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Sonntag, 26.03.2017
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Staub als Katalysator für kosmische Wasserbildung?

Minipartikel in interstellaren Wolken könnten Reaktionen von Sauerstoff und Wasserstoff erleichtert haben

Kometen bestehen zum großen Teil aus Wassereis, und auch auf vielen Planeten findet es sich. Aber wo kommt es her? Britische Astronomen vermuten, dass Staubpartikel in interstellaren Gaswolken die entscheidende Rolle für die Bildung kosmischen Wassers gespielt haben könnten. Ihre Oberfläche könnte der Katalysator sein, der die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff auch unter den extremen Bedingungen des Alls ermöglicht.
Molekülwolke im Weltall

Molekülwolke im Weltall

Wasser ist im Weltraum häufiger als man vermuten würde, doch wo kommt es her? Die interstellaren Wolken aus Gasen und Staub enthalten sowohl einige Wassermoleküle als auch zahlreiche Wasserstoffatome. Diese allerdings können sich bei den in diesen Gaswolken herrschenden extrem niedrigen Temperaturen und Drücken nicht ohne weiteres mit Sauerstoff zu Wasser verbinden. Denn die dafür benötigten Formen des Sauerstoffs als zwei- oder dreiatomige Moleküle sind extrem rar. Messungen von Weltraumobservatorien haben erst kürzlich gezeigt, dass Ozon (O3) in diesem Medium überhaupt nicht vorzukommen scheint. Der häufiger nachgewiesene atomare Sauerstoff (O) dagegen eignet sich nach bisherigen Erkenntnissen nur bedingt zur Wasserbildung.

Stauboberfläche als Katalysator?


Wissenschaftler um Victoria Frankland von der britischen Heriot-Watt Universität vermuten jedoch, dass ein weiteres Ingredienz bei der kosmischen Wasserbildung hilft: der Staub. Rund einen Prozent macht ihr Anteil am interstellaren Medium aus. Ihre Oberfläche, so glauben die Forscher, könnte als Katalysator für die Wasserbildung auch mit atomarem Sauerstoff fungieren. So würde ein dünner Überzug aus Wassereis beispielsweise dazu beitragen, die Reaktionspartner in die richtigen Anordnungen zueinander zu bringen. Gestützt wird diese Hypothese von der Tatsache, dass gerade im Umfeld von jungen Sternen, wo noch sehr viel Staub vorkommt, extrem wenig atomarer Sauerstoff nachgewiesen wurde.

Interstellare Bedingungen im Labor nachgebaut


Um zu belegen, dass dies tatsächlich im interstellaren Medium stattfinden kann, musste das Team um Frankland gleich mehrere Hürden überwinden. Zum einen galt es, die extremen Bedingungen in den kosmischen Gaswolken im Labor nachzubauen: „Unsere Experimente erfordern es, dass die extrem geringen Drücke und Temperaturen dieser interstellaren Gaswolken bei uns im Labor reproduziert werden“, erklärt Frankland. „Wir setzten unsere Experimente in Vakuumkammern auf, die wir auf minus 268°C herunterkühlten. „Dann nutzten wir spezielle Techniken, um das physikalische und chemische Verhalten von Sauerstoffatomen und –molekülen auf der Oberfläche von Staub und Eispartikeln zu untersuchen.“


Techniken, die die Prozesse an Oberflächen unter solchen Bedingungen aufklären und nachweisen, gab es jedoch bisher nicht. Das Wissenschaftlerteam musste sie erst entwickeln. Noch sind die Untersuchungen daher nicht abgeschlossen, wie die Forscherin jetzt im Rahmen des „National Astronomy Meeting“ in Glasgow berichtete.

Eishüllen fangen Sauerstoffatome


Die ersten Experimente konzentrierten sich darauf zu analysieren, wie die Oberflächen von Staubpartikeln die Reaktionen der verschiedenen Sauerstoffformen beeinflussen. „Diese ersten Experimente hatten interessante Ergebnisse, sie zeigen uns, wie sich die Eisschicht auf den Staubpartikeln entwickelt“, erklärt Frankland. „Es scheint, dass tatsächlich Sauerstoffatome in diesen eisigen Hüllen eingefangen werden.“

In folgenden Versuchen sollen nun Atomstrahlen von Sauerstoff und Wasserstoff kombiniert auf die Staubkörner gerichtet werden und dann die Reaktionen dort untersucht werden. „Es ist noch viel zu tun, aber es könnte sein, dass unsere Experimente dazu beitragen, das Rätsel des fehlenden Sauerstoffs und der Herkunft des kosmischen Wassers zu lösen.“

Bestätigt sich die Hypothese der Forscher, könnte auch das Wasser der Erde einst aus solchen kosmischen Quellen gekommen sein. Kometen, entstanden aus vielen solchen von Eis umhüllten Staubpartikeln könnten bei ihrem Einschlag auf der frühen Erde das Wasser mitgebracht haben.
(Royal Astronomical Society, 22.04.2010 - NPO)
 
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