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Samstag, 23.07.2016
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Sonnensystem: Planeten anders als Sonne

Isotopen- Zusammensetzung deutet auf Unterschiede schon im Urnebel hin

Die inneren Planeten unseres Sonnensystems unterscheiden sich in ihrer Materiezusammensetzung stärker von der Sonne als angenommen. Gleich zwei Forschergruppen berichten in „Science“, dass sowohl die Sauerstoff- als auch die Stickstoff-Isotopen-Verteilung dieser Planeten von der der Sonne differieren. Ermittelt wurden diese Unterschiede anhand von Sonnenwind-Proben, die die NASA-Raumsonde Genesis bereits 2004 zur Erde zurücksandte. Die neuen Erkenntnisse könnten die gängigen Vorstellungen zur Entstehung des Sonnensystems noch einmal deutlich verändern.
Sonnensystem: Die inneren Planeten besitzen eine andere Isotopen-Zsammensetzung als ihr Zentralstern

Sonnensystem: Die inneren Planeten besitzen eine andere Isotopen-Zsammensetzung als ihr Zentralstern

Die NASA-Raumsonde Genesis startete im August 2000 zum L1 Lagrange-Punkt der Erde. Dieser rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde in Richtung Sonne liegende Punkt im All ermöglicht Raumsonden eine relativ stabile Positionierung synchron zur Bewegung der Erde. Die Genesis-Sonde blieb 886 Tage auf diesem L1-Punkt und sammelt während dieser Zeit Proben des Sonnenwinds. Am 8. September 2004 entließ die Sonde eine Probenkapsel, die zurück zur Erde flog und schließlich nach einer ungeplant harten Landung in Utah niederging. Seither haben verschiedene Forscherteams die aus dem Sonnenwind gefischten Teilchen untersucht.

Genesis: Proben aus der Frühzeit des Sonnensystems


Das aus dem äußeren Bereich der Sonne stammende Material gilt als wichtiges Relikt aus der Vergangenheit unseres Sonnensystems, da sich die Zusammensetzung der äußeren Sonnenhülle seit ihrer Entstehung aus dem Urnebel nicht nennenswert verändert haben soll. „Die Sonne beherbergt mehr als 99 Prozent des gesamten Materials unseres Sonnensystems, daher ist es eine gute Idee, sie besser kennen zu lernen“, erklärt Genesis-Forschungsleiter Don Burnett vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. „Das Projekt erwies sich als größere Herausforderung als erwartet, aber wir haben einige wichtige Fragen beantwortet und - wie alle wichtigen Missionen – viele weitere offene Fragen aufgeworfen.“

Zwei Wissenschaftlergruppen diese „fossilen Teilchen“ jetzt gezielt auf Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung zwischen der Sonne – ablesbar am Sonnenwind – und der Erde und den anderen Planeten hin untersucht. Als Vergleichsproben dienten dabei unter anderem Proben der Apollo-Mondmissionen, mehrerer Meteoriten sowie Messdaten der Jupitersonde Galileo und anderer Raumsonden.


Mehr O-16 in der Sonne als im inneren Sonnensystem


Die erste Forschergruppe um Kevin McKeegan von der Universität von Kalifornien in Los Angeles verglich das Verhältnis der drei Sauerstoff-Isotope O-16, O-17 und O-18. Zwar bestehen fast hundert Prozent des Sauerstoffs im Sonnensystem aus dem Isotop O-16, aber es existieren aber auch winzige Mengen der anderen beiden Isotope. Interessanterweise wich das Verhältnis der drei Sauerstofftypen in den Genesis-Proben des Sonnenwinds von denen der Erde und anderer Objekte im Sonnensystem ab.

Raumsonde Genesis während der Sammelphase ihrer Mission (Illustration)

Raumsonde Genesis während der Sammelphase ihrer Mission (Illustration)

„Wir haben festgestellt, dass die Erde, der Mond, sowie Meteoriten vom Mars und andere Asteroidenfragmente eine geringere Konzentration von O-16 aufweisen als die Sonne“, erklärt McKeegan. Die Sonnenwindproben waren in Bezug auf das häufigste Isotop deutlich angereichert. Die Anteile der beiden Isotope O-17 und O-18 waren dagegen in Sonnenwind und Erdproben gleich. „Das deutet möglicherweise darauf hin, dass wir nicht aus dem gleichen Urnebel-Material gebildet wurden, das auch die Sonne erzeugte – warum und wie bleibt allerdings noch zu entdecken.“

…und weniger Stickstoff N-15


Eine zweite Forschergruppe hatte die Unterschiede von Sonnenwind-Teilchen und Rest-Sonnensystem in Bezug auf die Isotopenverteilung des Elements Stickstoff analysiert. Auch dabei macht ein Atomtyp, das N-14, den Löwenanteil des Stickstoffs aus, ein winziger Rest entfällt auf das Isotop N-15. Hier zeigte sich, dass sowohl der Jupiter als auch die Sonne ein bisschen mehr N-14 aufweisen als die Erde und die anderen inneren Planeten. Beim Isotop N-15 sind es dagegen sogar 40 Prozent weniger bei Sonne und Jupiter. Auch hier zeigen sich demnach deutliche Unterschiede zwischen Sonne und innerem Sonnensystem.

Urnebel nach Sonnenentstehung verändert?


„Diese Ergebnisse zeigen, dass alle Objekte des inneren Sonnensystems, darunter auch die terrestrischen Planeten, Meteoriten und Kometen, anormal sind gemessen an der ursprünglichen Zusammensetzung des Nebels, aus dem sich das Sonnensystem einst bildete”, erklärt Bernard Marty, Forscher am Genesis-Projekt vom Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques im französischen Nancy. „Die Ursache für diese Heterogenität zu verstehen wird unsere Vorstellung der Entstehung des Sonnensystems stark beeinflussen.“ Nach Ansicht der Forscher müssen in der Frühzeit des Sonnensystems im Urnebel Prozesse abgelaufen sein, die das Verhältnis von Sauerstoff und Stickstoff-Isotopen im Bereich der späteren inneren Planeten veränderte. (Science, 2011; DOI: 10.1126/science.1204636)
(NASA, 28.06.2011 - NPO)