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Erstmals Asteroid in den Außenbereichen unseres Sonnensystems entdeckt:


Künstlerische Darstellung des Objekts „2004 EX95“ (Illu.).
Copyright: ESO/M. Kornmesser
Belfast (Großbritannien) – Mit Teleskopen der Europäischen Südsternwarte (ESO) hat ein internationales Astronomenteam erstmals einen kohlenstoffreichen Asteroiden in den kalten Außenbereichen unseres Sonnensystems, dem sogenannten Kuipergürtel, entdeckt.

Das Relikt aus der Frühzeit des Sonnensystems mit der Bezeichnung 2004 EX95 stammt ursprünglich vermutlich aus dem inneren Sonnensystem, genauer gesagt dem sogenannten Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und wurde einst Milliarden von Kilometer von seinem Ursprungsort fortgeschleudert.

„Die Anfänge unseres Sonnensystems waren eine stürmische Zeit“, erläutert die ESO-Pressemitteilung. „Theoretische Berechnungen der damals ablaufenden Prozesse haben ergeben, dass die großen Gasplaneten nach ihrer Entstehung das Sonnensystem dominiert und kleine gesteinshaltige Körper aus dem inneren Sonnensystem in weit entfernte Umlaufbahnen geschleudert haben. Solche Modellrechnungen legen insbesondere nahe, dass der Kuipergürtel – eine kalte Region jenseits der Umlaufbahn des Neptuns – einen kleinen Anteil an Gesteinsbrocken aus dem inneren Sonnensystem enthalten sollte, zum Beispiel kohlenstoffreiche Asteroiden, die als auch als Asteroiden vom C-Typ bezeichnet werden.

Wie das Team um Tom Seccull von der Queen’s University Belfast aktuell im Fachjournal „The Astrophysical Journal Letters“ (DI: 10.3847/2041-8213/aab3dc) berichtet, stützt die jetzt gemachte Entdeckung diese theoretischen Modelle der problematischen frühen Jahre unseres Sonnensystems stark.

Zum ersten Mal stießen Astronomen bei Beobachtungen des Objekts mit den Weltraumteleskop „Hubble“ im Reflexionsspektrum des Körpers auf deutliche Unterschiede zu ähnlichen Kuipergürtel-Objekten (engl. Kuiper Belt Objects, kurz KBOs), die typischerweise uninteressante, strukturlose Spektren aufweisen, die wenig Informationen über ihre Zusammensetzung preisgeben.

“Das Reflexionsspektrum von 2004 EW95 unterschied sich deutlich von den anderen beobachteten Objekten des äußeren Sonnensystems”, erklärt Erstautor Seccull. “Es sah so seltsam aus, dass wir es uns unbedingt genauer ansehen mussten.”

In der Folge beobachtete das Team 2004 EW95 dann mit den Instrumenten „X-Shooter“ und FORS2 am Very Large Telescope (VLT) der ESO, deren empfindlichere Spektrografen es den Forschern erlaubte, das reflektierte Licht genauer zu vermessen und so auf seine chemische Zusammensetzung zu schließen.


Die rote Linie in diesem Bild zeigt die Umlaufbahn von 2004 EW95, wobei die Umlaufbahnen anderer Körper des Sonnensystems zum Vergleich grün dargestellt sind (Illu.).
Copyright: ESO/L. Calçada

Obwohl das Objekt rund 300 Kilometer groß ist, befindet es sich derzeit immer noch vier Milliarden Kilometer von der Erde entfernt, was das Sammeln von Daten von seiner dunklen, kohlenstoffreichen Oberfläche zu einer anspruchsvollen wissenschaftlichen Herausforderung macht: “Es ist, als würde man einen riesigen Kohleberg gegen die pechschwarze Leinwand des Nachthimmels beobachten”, erläutert Koautor Thomas Puzia von der Pontificia Universidad Católica de Chile. “2004 EW95 bewegt sich nicht nur, er ist auch sehr lichtschwach”, fügt Seccull hinzu. “Wir mussten eine ziemlich ausgefeilte Verarbeitungstechnik anwenden, um so viel wie möglich aus den Daten herauszuholen.”

Zwei Merkmale in den Spektren des Objekts waren demnach besonders auffällig und entsprachen dem Vorhandensein von Eisenoxiden und Phyllosilikaten. Das Vorhandensein dieser Materialien war noch nie zuvor in einem KBO bestätigt worden und legt nahe, dass sich 2004 EW95 einst im inneren Sonnensystem gebildet hatte.

