aufbauen. Es wäre also eine schöne Sache, das sofort herauszufinden“, sagt Elkins-Tanton.
Sie haben sicherlich ihre Arbeit ausgeschnitten. Sie müssen nicht nur den Ursprung von Psyche untersuchen und versuchen, das Problem des fehlenden Mantels zu erklären, es gibt auch eine Familie von Meteoriten, die aus demselben Elternkörper wie Psyche stammen könnten. Sie werden CB-Chondrite genannt und weisen einen sehr hohen Metallanteil auf, der runde Gesteinströpfchen umgibt. Eine Idee ist, dass sie „Spritzer“ von denselben Kollisionen sind, die Psyche ausgegraben haben.
Es ist ein unglaublicher Gedanke, dass Missionen wie Psyche uns in die Lage versetzen, den Asteroidengürtel so genau zu untersuchen, dass wir nicht nur den allgemeinen Prozess der Planetenentstehung verstehen, sondern auch verschiedene Körper mit bestimmten Ereignissen in Verbindung bringen können und untereinander.
Der andere unglaubliche Gedanke bei dieser Mission ist, sich auf das Unerwartete vorzubereiten. Wie Elkins-Tanton sagt:„Die Sache, die ich hier hinzufügen werde, was ich immer hinzufüge, ist, dass mit ziemlicher Sicherheit alles, was ich Ihnen gerade sage, falsch ist. Und diese Psyche wird uns überraschen und uns zeigen, dass es etwas ganz anderes ist.“
Und das ist am Ende vielleicht das Schönste an der Wissenschaft.
- Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 362 des BBC Science Focus Magazine – Hier erfahren Sie, wie Sie sich anmelden können
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