Ein belgisch-niederländisches Wissenschaftlerteam hat die allererste „Schatzkarte“ erstellt, die zeigt, wo in der Antarktis wahrscheinlich Meteoriten zu finden sind. Meteoriten sind Brocken aus steinähnlichem Material, die auf der Erdoberfläche gefunden werden können, nachdem sie aus dem Weltraum gefallen sind.
Im Gegensatz zu den Gesteinen der Erde sind Meteoriten von der Verwitterung und dem Vulkanismus unseres Planeten verschont geblieben und gelten daher als unschätzbare Archive der frühesten Stadien unseres Sonnensystems. Während Gesteine uns nichts über die ersten halben Milliarden Jahre unseres Planeten erzählen 4,55 Milliarden Jahre Existenz, erlauben uns die meisten Meteoriten aus dem Asteroidengürtel, bis vor 4,6 Milliarden Jahren zurückzureichen. Die überwiegende Mehrheit der aufgezeichneten Meteoriten in der Antarktis stammt aus dem Asteroidengürtel, wobei etwa 1 % vom Mond und Mars stammen.
Meteoriten in der Antarktis
Meteoriten fallen regelmäßig auf die Erdoberfläche: in Frankreich Etwa 50 Meteoriten mit einem Gewicht von mehr als 10 g regnen jedes Jahr herab. Sie festzunageln ist jedoch wie die Suche nach einer Nadel im Heuhaufen und Wissenschaftler aus Meteoritenbergungskampagnen kehren oft mit leeren Händen zurück.
Im Gegensatz dazu ist es überraschend einfach, Meteoriten am abgelegenen Südpol aufzuspüren. Dies liegt an einem als Konzentrationsmechanismus bekannten Prinzip, bei dem bestimmte Eisströmungen und meteorologische Muster dazu führen, dass sich Meteoriten in eher kleinen Bereichen ansammeln, die als Meteoriten-Strandzonen bekannt sind.
Wenn Meteoriten auf die Antarktis fallen, setzen sie sich normalerweise in der Eisdecke fest und treiben in Richtung Ozeane. Dies hat einige dazu veranlasst, Eis als ein zu beschreiben „natürliches förderband“ für Meteoriten. Manchmal kommen ihnen Berge – die gelegentlich unter der Eisdecke verborgen sind – in den Weg und lenken sie auf die Oberfläche der Eisdecke um.
Meteoriten werden immer auf der Oberfläche von Gebieten gefunden, wo der Wind den Schnee abgestaubt hat und ein blau getöntes Eis freigelegt hat. Solche Zonen sind als Blaueisgebiete bekannt. Obwohl Meteoriten in solchen Gebieten immer aufgezeichnet werden, enthalten sie nicht alle.
Sobald ein meteoritenreiches, blaues Eisgebiet identifiziert wurde, ist es relativ einfach, die dunkel gefärbten Steine gegenüber den hellen Farbtönen des Eises zu erkennen. Der Erfolg der Meteoritensuche in der Antarktis ist beispiellos: über 60 % der geborgenen Meteoriten der Erde befinden sich im antarktischen Eisschild. Und das Potenzial bleibt weitgehend ungenutzt: Bisher wurde nur ein Teil aller antarktischen Blaueisgebiete auf Meteoriten untersucht, mit unterschiedlichem Erfolg.
Festlegen, wo gesucht werden soll
Um festzulegen, wo nach Meteoriten gesucht werden kann, müssen wir zunächst verstehen, was ein meteoritenreiches blaues Eisgebiet von einem Gebiet ohne Meteoriten unterscheidet. Dazu stehen viele Daten zur Verfügung: Fundort und Fundjahr von Meteoriten sind in einem Spezial gespeichert meteoritische Bulletin-Datenbank. Wissenschaftler können auch auf Feldberichte zugreifen, die einige der erfolgreichen und erfolglosen Meteoritenmissionen beschreiben, die seit der Entdeckung des Konzentrationsmechanismus im Jahr 1969 durchgeführt wurden.