“Angesichts der heutigen Lage von 2004 EW95 in den eisigen Außenbereichen des Sonnensystems bedeutet dies, dass er in der Frühzeit des Sonnensystems von einem migrierenden Planeten in seine gegenwärtige Umlaufbahn geschleudert wurde”, so Seccull abschließend. Zwar gab es auch schon zuvor Spektren anderer ungewöhnlicher KBOs, aber keine konnten in dieser Qualität bestätigt werden. Für Astronomen ist die Entdeckung eines kohlenstoffhaltigen Asteroiden im Kuipergürtel ein wichtiger Nachweis für eine der grundlegenden Vorhersagen dynamischer Modelle des frühen Sonnensystems.

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Sonde Hayabusa2 liefert erstmals Bilder von der Oberfläche eines Asteroiden:


Globale Ansichten des Asteroiden Ryugu vom 26. Juni 2018.
Copyright: JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, University of Aizu, AIST
Tokyo (Japan) – Knapp eine Woche bevor die Landeeinheit MASCOT der japanischen Sonde “Hayabusa2“ auf dem Asteroiden Ryugo landen soll, haben die beiden Zwillingsrover bzw. Hopper Minerva-II1A und B erstmals überhaupt Bilder direkt von der Oberfläche eines Kometen zur Erde gefunkt

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Quelle des irdischen Wassers: Bislang unbekannte Klasse wasserreicher Asteroiden identifiziert:


Der Zwergplanet Ceres mit dem Krater Occator in der Bildmitte.
Copyright: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Berlin (Deutschland) – Immer noch rätselt die Wissenschaft über die Herkunft des Wassers in unseren irdischen Ozeanen. Neue Beobachtungen offenbaren nun eine bislang unbekannte Klasse von Asteroiden im Asteroiden-Hauptgürtel zwischen Mars und Jupiter, die jedoch ursprünglich aus dem Rand des Sonnensystems stammen und vermutlich einen beträchtlichen Anteil am irdischen lieferten.
Wie eine internationale Wissenschaftlergruppe mit Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-023-01898-x) berichtet, konnten sie diese Kleinplaneten mittels Infrarotspektroskopie mit Hilfe des am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaii identifizieren.

Als die Erde vor 4,5 Milliarden Jahren entstand, hat sie aus dem solaren „Urnebel“ auch einen Anteil an flüchtigen Stoffen erhalten, die bei der Verfestigung eines frühen Magmaozeans und durch Vulkanismus aus dem Inneren des jungen Planeten ausgegast wurden. Es entstand eine erste Atmosphäre, daraus regnete es und die ersten Ozeane entstanden. Doch auch von außen kam Wasser auf die Erde, von eisigen Kometen, aber wohl auch zu einem beträchtlichen Anteil von Asteroiden mit hohem Eis-Anteil. (Quelle: DLR)
Diese neu identifizierten Asteroiden sind wasserreich und gleichen Objekten dem Zwergplaneten Ceres, der sie Sonne ebenfalls in dieser Region des Sonnensystems umkreist. „Unsere Rechenmodelle zeigen, dass diese Asteroiden kurz nach ihrer Entstehung aus den äußeren Zonen unseres Sonnensystems durch komplexe dynamische Prozesse in den heutigen Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter gelangt sein müssen“, erklärt Dr. Wladimir Neumann, der als Geowissenschaftler an der Technischen Universität Berlin und am DLR-Institut für Planetenforschung an der Studie beteiligt ist.

Mit einem Äquatordurchmesser von rund 900 Kilometern ist Ceres das größte Objekt im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Doch in dieser Region ist der Zwergplanet nicht allein und umkreist die Sonne hier gemeinsam mit zahlreichen weitere Kleinplaneten, den Resten des Baumaterials, aus dem vor 4,5 Milliarden Jahren die Planeten in unserem Sonnensystem entstanden sind. „In diesen kleinen Körpern und ihren Bruchstücken, den Meteoriten, finden sich viele Relikte, die direkte Hinweise auf den Prozess der Planetenbildung geben“, berichtet die DLR-Pressemitteilung.

In der aktuellen Studie zeigen die Forschenden, dass die hiesigen astronomischen Kleinkörper aus allen Regionen des frühen Sonnensystems stammen. „Insbesondere Kleinkörper, die ehemals aus dem äußeren Sonnensystem stammen, haben offenbar schlussendlich das Wasser auf die Erde gebracht, nachdem sie durch Bahnstörungen nach innen wanderten, denn die Bausteine der Planeten im inneren Sonnensystem waren eher wasserarm“, erläutert Prof. Mario Trieloff, der die Forschungsgruppe Geo- und Kosmochemie an der Universität Heidelberg leitet, die ebenfalls an der Untersuchung beteiligt ist.

