Donnerstag, 14. Februar 2013

Computersimulation bestätigen: Doppeleinschlag gab Protoplaneten Vesta seine heutige Form

Eine Momentaufnahme aus der 3D-Simulation: Die Kollision des Asteroiden Vesta mit einem rund zehnmal kleineren Asteroiden jagt gigantische Massen von Material hoch. | Copyright: Martin Jutzi, CSH, Universität Bern / Pascal Coderay, EPFL 

Bern (Schweiz) - Basierend auf den Bild- und Messdaten der Weltraummission "Dawn" zum Asteroiden bzw. Protoplaneten Vesta konnten Schweizer Astrophysiker nun zeigen, wie mit Computersimulationen Kollisionen mit anderen Himmelskörpern rekonstruiert und sogar die innere Struktur von sogenannten Planetenvorläufern beschrieben werden können. Am Beispiel von Vesta bestätigen die Simulationen, dass die Form des Himmelskörpers durch zwei große Einschläge bestimmt wurde.

Wie die Forscher um Martin Jutzi vom Center for Space and Habitability (CSH) an der Universität Bern in der aktuellen Titelgeschichte des Fachmagazins "Nature" berichten, bilden Asteroiden aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter  aufgrund ihrer urtümlichen Zusammensetzung, die sich seit der Entstehung des Sonnensystems kaum verändert hat, unschätzbare Informationen zur Entstehung unseres Sonnensystems.

Einem Asteroid namens Vesta gilt in der Forschung besondere Aufmerksamkeit: Mit seinen rund 500 Kilometern Durchmesser gehört er zu den drei größten Asteroiden und wird als Protoplanet (Planetenvorläufer) betrachtet. Zudem ist er der einzige bekannte Asteroid, der eine erdähnliche Struktur aufweist - mit einem Kern, einem Mantel und einer Kruste (...wir berichteten).


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Mit einer dreidimensionalen Computersimulation konnten die Forscher um Martin Jutzi nun präzise rekonstruieren, wie Vesta vor über einer Milliarde Jahre zweimal mit anderen Asteroiden zusammenstieß und zugleich zeigen, dass der Protoplanet diesen Kollisionen seine heutige elliptische Gestalt verdankt, die auch in seiner Oberflächenstruktur hinterlassen haben.

Die Simulationen erlauben zudem erstmals detaillierte Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Eigenschaften des Innenlebens von Vesta. Dies trägt dazu bei, die Entwicklungsgeschichte des Sonnensystems besser zu verstehen. Die Planetenbildung beruht nämlich maßgeblich auf Kollisionen zwischen Himmelskörpern. "Unsere Methode ermöglicht besonders aufschlussreiche Auswertungen von Bild- und Messdaten aus Weltraummissionen", so Martin Jutzi.

Zuvor hatten  schon Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop "Hubble" erste Hinweise auf einen riesigen Krater am Südpol des Asteroiden Vesta geliefert. Dann startete 2007 die Sonde "Dawn" der NASA ihre Weltraum- und Zeitreise in die Vergangenheit des Sonnensystems. Ab Sommer 2011 kreiste sie ein Jahr lang auf einer nahen Umlaufbahn um Vesta. Bilder im visuellen Bereich sowie weitere Messdaten lieferten Informationen über die Topografie des Asteroiden sowie über die Zusammensetzung der Mineralien, die an seiner Oberfläche sichtbar sind. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die von Hubble beobachtete Vertiefung am Südpol aus zwei teilweise überlappenden Kratern besteht.

Von diesen Informationen ausgehend, zeigen nun die Computersimulationen von Jutzis Team, wie zwei nacheinander erfolgte Einschläge von Himmelskörpern genau zur Bildung der beobachteten überlappenden Krater geführt haben "Diese überspannen beinahe die ganze südliche Hemisphäre von Vesta", so die Forscher. "Die Modellierungen zeigen Größe (66 und 64 Kilometer Durchmesser), Geschwindigkeit (5.4 Kilometer pro Sekunde) und Einschlagwinkel der Körper, die mit Vesta kollidierten. Dies verrät viel über die Art der Objekte, die sich vor einer Milliarde Jahre in der Nähe des Protoplaneten befanden."



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Form und Topographie von Vestas südlicher Hemisphäre stimmen zwischen den Schlussbildern der Simulationen und den Bild- und Messdaten der "Dawn"-Mission tatsächlich sehr gut überein. Die Modelle reproduzieren sogar genauestens die spiralförmigen Strukturen im Inneren des jüngsten Kraters, die auf Bildern der "Dawn"-Mission sichtbar sind. "Dies zeigt wie zuverlässig unsere Methode ist", zeigt sich Jutzi über das Ergebnis erfreut.

Die Forscher gehen davon aus, dass die Modelle auch Informationen über bisher verborgene Eigenschaften von Vesta liefern. So verraten die Simulationen zum Beispiel, dass das von den Einschlägen ausgeworfene Material aus Tiefen von bis zu 100 Kilometern stammt. "Wir können anhand der Verteilung und Art dieses Materials die verschiedenen inneren Schichten, aus denen Vesta zusammengesetzt ist, präzise rekonstruieren", erläutert Philippe Gillet, Direktor des Earth and Planetary Science Laboratory der EPFL, das an der Simulation mitbeteiligt war.

"Dass wir nun auch in das Innere solcher Planetenvorläufer blicken können, ermöglicht ganz neue Perspektiven bei der Erforschung der Geschichte unseres Sonnensystems", sagt Jutzi abschließend.

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