Bisher war die Entscheidung, wo gesucht werden sollte, eine Aufgabe, die von wenigen Experten durchgeführt wurde. Das bedeutet, dass bei Missionen zur Bergung von Meteoriten ein enormer menschlicher Faktor eine Rolle spielt – und es ist nicht möglich, das Potenzial jedes einzelnen Gebiets auf einem Kontinent zu bewerten, der etwa 25 Mal so groß ist wie Frankreich. Um bei der Planung der oft teuren und logistisch komplizierten Missionen zu helfen, hat unser Team eine Karte entwickelt, die potenzielle Strandungszonen von Meteoriten zeigt.
Von der realen Welt zur beobachteten Welt
Um einen Meteoriten zu machen „Schatzkarte,“ Wir mussten die reale Welt in beobachtbare Zahlen übersetzen. Dazu haben wir ein 450 mal 450 Meter großes Zellenraster über Blaueisgebieten und deren näherer Umgebung aufgebracht.
In Fällen, in denen Meteoriten innerhalb einer Rasterzelle gefunden wurden, wird die Rasterzelle als „positiv“ gekennzeichnet. Die restlichen Gitterzellen bleiben unbeschriftet. Jede Zelle enthält Informationen aus Satelliten- und Radarbeobachtungen, darunter Oberflächentemperatur, Geschwindigkeit des Eisflusses, Arten der Oberflächenbedeckung oder Neigung. Solche Daten ermöglichen es uns, vorherzusagen, wo wir Meteoriten finden könnten.
Maschinelles Lernen für kontinentweite Vorhersagen
Maschinelles Lernen und statistische Modelle ermöglichen es uns, diese verschiedenen Beobachtungen zu kombinieren und eventuelle Unsicherheiten im Zusammenhang mit den Daten zu berücksichtigen. Die Leistung des Vorhersagealgorithmus wird durch mehrere Iterationen optimiert. Jedes Mal werden die Vorhersagen des Algorithmus anhand mehrerer Gebiete überprüft, von denen bekannt ist, dass sie Meteoriten tragen oder nicht.
Die Arbeit des Algorithmus kann in mehrere Phasen unterteilt werden. Zunächst lernt der Algorithmus, was eine typische positive oder unbeschriftete Gitterzelle ausmacht. Nachdem der Algorithmus die Daten zu verschiedenen Gitterzellen gelernt hat, kann er die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass eine unbeschriftete Gitterzelle Meteoriten enthält oder nicht.
Gitterzellen, die möglicherweise Meteoriten enthalten, werden dann in Meteoriten-Strandzonen gruppiert, deren Flächen von wenigen bis zu Hunderten von Quadratkilometern reichen. Unsere Forschung zeigt, dass die Genauigkeit dieser vorhergesagten Strandungszonen von Meteoriten geschätzt wird über 80%.
Die Analyse vorhergesagter Bereiche bestätigt, dass es dem maschinellen Lernalgorithmus gelingt, das Zusammenspiel verschiedener Phänomene zu erfassen. Während es auf dem gesamten Kontinent viele Möglichkeiten gibt, Meteoriten zu finden, bleiben einige Gebiete in der Nähe bestehender Forschungsstationen unerforscht, was einen Erkundungsbesuch sehr attraktiv macht.
Die „Schatzkarte“ läutet eine neue Ära der Meteoritensuche in der Antarktis ein. Indem wir unsere Forschung mit Kollegen auf der ganzen Welt teilen, nähern wir uns der Sammlung von Meteoriten als kollaborative gemeinschaftsweite Anstrengung. Als Reaktion darauf haben Wissenschaftler aus so unterschiedlichen Ländern wie Korea, Indien, Chile oder den Vereinigten Staaten Interesse an der Erforschung der angegebenen Gebiete gezeigt.
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