Die neuen Messungen erlauben es nun, Ceres-ähnliche Asteroiden bereits ab einem Durchmesser von 100 Kilometern zu identifizieren. „Die Infrarotspektren lassen zugleich Rückschlüsse auf die chemisch-mineralogische Zusammensetzung zu“, berichten die Forschenden. „So befinden sich auf der Oberfläche der entdeckten Asteroiden ebenso wie bei Ceres selbst Minerale, die durch Wechselwirkung mit flüssigem Wasser entstanden sind. Diese Messungen zeigen, dass die Spektren und wahrscheinlich auch die Oberflächenzusammensetzung und Mineralogie einiger Asteroiden mit einem Durchmesser von mehr als 100 Kilometern denen von Ceres stark ähneln. Die identifizierten Asteroiden kreisen alle um die Sonne in einer relativ engen Zone zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter nahe an der Umlaufbahn von Ceres.“

Die astronomischen Kleinkörper seien dabei sehr porös – eine weitere Gemeinsamkeit mit dem Oberflächenmaterial des Zwergplaneten Ceres und ein Hinweis darauf, dass das Gesteinsmaterial noch sehr ursprünglich ist: „Es wurde kurz nach Bildung der Asteroiden nicht ausreichend aufgeheizt, um sich angesichts hoher Temperaturen in ein kompaktes Gesteinsgefüge umzuwandeln, sondern behielt seinen porösen und primitiven Charakter, wie er typisch ist für die äußeren Eisplaneten in großer Sonnenentfernung“, erläutert Dr. Wladimir Neumann, der die thermische Entwicklung der Kleinkörper für die Studie rechnerisch modellierte.

Die Eigenschaften der Ceres-ähnlichen Objekte und ihr Vorkommen in einer relativ engen Zone im äußeren Asteroidengürtel lassen vermuten, dass diese Körper zunächst in einer kalten Region am Rand unseres Sonnensystems jenseits der Umlaufbahn von Pluto entstanden. Gravitationsbedingte Störungen der Bahnen großer Planeten wie Jupiter und Saturn veränderten die Flugbahn anderer wasserreicher Asteroiden mit einem etwas kleineren Wasseranteil als die neue Klasse so, dass sie aus ihrem ursprünglichen Bereich zwischen Jupiter und Pluto in Richtung der Sonne in den heutigen Asteroidengürtel „geschoben“ wurden.

Die neue Klasse der Ceres-ähnlichen Asteroiden wurde hingegen wenige Millionen Jahre später durch die Instabilität der Eisriesen (Uranus und Neptun) aus ihren transplutonischen Umlaufbahnen in den äußeren Teil des Asteroidengürtels implantiert. Dies zeigen numerische Berechnungen von Dr. Sean Raymond (Université de Bordeaux) zu den Bahnentwicklungen im frühen Sonnensystem. „Diese Studie zeigt, dass viele der größten Objekte des Asteroidengürtels gemeinsamen Ursprung mit dem Zwergplaneten Ceres haben könnten. Die Verallgemeinerung unseres Wissens über Ceres auf eine größere Population trägt wesentlich zu unserem Verständnis über die globale Entwicklung des Asteroidengürtels und des Sonnensystems bei“, erläutert abschließend Prof. Jürgen Oberst, der Leiter der Abteilung Planetengeodäsie an der Technischen Universität Berlin.

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Bestandteile der RNA in Proben des erdfernen Asteroiden Ryugu nachgewiesen:


Infografik zur Probenahme von Materialien auf dem Asteroiden Ryugu durch die Raumsonde „Hayabusa2“, in denen nun Uracil und Niacin nachgewiesen werden konnten (Illu.).
Copyright: NASA Goddard/JAXA/Dan Gallagher

Hokkaido (Japan) – In Bodenproben, die die japanische Sonde „Hayabusa2“ vom Asteroiden Ryugu entnommen und zurück zur Erde gebracht hat, haben japanischen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen stickstoffreiche organische Verbindungen entdeckt. Darunter auch die Nukleinbase Uracil, ein Baustein der RNA und Vitamin B3.
Wie das Team um Professor Yasuhiro Oba von der Hokkaido University und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA aktuell im Fachjournal “Nature Communications ” (DOI: 10.1038/S41467-023-36904-3) berichtet, handelt es sich bei Uracil um eine der Informationseinheiten, aus denen die irdische RNA und damit jene Moleküle bestehen, die die Anleitung zum Bau lebender Organismen beinhaltet. Neben Uracil konnten die Forschenden in den Ryugu-Proben auch Nicotinsäure (Vitamin B3 bzw. Niacin) und damit ein wichtiges Stoffwechselelement in lebenden Organismen nachweisen.

