Die mikroskopische Ansicht von Asteroidenkollisionen könnte uns helfen, die Planetenentstehung zu verstehen

Eine neue Art, Kollisionen zwischen Asteroiden und Planetenkörpern in der Geschichte unseres Sonnensystems zu datieren, könnte Wissenschaftlern dabei helfen, zu rekonstruieren, wie und wann Planeten geboren wurden.

Ein Forscherteam unter der Leitung der University of Cambridge kombinierte Datierung und mikroskopische Analyse des Chelyabinsk-Meteoriten, der 2013 auf die Erde fiel und Schlagzeilen machte, um genauere Einschränkungen für den Zeitpunkt alter Einschlagsereignisse zu erhalten.

Ihre Studie, veröffentlicht in Kommunikation Erde & Umweltuntersuchten, wie Mineralien im Meteoriten im Laufe der Zeit durch verschiedene Einschläge beschädigt wurden, was bedeutet, dass sie die größten und ältesten Ereignisse identifizieren konnten, die möglicherweise an der Planetenbildung beteiligt waren.

„Das Alter von Meteoriteneinschlägen ist oft umstritten: Unsere Arbeit zeigt, dass wir auf mehrere Beweislinien zurückgreifen müssen, um die Einschlagsgeschichte sicherer zu machen – fast so, als würde man einen alten Tatort untersuchen“, sagte Craig Walton, der die Forschung leitete und bei arbeitet Cambridges Department of Earth Sciences.

Früh in der Geschichte unseres Sonnensystems entstanden Planeten, einschließlich der Erde, durch massive Kollisionen zwischen Asteroiden und noch größeren Körpern, sogenannten Protoplaneten.

„Die Beweise für diese Einschläge sind so alt, dass sie auf den Planeten verloren gegangen sind – insbesondere die Erde hat ein kurzes Gedächtnis, weil Gestein an der Oberfläche durch die Plattentektonik ständig recycelt wird“, sagte Co-Autor Dr. Oli Shorttle, der gemeinsam arbeitet am Department of Earth Sciences and Institute of Astronomy in Cambridge.

Asteroiden und ihre Fragmente, die als Meteoriten auf die Erde fallen, sind im Gegensatz dazu träge, kalt und viel älter – was sie zu treuen Zeitnehmern von Kollisionen macht.

Die neue Forschung, die eine Zusammenarbeit mit Forschern der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Open University war, zeichnete auf, wie Phosphatmineralien im Meteoriten von Tscheljabinsk in unterschiedlichem Maße zertrümmert wurden, um eine Kollisionsgeschichte zusammenzusetzen.

Ihr Ziel war es, die Uran-Blei-Datierung des Meteoriten zu bestätigen, die die Zeit untersucht, die vergangen ist, bis ein Isotop in ein anderes zerfällt.

„Die Phosphate in den meisten primitiven Meteoriten sind fantastische Ziele für die Datierung der Schockereignisse, denen die Meteoriten auf ihren Mutterkörpern ausgesetzt waren“, sagte Dr. Sen Hu, der die Uran-Blei-Datierung am Pekinger Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie durchführte Wissenschaften.

Frühere Datierungen dieses Meteoriten haben zwei Einschlagsalter offenbart, eine ältere, etwa 4,5 Milliarden Jahre alte Kollision und eine andere, die innerhalb der letzten 50 Millionen Jahre stattfand.

Aber diese Altersgruppen sind nicht so eindeutig. Ähnlich wie ein Gemälde, das im Laufe der Zeit verblasst, können aufeinanderfolgende Kollisionen ein einst klares Bild verdunkeln, was zu Unsicherheit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft über das Alter und sogar die Anzahl der aufgezeichneten Einschläge führt.

Die neue Studie brachte die vom Chelyabinsk-Meteoriten aufgezeichneten Kollisionen in eine zeitliche Reihenfolge, indem sie neue Uran-Blei-Alter auf dem Meteoriten mit mikroskopischen Beweisen für eine kollisionsinduzierte Erwärmung verknüpfte, die in ihren Kristallstrukturen zu sehen waren. Diese mikroskopischen Hinweise bauen sich bei jedem aufeinanderfolgenden Aufprall in den Mineralien auf, was bedeutet, dass die Kollisionen unterschieden, zeitlich geordnet und datiert werden können.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass Mineralien, die den Abdruck der ältesten Kollision enthielten, bei hohen Temperaturen entweder in viele kleinere Kristalle zersplittert oder bei hohen Drücken stark verformt wurden.

Das Team beschrieb auch einige Mineralkörner im Meteoriten, die durch einen geringeren Aufprall bei niedrigeren Drücken und Temperaturen gebrochen wurden und die ein viel jüngeres Alter von weniger als 50 Millionen Jahren aufweisen. Sie vermuten, dass dieser Einschlag wahrscheinlich den Tscheljabinsker Meteoriten von seinem Wirtsasteroiden absplitterte und ihn zur Erde schleuderte.

Zusammengenommen unterstützt dies eine zweistufige Kollisionshistorie. „Die Frage für uns war, ob man diesen Daten vertrauen kann. Können wir diese Einschläge mit Beweisen für eine Überhitzung durch einen Einschlag in Verbindung bringen?“ sagte Walton. „Was wir gezeigt haben, ist, dass der mineralogische Kontext für die Datierung wirklich wichtig ist.“

Wissenschaftler interessieren sich besonders für das Datum des 4,5 Milliarden Jahre alten Einschlags, weil dies ungefähr die Zeit ist, zu der wir annehmen, dass das Erde-Mond-System entstanden ist, wahrscheinlich als Folge der Kollision zweier Planetenkörper.

Der Chelyabinsk-Meteorit gehört zu einer Gruppe sogenannter Steinmeteorite, die alle stark zertrümmertes und umgeschmolzenes Material enthalten, das ungefähr mit diesem kolossalen Einschlag zusammenfällt.

Die neu erworbenen Daten stützen frühere Vorschläge, dass viele Asteroiden vor 4,48 bis 4,44 Milliarden Jahren hochenergetische Kollisionen erlebten. „Die Tatsache, dass all diese Asteroiden zu diesem Zeitpunkt ein intensives Schmelzen verzeichnen, könnte auf eine Neuorganisation des Sonnensystems hindeuten, die entweder aus der Erde-Mond-Formation oder vielleicht aus den Orbitalbewegungen von Riesenplaneten resultiert.“

Walton plant nun, die Datierung über das Fenster des mondbildenden Aufpralls zu verfeinern, was uns sagen könnte, wie unser eigener Planet entstanden ist.