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2016-04-19

SENSATIONSFUND: STAUB AUS DEM INTERSTELLAREN RAUM!


Staubpartikel gesammelt, die nicht aus diesem Sonnensystem stammen!

Experten der NASA konnten mit der NASA-Raumsonde Cassini einen sensationellen Fund machen. Im Staubring des Saturns fingen sie mehrere Millionen Staubpartikel ein. Bei einer Untersuchung mit dem Cosmic Dust Analyser fanden sie 36 Partikel aus dem interstellaren Raum, also aus dem Raum der unser Sonnensystem umgibt. Desweiteren besaßen die Partikel ganz besondere Eigenschaften. Zitat: „Die 36 Partikel interstellaren Ursprungs, die in ihrer Zusammensetzung sehr ähnlich sind, enthalten eine Mischung der wichtigen gesteinsbildenden Elemente Magnesium, Eisen, Silicium und Calcium in durchschnittlichen kosmischen Häufigkeiten. Obwohl ein Staubteilchen weniger als ein Billionstel Gramm Masse besitzt, ist darin mit Ausnahme sehr flüchtiger Gase der gesamte Elementmix des Kosmos versammelt. Solche Teilchen lassen sich in unserem Sonnensystem nicht finden.“, so Dr. Postberg, Heisenberg-Stipendiat am Institut für Geowissenschaften. Die Forscher waren erstaunt über die Ähnlichkeit der Teilchen. Viele hatten erwartet, die unterschiedlichsten Zusammensetzungen zu finden, da sie unterschiedliche Ursprungsorte haben müssten. Die Partikel, die gerade mal 200 Nanometer groß sind, sind außerdem so schnell unterwegs, dass sie nicht von der Schwerkraft der Sonne zum Beispiel eingefangen werden, ihre Geschwindigkeit beträgt 72.000 Kilometer pro Stunde.


Der Staub sei zudem ein sogenannter „Lucky Survivor“. Als „Lucky Survivor“ werden Staubpartikel bezeichnet die es geschafft haben aus dem interstellaren Raum in ein Sternensystem zu gelangen. So einfach das klingt ist das nämlich nicht. Staub, wie der den die Experten eingefangen haben, würden in Millionen Grad heißen Blasen von Supernovaexplosionen homogenisiert, erklärt ESA-Wissenschaftler Dr. Nicolas Altobelli. In der Pressemitteilung der Uni-Heidelberg heißt es weiter – Zitat: „Die aktuellen Untersuchungsergebnisse bestätigten nun, dass die meisten Partikel zerstört und in kühlen und dichten Regionen des Weltalls – den Molekülwolken – wieder neu gebildet werden. Von dort aus bringen interstellare Winde diese Teilchen als homogenisierten Staub in unser Sonnensystem.“ Zitat Ende. Der Staub wird also so oft recyclt, dass er jede indivuelle Art verliert und immer gewöhnlicher wird. Er stellt also den Durchschnitt an Sternenstaub dar, in dem von allem etwas ist. Der interstellare Staub um den Saturn hat eine höherere Geschwindigkeit als die Partikel, die den Ring des Planeten bilden und fliegt auch in andere Richtungen.

Background-Check: Saturn



Jetzt gibt es nochmal einen kleinen Background-Check zu Saturn. Saturn ist 10-mal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde, er benötigt für eine vollständige Umrundung unseres Heimatsterns fast 30 Jahre. Sein Durchmesser ist 9,5 Mal so groß wie der der Erde, nämlich 120.500 Kilometer. Der Gasplanet besteht in der obersten Schicht, die man bereits untersuchen konnte, zu 96 Prozent aus Wasserstoff. Bis er sich einmal um sich selbst gedreht hat, vergehen aber nur zehn bis elf Stunden. Was zur Folge hat, dass der Saturn an den Polen relativ stark abgeflacht ist. Die Stürme auf dem Saturn sind mit etwa 1.500 Stundenkilometern sogar schneller als auf Jupiter und Saturn hat genau so einen ziemlich kleinen aber doch festen Kern. Und der innere metallische Wasserstoff erzeugt ein Magnetfeld, das ihn genauso wie die Erde schützt. Eine Ausnahme bilden die Pole, wo die elektrisch geladen Teilchen in die Atmosphäre eindringen. Kommen wir jetzt mal zu den Ringen in denen die Cassini Sonde den interstellaren Staub gefunden hat.