Für Oba und sein Team stellen die Entdeckungen auf Ryugu die jüngsten Beweise dafür dar, dass die Bausteine des Lebens auch im Weltraum entstehen könnten und somit auch die Grundlagen des irdischen Lebens im All entstanden und mit Fragmenten von Körpern wie Ryugu auf die junge Erde gelangt sein könnten.

Hintergrund:

Uracil (U, Ura) ist eine der vier wichtigsten Nukleinbasen in der RNA, zusammen mit Adenin, Cytosin und Guanin. In der DNA steht an seiner Stelle Thymin. Die Nukleoside von Uracil sind das Uridin in der RNA und das sehr seltene Desoxyuridin in der DNA. Uracil kommt im Körper hauptsächlich an Ribosephosphat gebunden vor, entweder als eines der Nukleotide Uridinmonophosphat (UMP), Uridindiphosphat (UDP) oder Uridintriphosphat (UTP) oder als Bestandteil der Ribonukleinsäure (RNA).
Nicotinsäure findet sich in allen lebenden Zellen und wird in der Leber gespeichert. Sie bildet einen wichtigen Baustein verschiedener Coenzyme (NAD, NADP) und ist in dieser Form von zentraler Bedeutung für den Stoffwechsel von Eiweißen, Fetten und Kohlenhydraten. Gegenüber Hitze, Licht und dem Luftsauerstoff ist Nicotinsäure weniger empfindlich als andere Vitamine der B-Gruppe.
(Quelle: Wikipedia 1, 2)

„Forschende haben zuvor bereits Nukleobasen und Vitamine in bestimmten kohlenstoffreichen Meteoriten gefunden, aber es blieb bislang immer die Frage der Kontamination durch Kontakt mit der irdischen Umwelt“, so Oba. „Da die Raumsonde Hayabusa2 zwei Proben direkt vom Asteroiden Ryugu gesammelt und in versiegelten Kapseln zur Erde gebracht hat, kann hier eine Kontamination nun ausgeschlossen werden.“

Uracil entdeckten die Forschenden in den Proben in kleinen Mengen, im Bereich von 6 bis 32 Teilen pro Milliarde (ppb), während Vitamin B3 mit 49 bis 99 ppb häufiger vorkam. In der Probe wurden zudem auch andere biologische Moleküle gefunden, „darunter eine Auswahl von Aminosäuren, Aminen und Carbonsäuren, die in Proteinen bzw. im Stoffwechsel vorkommen.“


Detailansicht der Ryugu-Oberfläche.
Copyright: MASCOT/DLR/JAXA

2018 war die Sonde der japanischen Raumfahrtagentur JAXA auf dem rund 200 Millionen Kilometer von der Erde entfernten Asteroiden erfolgreich gelandet (…GreWi berichtete 1, 2) und hatte daraufhin 2019 rund 5,4 Gramm Bodenproben von der Oberfläche des Asteroiden zurück zur Erde gebracht (…GreWi berichtete). Statt aus nur einem großen Brocken, besteht Ryugu auf einer Vielzahl kleinerer Felsen und rotiert ungewöhnlich schnell, was dem Körper auch seine ungewöhnliche Form verlieh. Als kohlenstoffhaltiger Asteroid vom Typ C beinhaltet Ryugu auch sehr viel organisches Material.

Die in den Proben entdeckten Verbindungen seien den zuvor in kohlenstoffreichen Meteoriten gefundenen Verbindungen zwar ähnlich, aber nicht gänzlich mit diesen identisch. Die Forschenden selbst vermuten, dass die unterschiedlichen Konzentrationen in den beiden Proben, die an unterschiedlichen Orten auf Ryugu entnommen wurden, auf die unterschiedlichen Bedingungen auf dem Asteroiden und dort unterschiedlich einwirkenden Einflüssen zurückgehen. Zudem vermuten sie, dass die stickstoffreichen Verbindungen zumindest teilweise aus einfacheren Molekülen wie Ammoniak. Formaldehyd und Wasserstoffzyanid entstanden, die zwar selbst nicht in den Ryugu-Proben gefunden wurden, von denen aber bekannt ist, dass sie in Kometeneis vorhanden sind – Ryugu selbst könnte der nackte Kern eines einstigen Kometen oder eines anderen Mutterkörpers sein, der einst unter Niedrigtemperaturen existierte (…GreWi berichtete).


