6,5 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt: Er hat die Form einer Erdnuss: Raumsonde besucht Asteroiden "Arrokoth"

Es ist das fernste Objekt, das je von einer Raumsonde besucht wurde. Nun stellen Forscher Erkenntnisse zu Arrokoth vor. Der rote Asteroid hat die Form einer Erdnuss und trägt auf der Oberfläche Alkoholeis. Ein anderes gängiges Material fehlt dagegen.

In den eisigen Außenbezirken unseres Sonnensystems liegt ein kosmisches Archiv: Im sogenannten Kuipergürtel jenseits des Planeten Neptun ist die Entstehungszeit unserer kosmischen Heimat eingefroren. Die meisten Himmelskörper, die in dem fernen Gürtel um die Sonne kreisen, haben sich seit Jahrmilliarden kaum verändert. Mit der Mission "New Horizons" der US-Raumfahrtbehörde Nasa hat zum ersten Mal eine irdische Sonde einen dieser urtümlichen Asteroiden untersucht.

Im Fachjournal "Science" berichten drei Teams nun über die Auswertung des Vorbeiflugs an Arrokoth - 6,5 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt und damit das fernste Objekt, das je von einer Raumsonde besucht worden ist. Der 36 Kilometer kleine Asteroid ist aus zwei einzelnen Brocken zusammengesetzt, tiefrot und besitzt eine relativ ebene Oberfläche, auf der sich Alkoholeis findet.

Die Raumsonde "New Horizons" hatte 2015 den Zwergplaneten Pluto untersucht und war dann weiter in den Kuipergürtel hineingeflogen. Pluto ist ebenfalls ein Kuipergürtel-Objekt, was bei seiner Entdeckung vor 90 Jahren jedoch nicht bekannt war. Erst rund 60 Jahre später wurde 1992 mit Albion das nächste Kuipergürtel-Objekt entdeckt, danach ging es Schlag auf Schlag. Heute sind mehr als 2000 kleine Eiswelten im Kuipergürtel bekannt.

Gürtel mit 100.000 Himmelskörpern

Benannt ist der Gürtel nach dem in den Niederlanden geborenen US-Astronomen Gerard Kuiper (1905-1973). Er hatte die Entstehung einer solchen Asteroidenzone im jungen Sonnensystem postuliert, war allerdings davon ausgegangen, dass sie sich längst aufgelöst habe. Heute schätzen Astronomen dagegen, dass dort rund 100 000 Himmelskörper mit einem Durchmesser von mindestens 100 Kilometern ihre Bahnen ziehen.

Der Kuipergürtel ist Heimat der urtümlichsten Objekte im Sonnensystem. Er ist zudem ein "dynamisches Fossil" aus der Epoche der Planetenentstehung, wie Albion-Entdecker David Jewitt von der University of California in Los Angeles in einem Begleitkommentar in "Science" schreibt. Die Erforschung von der Erde aus ist mühsam, der Gürtel ist zwischen 30 und 50 Mal so weit von der Sonne entfernt wie unser Heimatplanet. "New Horizons" hat daher unerreichte Einblicke geliefert.

Pluto genießt dabei eine Sonderstellung: Er ist nicht nur das größte bekannte Kuipergürtel-Objekt, sondern gehört auch zu einer Population, deren Mitglieder in einer sogenannten Bahnresonanz mit dem Planeten Neptun kreisen, wobei sie jeweils zwei Umläufe um die Sonne vollführen, während Neptun genau drei schafft.

Der 2014 entdeckte und 2015 als zweites Reiseziel für "New Horizons" ausgewählte Arrokoth ist dagegen ein Vertreter der zahlreichen klassischen Kuipergürtel-Objekte. Als die Nasa-Sonde ihn am 1. Januar 2019 passierte, trug er noch den vorläufigen Namen Ultima Thule, nach einer mythischen Insel am Rande der bekannten Welt im Norden.

US-Medien wiesen jedoch auf die Verbindung des Begriffs Thule zu den Wegbereitern der Nazis in Deutschland und zu rechten Gruppen in den USA hin. Die offizielle Benennung muss allerdings ohnehin den Regeln der Vereinigung der Berufsastronomen folgen, der Internationalen Astronomischen Union IAU, die als einzige Organisation offizielle Namen für Himmelskörper vergeben kann.

Form ähnelt einer gigantischen Erdnuss

Arrokoth ist aus zwei Brocken zusammengesetzt, die den Beobachtungen zufolge unabhängig voneinander entstanden sind und Durchmesser von rund 21 und 15 Kilometern besitzen. Seine Form ähnelt damit einer gigantischen Erdnuss, wie Jewitt es in "Science" beschreibt. "New Horizons" konnte aus einer Entfernung von 3538 Kilometern Bilder aufnehmen, die noch 33 Meter kleine Details auf dem Asteroiden zeigen.

