Der Druck, der erforderlich ist, um einen Stein vom Mars ins All zu befördern, ist viel geringer als gedacht, entdeckte eine Studie

Im August 1865 fiel ein 10-Pfund-Felsen aus dem Weltraum auf die Erde und landete mit einem Knall in dem abgelegenen Dorf Sherghati, Indien. Nachdem der Stein von Zeugen des Vorfalls geborgen worden war, ging er in den Besitz eines örtlichen britischen Richters über, der sich bemühte, die Quelle des seltsamen Objekts zu identifizieren. Nach mehr als einem Jahrhundert des Studiums der Meteoritenfragmente – sogenannter Shergottite – bestimmten Forscher in den 1980er Jahren endlich ihre außerirdische Herkunft: unseren Nachbarplaneten Mars.

Bis die Menschen in der Lage sind, Proben vom Mars zurückzubringen, sind die einzigen Teile des Roten Planeten, die auf der Erde gefunden werden, Marsmeteoriten wie die Shergottite. Die Reise für diese kleinen Marsreisenden war gewalttätig: Damit Marsfelsen zur Erde gelangen, müssen sie mit genug Kraft von der Oberfläche des Roten Planeten ausgestoßen worden sein, um der Marsgravitation zu entkommen. Dieser Auswurf war wahrscheinlich auf einen großen Einschlag auf dem Mars zurückzuführen. Die Felsen hielten den enormen Temperaturen und Drücken dieses Aufpralls stand und flogen durch das Vakuum des Weltraums, bis sie schließlich auf unserem eigenen Planeten landeten.

Jahrzehntelang haben Wissenschaftler daran gearbeitet, die Art von Einschlagsereignissen auf dem Mars zu modellieren, die Teile des Roten Planeten zur Erde schicken. Jetzt haben Forscher von Caltech und dem Jet Propulsion Laboratory (JPL), das Caltech für die NASA verwaltet, Experimente durchgeführt, um den sogenannten „Stoßdruck“ zu simulieren, dem Marsgestein ausgesetzt ist. Sie haben herausgefunden, dass der Druck, der erforderlich ist, um einen Stein vom Mars ins All zu schleudern, viel geringer ist als ursprünglich angenommen.

Die Forschung wurde im Labor von Paul Asimow, dem Eleanor- und John R. McMillan-Professor für Geologie und Geochemie, durchgeführt. Die Studie wird in einem Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift erscheint Wissenschaftliche Fortschritte am 3. Mai und ist eine Zusammenarbeit mit JPL.

Meteoriten aus verschiedenen Quellen wurden auf der Erde seit Jahrtausenden entdeckt, aber ihre Ursprünge waren erst vor sehr viel jüngerer Zeit bekannt. Als die Wikinger-Orbiter der NASA Ende der 1970er Jahre Messungen der atmosphärischen Zusammensetzung des Mars durchführten, war Ed Stolper von Caltech (jetzt Richterin Shirley Hufstedler Professor für Geologie) einer der ersten, der annahm, dass Shergottite vom Mars stammen – was später bestätigt wurde, als sich Gase in der dünnen Marsatmosphäre befanden stimmt mit den in den Meteoriten eingeschlossenen Gasen überein.

Aber das ist noch nicht alles, was uns die Zusammensetzung eines Meteoriten über seine Reise verraten kann. Ein Hauptbestandteil des Marsgesteins ist das kristalline Mineral Plagioklas. Unter hohem Druck, wie z. B. einem starken Aufprall, verwandelt sich Plagioklas in das glasartige Material, das als Maskelynit bekannt ist. Das Auffinden von Maskelynit in einem Gestein zeigt daher die Art des Drucks an, mit dem die Probe in Kontakt kam. In den letzten fünf Jahren wurden Marsmeteoriten mit einer Mischung aus Plagioklas und Maskelynit entdeckt, was auf eine Obergrenze für die Drücke hinweist, denen sie ausgesetzt waren.

In der neuen Studie unter der Leitung von Caltech-Wissenschaftler Jinping Hu führte das Team Experimente durch, um plagioklashaltige Gesteine ​​von der Erde zu zerschlagen und zu beobachten, wie sich das Mineral unter Druck umwandelt. Das Team entwickelte eine genauere Methode zur Simulation von Einschlägen auf dem Mars in Experimenten zur Wiederherstellung von Schocks, bei denen eine leistungsstarke „Kanone“ verwendet wird, um Felsen mit Projektilen zu sprengen, die sich mit mehr als fünffacher Schallgeschwindigkeit fortbewegen. Frühere Stoßdruckexperimente erforderten das Zurückstrahlen von Stoßwellen durch eine Stahlkammer, was ein ungenaues Bild dessen vermittelt, was während eines Aufprallereignisses auf dem Mars passiert.

„Wir sind nicht auf dem Mars, also können wir einen Meteoriteneinschlag nicht persönlich beobachten“, sagt Yang Liu, Planetenwissenschaftler am JPL und Mitautor der Studie. „Aber wir können eine ähnliche Art von Einschlag in einer Laborumgebung nachstellen. Dadurch haben wir festgestellt, dass es viel weniger Druck braucht, um einen Mars-Meteoriten zu starten, als wir dachten.“

Frühere Experimente hatten gezeigt, dass sich Plagioklas bei einem Schockdruck von 30 Gigapascal (GPa) in Maskelynite umwandelt, was dem 300.000-fachen des atmosphärischen Drucks entspricht, dem man auf Meereshöhe ausgesetzt ist, oder dem 1.000-fachen des Drucks, mit dem ein Tauchboot beim Tauchen unter 3 Kilometer in Berührung kommt Meereswasser.

Diese neue Studie zeigt, dass der Übergang tatsächlich bei etwa 20 GPa stattfindet – ein signifikanter Unterschied zu früheren Experimenten. Insbesondere stimmt die neue Druckschwelle mit Beweisen aus anderen Hochdruckmineralien in diesen Meteoriten überein, die darauf hindeuten, dass ihre Schockdrücke weniger als 30 GPa betragen haben müssen. Neun der zehn Hochdruckmineralien, die in Marsmeteoriten gefunden wurden, wurden am Caltech in Studien entdeckt, die vom Mineralogen Chi Ma, dem Direktor der Analyseeinrichtungen des Caltech und Mitautor der Studie, geleitet wurden.

„Es war eine große Herausforderung, einen Einschlag zu modellieren, der intakte Gesteine ​​vom Mars wegschleudern und sie gleichzeitig auf 30 GPa schocken kann“, sagt Asimow. „In diesem Zusammenhang ist der Unterschied zwischen 30 GPa und 20 GPa signifikant. Je genauer wir die Stoßdrücke charakterisieren können, denen ein Meteorit ausgesetzt ist, desto wahrscheinlicher wird es, dass wir den Einschlagskrater auf dem Mars identifizieren können, aus dem er stammt.“