Ansichten der beiden Ryugu-Proben.
Quelle: Oba et al., Nat. Commun., 2023

„Die Entdeckung von Uracil und den Ryugu-Proben stützt derzeitige Theorien zur Quelle der Nukleobasen auf der frühen Erde“, erklärt Oba abschließend. „Auch die OSIRIS-REx-Mission der NASA wird noch in diesem Jahr Proben vom Asteroiden Bennu zurück zur Erde bringen, die dann mit den Ryugu-Proben und den darin gemachten Entdeckungen verglichen werden können.“

Recherchequelle: Hokkaido University
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NASA-Mission Lucy: Asteroid Dinkinesh besitzt doppelten Mini-Mond:


Künstlerische Darstellung der NASA-Asteroidenmission „Lucy“ (Illu.).
Copyright: NASA

Greenbelt (USA) – Beim Vorbeiflug der NASA-Raumsonde „Lucy“ entdeckten die NASA-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen zum eigenen Erstaunen, dass der selbst gerade einmal 700 Meter große Asteroid Dinkinesh von einem kleineren Brocken umkreist wird. Neue Aufnahmen der Sonde sorgten nun für eine weitere Überraschung: Der Mini-Mond kommt ebenfalls nicht alleine daher.
Schon die erste Aufnahme vom Vorbeiflug an Dinkinesh (amharisch für „wunderbar“) vom 1. November 2023 waren für die NASA erstaunlich. Zeigten diese doch, dass es sich bei dem Asteroiden um ein binäres Paar zu handeln schien. Der große Hauptkörper wurde also von einem kleineren Felsbrocken, einem natürlichen Mond bzw. Satelliten begleitet.


Die erste Aufnahme der NASA-Sonde „Lucy“ zeigt den Hauptkörper des Asteroiden Dinkinesh und den „Aufgang“ seines Begleiters aus einer Distanz von rund 430 Kilometern. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.)
Copyright/Quelle: NASA/Goddard/SwRI/Johns Hopkins APL/NOIRLab

Schon zuvor hatten aus der Ferne festgestellte Helligkeitsveränderungen des Asteroiden auf einen solchen Begleiter hingedeutet. Auf der ersten Aufnahme blickte die Sonde derart auf den Asteroiden, dass die beiden Satellitenkörper perspektivisch wie einer wirken.

Gestartet am 16. Oktober 2021, soll die NASA-Sonde „Lucy“ die sechs Asteroiden aus der Gruppe der sogenannten Jupiter-Trojaner erforschen. Ein erstes Ziel erreichte Lucy am 1. November 2023, als sie sie am Hauptgürtelasteroiden Dinkinesh vorbeiflog. Das nächste Ziel ist der Asteroid Donaldjohanson im April 2025. Der Name der Mission bezieht sich auf das Fossil Lucy, ein 3,2 Millionen Jahre altes Teilskelett eines weiblichen Individuums des Hominiden Australopithecus afarensis. Analog dazu können die Jupiter-Trojaner als Fossilien der Planetenentstehung angesehen werden, da sie aus der Frühgeschichte des Sonnensystems datieren, als Planeten und andere Himmelskörper geformt wurden.[3] Das Australopithecus-Fossil selbst wurde nach dem Beatles-Song Lucy in the Sky with Diamonds benannt – auch das passt also bestens.
„Kontakt-Binäre scheinen im Sonnensystem recht häufig zu sein“, sagte John Spencer, stellvertretender Projektwissenschaftler der Lucy-Mission vom Southwest Research Institute (SwRi) „Wir haben bislang nicht viele aus der Nähe gesehen, und wir haben noch nie gesehen, wie einer einen anderen Asteroiden umkreist. Wir haben uns über merkwürdige Helligkeitsvariationen bei Dinkinesh gewundert, die wir bei der Annäherung gesehen haben, was uns erste Hinweise darauf gab, dass Dinkinesh vielleicht einen Mond von irgendwelcher Art hat, aber wir haben nicht etwas so Bizarreres vermutet!“


Weitere Daten der Sonde zeigten dann, dass der unerwartete Satellit von Dinkinesh selbst ein Kontakt-Binär ist. Er besteht also aus zwei kleineren Objekten, die sich berühren. Es ist das erste Mal, dass ein solcher Kontakt-Binär um einen anderen Asteroiden entdeckt wurde.
Copyright/Quelle: NASA/Goddard/SwRI/Johns Hopkins APL

„Es ist rätselhaft, um es milde auszudrücken“, fügt Lucy-Hauptermittler Hal Levison hinzu. „Ich hätte niemals ein System erwartet, das so aussieht. Insbesondere verstehe ich nicht, warum die beiden Komponenten des Satelliten ähnliche Größen haben. Das wird für die wissenschaftliche Gemeinschaft Spaß machen, das herauszufinden.“

Recherchequelle: NASA
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