14.06.2017
Zusammenhang zwischen Kometen und Erdatmosphäre aufgedeckt
Xenon beim Kometen war wahrscheinlich eine der wichtigsten und schwierigsten Messungen von ROSINA", sagt Kathrin Altwegg, ROSINA-Projektleiterin am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern. "Dass wir dabei einen Teil eines über 40 Jahre alten Rätsels gelöst haben, freut uns umso mehr." Xenon ist sehr selten in der sowieso schon dünnen Atmosphäre des Kometen. Die Sonde Rosetta musste deshalb wochenlang sehr nahe am Kometen fliegen - 7 bis 10 km vom Kernmittelpunkt - so dass ROSINA genügend Signale für eine eindeutige Messung der sieben häufigsten Isotope erhielt. Das Risiko dabei war, dass der dichte Staub nahe beim Kometen das Orientierungssystem der Sonde hätte beschädigen können. ROSINA gelang es, neben anderen Edelgasen auch sieben Xenon-Isotope zu identifizieren.
Die Analyse der Daten zeigte, dass das kometäre Xenon, das bei der Entstehung des Kometen eingefroren wurde, sowohl von der Mischung im Sonnensystem als auch vom heutigen Mix in der Erdatmosphäre abweicht. Die Zusammensetzung des kometären Xenons gleicht am ehesten derjenigen des postulierten Ur-Xenons in der frühen Erdatmosphäre. Es gibt aber gewisse Unterschiede zwischen beiden Zusammensetzungen, woraus die Forschenden schließen, dass das ursprüngliche Xenon teils von Kometen, teils von Asteroiden stammt: "Erstmals konnten wir den quantitativen Zusammenhang zwischen Kometen und unserer Erdatmosphäre herstellen - demnach stammen 22 Prozent des ursprünglichen, atmosphärischen Xenons der Erde von Kometen, während der Rest von Asteroiden stammt", fasst Altwegg zusammen.
Kein Widerspruch zum Wasser
Dieses Resultat steht nicht im Widerspruch zu ROSINAS Isotopenmessung im Wasser des Kometen, die signifikant anders war als im irdischen Wasser. Da Xenon nur in Spuren in der Atmosphäre vorhanden ist, während die Erde grosse Wassermengen in den Ozeanen und der Atmosphäre enthält, konnten Kometen durchaus einen Beitrag zum irdischen Xenon leisten, ohne das irdische Wasser wesentlich zu verändern. "Zudem vertragen sich die Ergebnisse des Xenons gut mit der Idee, dass durch Kometen organische Stoffe auf die Erde gelangten - wie Phosphor und die Aminosäure Glyzin, die ebenfalls von ROSINA beim Kometen gefunden wurden - das möglicherweise ausschlaggebend war für die Entwicklung von Leben auf der Erde", sagt Altwegg.
Schlussendlich deutet der Unterschied zwischen dem kometären Xenon und dem Xenon im Sonnensystem darauf hin, dass die sogenannte protosolare Wolke, aus der die Sonne, Planeten und Kleinkörper gebildet wurden, ein chemisch ziemlich heterogener Ort war. "Dies stimmt überein mit früheren Messungen von ROSINA, wie die unerwartete Entdeckung von molekularem Sauerstoff oder molekularem Schwefel", sagt Altwegg.
Zweite Publikation bestätigt Ergebnisse
In einer weiteren Publikation konnte eine Forschergruppe unter der Leitung von Martin Rubin, ebenfalls CSH, zeigen, dass Silizium im Kometen nicht das mittlere Isotopenverhältnis unseres Sonnensystems aufweist. Damit zeigen die ROSINA-Daten, dass damit das Material unseres frühen Sonnensystems von verschiedenen Vorläufer-Sternen stammt. Wie beim Xenon spricht dies dafür, dass die chemische Zusammensetzung des frühen Sonnensystems heterogen, also nicht "gleichmäßig" durchmischt war, wie bisher vermutet. Die zweite Publikation erscheint im Journal "Astronomy and Astrophysics". ROSINA hatte bereits früh in der Mission Silizium-Atome in der Gashülle des Kometen entdeckt, die durch Sonnenwind aus der Oberfläche des Kometen hinausgeschlagen wurden.
Eine genaue Analyse durch Martin Rubin vom CSH hat nun gezeigt, dass die Isotope von Silizium ebenfalls eine Anomalie aufweisen, wenn man sie mit solarem Silizium vergleicht. Die schweren Silizium-Isotope sind weniger häufig verglichen mit der Mischung bei der Sonne und Meteoriten. Dies deutet darauf hin, dass Kometen sich in einem Gebiet im protosolaren Nebel gebildet haben, das eine nicht-solare chemische Zusammensetzung aufwies - und somit möglicherweise Material von einem anderen Stern oder Supernova in der Nähe übernommen hat.
Auch kometäres Wasser kam von außerhalb
Eine dritte Publikation, die ebenfalls in diesen Tagen erschienen ist, weist schlussendlich anhand der Wasserstoff-Isotope nach, dass kometäres Wasser - sogenanntes "schweres" Wasser (D2O) - vor der Entstehung des Sonnensystems gebildet und als präsolares Eis in Kometen eingefroren wurde. Dieses Ergebnis wurde in einer Sonderausgabe der Zeitschrift "Philosophical Transaction of the Royal Society, London" publiziert.
"Unsere Ergebnisse bei allen drei Studien erfüllen damit eines der Hauptziele der Rosetta-Mission, nämlich erstmals quantitative Anhaltspunkte zur Entstehung der Erde und unseres Sonnensystems zu finden", sagt Altwegg.
Quelle: Universität Bern