Sprudelndes Natrium könnte die kometenähnliche Aktivität des Asteroiden Phaethon erklären

Modelle und Labortests deuten darauf hin, daß der Asteroid bei seiner Umlaufbahn in der Nähe der Sonne Natriumdampf ablassen könnte, was seine Helligkeitszunahme erklärt.

Wenn ein Komet durch das innere Sonnensystem saust, erwärmt die Sonne ihn, wodurch Eis unter der Oberfläche in den Weltraum verdampft. Der ausströmende Dampf löst Staub und Gestein, und das Gas erzeugt einen hellen Schweif, der sich wie ein ätherischer Schleier über Millionen von Kilometern vom Kern entfernt erstrecken kann.

Während Kometen viele verschiedene Eisarten enthalten, bestehen Asteroiden hauptsächlich aus Gestein und sind nicht dafür bekannt, solche majestätischen Darstellungen zu erzeugen. Aber eine neue Studie untersucht, wie der erdnahe Asteroid Phaethon tatsächlich eine kometenähnliche Aktivität aufweisen kann, obwohl ihm signifikante Mengen an Eis fehlen.

Der 5,8 Kilometer breite Asteroid, der als Quelle des jährlichen Geminiden-Meteorschauers bekannt ist, hellt sich auf, wenn er sich der Sonne nähert. Kometen verhalten sich typischerweise so: Wenn sie sich erwärmen, verdampfen ihre eisigen Oberflächen, wodurch sie aktiver werden und heller werden, da die entweichenden Gase und der Staub mehr Sonnenlicht streuen. Aber was bewirkt, daß Phaethon heller wird, wenn nicht das verdampfende Eis?

Der Übeltäter könnte Natrium sein. Wie die Autoren der neuen Studie erklären, bringt Phaethons verlängerte 524-Tage-Umlaufbahn das Objekt gut in die Umlaufbahn von Merkur, währenddessen die Sonne die Oberfläche des Asteroiden auf etwa 750° Celsius erhitzt. Bei einer so warmen Umlaufbahn wäre jedes Wasser-, Kohlendioxid- oder Kohlenmonoxid-Eis in der Nähe der Oberfläche des Asteroiden schon vor langer Zeit ausgebrannt worden. Aber bei dieser Temperatur könnte Natrium aus dem Gestein des Asteroiden in den Weltraum sprudeln.

„Phaethon ist ein merkwürdiges Objekt, das aktiv wird, wenn es sich der Sonne nähert“, sagte Studienleiter Joseph Masiero, Wissenschaftler am IPAC, einer Forschungsorganisation am Caltech. „Wir wissen, daß es sich um einen Asteroiden und die Quelle der Geminiden handelt. Aber es enthält wenig bis gar kein Eis, daher waren wir fasziniert von der Möglichkeit, daß Natrium, das in Asteroiden relativ reichlich vorhanden ist, das Element sein könnte, das diese Aktivität antreibt.“

Masiero und sein Team ließen sich von Beobachtungen der Geminiden inspirieren. Wenn Meteoroiden – kleine Gesteinsbrocken aus dem Weltraum – als Meteore durch die Erdatmosphäre streifen, zerfallen sie. Aber bevor sie es tun, bewirkt die Reibung mit der Atmosphäre, daß die Luft um die Meteoroiden eine Erwärmung um Tausende von Grad erreicht und Licht erzeugt. Die Farbe dieses Lichts repräsentiert die darin enthaltenen Elemente. Natrium zum Beispiel erzeugt einen orangefarbenen Farbton. Die Geminiden sind bekannt dafür, wenig Natrium zu haben.

Bisher ging man davon aus, daß diese kleinen Gesteinsbrocken nach dem Verlassen des Asteroiden irgendwie ihr Natrium verloren haben. Diese neue Studie legt nahe, daß das Natrium tatsächlich eine Schlüsselrolle beim Ausstoßen der Geminiden-Meteoroiden von Phaethons Oberfläche spielen könnte.

Die Forscher gehen davon aus, daß sich sein Natrium erwärmt und verdampft, wenn sich der Asteroid der Sonne nähert. Dieser Prozess hätte die Natriumoberfläche schon vor langer Zeit erschöpft, aber das Natrium im Asteroiden erwärmt sich immer noch, verdampft und sprudelt durch Risse und Spalten in Phaethons äußerster Kruste in den Weltraum. Diese Jets würden genug Schwung liefern, um den felsigen Schutt von seiner Oberfläche zu schleudern. Das sprudelnde Natrium könnte also nicht nur die kometenartige Aufhellung des Asteroiden erklären, sondern auch, wie die Geminiden-Meteoroiden aus dem Asteroiden ausgestoßen werden und warum sie wenig Natrium enthalten.

„Asteroiden wie Phaethon haben eine sehr schwache Gravitation, daher braucht es nicht viel Kraft, um Trümmer von der Oberfläche zu treten oder Gestein aus einer Fraktur zu lösen“, sagte Björn Davidsson, Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien und Co -Autor der Studie. „Unsere Modelle legen nahe, daß dafür nur sehr geringe Mengen Natrium erforderlich sind – nichts Explosives wie der ausbrechende Dampf von der Oberfläche eines eisigen Kometen; es ist eher ein stetiges Sprudeln.“

Um herauszufinden, ob sich Natrium in Dampf verwandelt und aus dem Gestein eines Asteroiden entweicht, testeten die Forscher Proben des Allende-Meteoriten, der 1969 über Mexiko fiel, in einem Labor am JPL. Der Meteorit stammt möglicherweise von einem mit Phaethon vergleichbaren Asteroiden und gehört zu einer Klasse von Meteoriten, die als kohlenstoffhaltige Chondrite bezeichnet werden und sich in den frühesten Tagen des Sonnensystems bildeten. Die Forscher erhitzten dann die Meteoritensplitter auf die höchste Temperatur, die Phaethon bei seiner Annäherung an die Sonne erleben würde.

„Diese Temperatur liegt ungefähr an dem Punkt, an dem Natrium aus seinen Gesteinsbestandteilen entweicht“, sagte Yang Liu, Wissenschaftler am JPL und Mitautor der Studie. „Also haben wir diesen Erwärmungseffekt über einen „Tag“ auf Phaethon simuliert – seine dreistündige Rotationsperiode – und beim Vergleich der Mineralien der Proben vor und nach unseren Labortests ging das Natrium verloren, während die anderen Elemente übrig waren. Dies deutet darauf hin, daß dasselbe auf Phaethon passieren könnte und scheint mit den Ergebnissen unserer Modelle übereinzustimmen.“

Die neue Studie unterstützt eine wachsende Zahl von Beweisen dafür, daß die Kategorisierung kleiner Objekte in unserem Sonnensystem als „Asteroiden“ und „Kometen“ zu stark vereinfacht ist, je nachdem, wie viel Eis sie enthalten, sondern auch, welche Elemente bei höheren Temperaturen verdampfen.

„Unser neuestes Ergebnis ist, daß Natrium, wenn die Bedingungen stimmen, die Natur einiger aktiver Asteroiden erklären kann, wodurch das Spektrum zwischen Asteroiden und Kometen noch komplexer wird, als wir bisher dachten“, sagte Masiero.

Die Studie mit dem Titel „Volatility of Sodium in Carbonaceous Chondrites at Temperatures Consistent with Low-Perihelia Asteroids“ wurde am 16. August 2021 im The Planetary Science Journal veröffentlicht.


Quelle


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