Die Kollision, in der sich der Erdnuss-Asteroid schließlich gebildet hat, muss relativ langsam und sachte verlaufen sein, da an der Kontaktstelle keine auffälligen Kompressionsmerkmale sichtbar sind. Astronomen um William McKinnon von der Washington-Universität in St. Louis (US-Bundesstaat Missouri) kommen in "Science" zu dem Schluss, dass die Kollision nicht schneller als mit einigen Metern pro Sekunde abgelaufen sein kann - das entspricht in etwa dem Tempo eines Fahrradfahrers.

Diese Beobachtung spricht dafür, dass die Kuipergürtel-Objekte direkt bei der Entstehung des Sonnensystems aus der Urwolke kondensiert sind und nicht die Trümmer von Kollisionen größerer Himmelskörper darstellen, wie ein Team um John Spencer vom Southwest Research Institute in "Science" berichtet. Dafür spreche auch die Dichte der Einschlagkrater auf dem Asteroiden.

Wären die Kuipergürtel-Objekte durch Kollisionen entstanden, würden mehr kleine Krater durch herumirrende Kollisionssplitter auf der Oberfläche des Asteroiden erwartet als beobachtet wurden. Arrokoth besitzt eine relativ geringe Kraterdichte auf seiner vergleichsweise ebenen Oberfläche, die vermutlich älter als vier Milliarden Jahre ist und damit noch aus der Anfangszeit des Sonnensystems stammt. Der größte Krater hat einen Durchmesser von rund sieben Kilometern, alle anderen sind weniger als einen Kilometer groß.

Oberfläche ist minus 240 grad kalt

Die Oberfläche des Asteroiden ist rund minus 240 Grad Celsius kalt und tiefrot. Die Färbung hat nur leichte lokale Variationen, was dafür spricht, dass sich Arrokoth aus homogenem, gut durchmischtem Material gebildet hat. Für die rote Farbe, die auch schon auf Teilen von Pluto beobachtet wurde, machen die Forscher organische Verbindungen verantwortlich, die nur in den eisigen Bedingungen des äußeren Sonnensystems stabil sind. Der Kuipergürtel besitzt das röteste Material im Sonnensystem, wie Jewitt betont. Diese ultrarote Materie sei innerhalb des Orbits von Saturn kaum noch zu finden, vermutlich weil sie bei den dort höheren Temperaturen zerfalle.

Woraus das ultrarote Material genau besteht, konnte "New Horizons" nicht bestimmen. Astronomen gehen davon aus, dass es sich um sogenannte Tholine handelt. Das ist eine umfangreiche Gruppe großer, polymer-ähnlicher Verbindungen, die sich unter dem Einfluss von ultravioletter oder kosmischer Strahlung aus organischen Verbindungen wie Methan oder Ethan bilden können.

Mit Hilfe der sogenannten Absorptionsspektroskopie hat die Raumsonde die chemische Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche analysiert. Die Instrumente messen dafür, bei welchen Wellenlängen das Oberflächenmaterial Licht verschluckt. Diese Absorptionslinien sind für jede chemische Verbindung charakteristisch und liefern eine Art chemischen Fingerabdruck.

Alkoholeis auf der Oberfläche

Wassereis konnte "New Horizons" auf Arrokoth überraschenderweise nicht entdecken. Neben einigen noch nicht zugeordneten Spektrallinien fand sich jedoch der Alkohol Methanol (CH4O), wie ein Team um Will Grundy vom Lowell-Observatorium in Flagstaff (US-Staat Arizona) in "Science" berichtet.

Über den Produktionsprozess des Alkoholeises spekulieren die Forscher. Möglich ist, dass sich das Methanol aus einer Mischung von Methaneis und Wasser durch das Bombardement der kosmischen Teilchenstrahlung gebildet hat. Da dieser Prozess Wasser verbraucht, könnte er möglicherweise auch die Abwesenheit von Wasser auf der Oberfläche des Asteroiden erklären, meint Jewitt. Das Wasser wäre dann über die Jahrmilliarden schlicht aufgebraucht worden, zumindest an der Oberfläche. In tieferen Schichten könnte Arrokoth noch Wassereis besitzen.

Arrokoth unterscheide sich von den anderen kleinen Himmelskörpern, die bislang von Raumsonden besucht wurden, betonen die Wissenschaftler in "Science". "New Horizons" lieferte einzigartige Daten, konnte allerdings sowohl von Pluto als auch von Arrokoth nur Momentaufnahmen gewinnen, als die Sonde an den Himmelskörpern vorbeiraste.

Für künftige Missionen zum Kuipergürtel hofft Jewitt auf Sonden nach dem Vorbild der "Dawn"-Mission der Nasa, die - nach Möglichkeit mehrere - Kuipergürtel-Objekte für längere Zeit umkreisen. "Dawn" hatte im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter den Zwergplaneten Ceres und den Asteroiden Vesta besucht und umkreist. So eine Mission sei im Kuipergürtel technisch deutlich schwieriger, aber vermutlich machbar, meint der Astronom.

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