Obwohl der Saturn-Ring aus der Ferne wie feine Gase aussieht, besteht dieser tatsächlich aus Billionen von teils vereisten Bruchstücken. Dabei gibt es sowohl kleine Staubkörner als auch richtig große Brocken, so groß wie Lastwagen oder Häuser. Die Cassini Sonde hat jetzt, verständlicher Weise, keine Lastwagengroßen Brocken eingefangen, sondern die kleinen mit 200 Nanometern. Um sich aber einmal die Ausdehnung der Ringe anzusehen: Die Entfernung zwischen dem einem und dem anderen Ende entspricht in etwa der Entfernung zwischen Erde und Mond. Trotzdem sind die Ringe gerade mal einen Kilometer dick. Der ganze Ring besteht eigentlich aus sieben Hauptringen, die wiederum aus hunderten von Unterringen bestehen. Und der größte Spalt, die sogenannte Cassini-Teilung, ist über 4.000 Kilometer breit. Diese Lücken gibt es, da sich um den Saturn auch Monde bewegen, zum Beispiel Mimas, der für diesen Spalt verantwortlich ist. Insgesamt weiß man von 62 Monden um den Saturn.

Erster Blick auf Partikel von weit außerhalb des Sonnensystems

Die sieben Minikörnchen wiegen zusammen nur wenige Pikogramm – doch ihr Wert für die Forschung ist nicht in Gold aufzuwiegen: "Dies sind enorm wertvolle Teilchen", konstatiert Hauptautor Andrew Westphal von der University of California in Berkeley. Denn zum ersten Mal können Astronomen nun im Labor die Zusammensetzung, Struktur und Größe solcher interstellarer Staubteilchen direkt untersuchen.

Und prompt gab es einige Überraschungen: "Wir haben festgestellt, dass die Größe, die elementare Zusammensetzung und die Struktur der Partikel extrem unterschiedlich sind. Das hatten wir nicht erwartet", sagt Peter Hoppe vom Max-Planck-Institut für Chemie. So haben die größeren Partikel eine ungewöhnlich "fluffige", lockere Struktur ähnlich einer Schneeflocke. Zudem enthalten drei der aus dem Aluminium geborgenen Partikel Schwefelverbindungen – die nach Ansicht einiger Astronomen in interstellarem Staub nicht vorkommen dürften.



Röntgen-Diffraktionsbild eines der interstellaren Körnchen ("Orion") © Zack Gainsforth

Kristallin statt amorph

Überraschend auch: Zwei der größeren Körnchen – "Orion" und "Hylabrook" getauft – besitzen eine kristalline Struktur. Doch nach gängiger Theorie müsste ein Großteil der ursprünglich kristallinen interstellaren Staubkörner durch energiereiche kosmische Strahlung und Schockwellen in amorphe Trümmer umgewandelt werden. "Die Tatsache, dass die beiden größten Partikel aus kristallinem Olivin bestehen, könnte darauf hindeuten, dass sie aus der Staubscheibe um einen fernen Stern kommen", sagt Westphal. Beide Körnchen sollen jetzt noch weiteren Tests unterzogen werden, darunter Analysen ihrer Sauerstoff-Isotope, die ihren interstellaren Ursprung noch weiter erhärten könnten.

Für die freiwilligen Helfer des stardust@home-Projekts und die Wissenschaftler ist die Arbeit ebenfalls noch nicht erledigt: Es warten immer noch fast die Hälfte der Aerogel-Waben auf eine Auswertung. In Anerkennung ihrer wertvollen Mithilfe listet die Veröffentlichung unter den Autoren auch "30.714 Stardust@home Dusters" auf – "Dusters" ist dabei der Spitzname für die staubsuchenden Helfer weltweit. 

(Science, 2014, doi: 10.1126/science.1252496)
(Science/ University of California, 15.08.2014 - NPO)

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