(Carl Agee/University of New Mexico/MIT News) Bevor unser Sonnensystem Planeten hatte, gab es Planetesimale. Wissenschaftler glauben, dass die meisten Meteoriten, die die Erde getroffen haben, Fragmente dieser Planetesimale sind.
Wissenschaftler glauben auch, dass diese Planetesimale entweder sehr früh in ihrer Geschichte vollständig geschmolzen sind oder dass sie kaum mehr als Gesteinsansammlungen oder „Trümmerhaufen“ übrig geblieben sind.
Aber eine Familie von Meteoriten, die auf der ganzen Welt gefunden wurden, scheint von einem Planetesimal zu stammen, das sich diesem Trend widersetzte.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass diese eine Meteoritenfamilie anscheinend alle aus demselben Mutterkörper stammt. Und es liefert Beweise dafür, dass der Mutterkörper geschmolzen war und a Schutthaufen . Für Wissenschaftler ist das ein Rätsel.
Die neue Studie, die diese Ergebnisse präsentiert, trägt den Titel „ Meteoritenbeweise für teilweise Differenzierung und langwierige Akkretion von Planetesimalen '. Die Hauptautorin ist Clara Maurel, eine Doktorandin am Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS) des MIT. Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte .
Unser System zur Klassifizierung von Meteoriten geht davon aus, dass ein einzelner Mutterkörper nicht die Quelle sowohl geschmolzener (chondritischer) als auch ungeschmolzener (achondritischer) Meteoriten sein kann. Das ergibt sich aus unserem Verständnis der Entstehung von Planetesimalen.
Modelle zeigen, dass sie sich fast augenblicklich bilden, was verhindert, dass sie sowohl geschmolzen als auch ungeschmolzen sind. Es gibt seit langem die Hypothese, dass Planetesimale unterschieden werden könnten, die sowohl geschmolzene als auch ungeschmolzene Regionen aufweisen könnten, aber Beweise dafür waren bisher schwer zu finden.
Aber diese Studie könnte es gefunden haben. Es weist darauf hin, dass es bei Planetesimalen möglicherweise mehr Vielfalt gab, als wir denken. Dem Forscherteam zufolge muss der Mutterkörper einer seltenen Gruppe von Meteoriten, die auf der Erde gefunden wurden, differenziert gewesen sein und sowohl geschmolzene als auch ungeschmolzene Schichten aufweisen.
Es hatte auch einen flüssigen Metallkern. Und dieser Kern erzeugte ein starkes Magnetfeld.
„Dies ist ein Beispiel für ein Planetesimal, das geschmolzene und ungeschmolzene Schichten gehabt haben muss.“ „Es regt die Suche nach weiteren Beweisen für zusammengesetzte Planetenstrukturen an“, sagt Hauptautor Maurel in einem Pressemitteilung .
„Das Verständnis des gesamten Spektrums der Strukturen, von nicht geschmolzen bis vollständig geschmolzen, ist der Schlüssel zur Entschlüsselung der Entstehung von Planetesimalen im frühen Sonnensystem.“
Dieser Mutterkörper zeigt auch, dass unser Verständnis von Planetesimalen und ihrer Entstehung nicht umfassend ist. Einige aktuelle Vorschläge deuten darauf hin, dass die Bildung von Planetesimalen mehr als eine Million Jahre gedauert haben könnte, und diese Ergebnisse untermauern dies.
In diesem Zeitraum, so die Autoren, „könnte dies zu teilweise differenzierten inneren Strukturen geführt haben, wobei einzelne Körper Eisenkerne, achondritische Silikatmäntel und chondritische Krusten enthielten.“
Der Schlüssel bestand darin, Meteoriten zu finden, die diesen Prozess belegen, was den Autoren auch gelang. Sie heißen IIE-Eisen .
IIE-Meteoriten enthalten Hinweise auf alle Schichten eines teilweise differenzierten Körpers. (Maurel et al., 2020)
Die Geschichte dieser seltsamen Meteoriten beginnt in den frühen Tagen des Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Am Anfang war unser System nur eine wirbelnde Masse aus Gas und Staub.
Mit der Zeit kühlte es natürlich ab. Und feste Materie begann zu kollidieren und zu verschmelzen und wurde zu den ersten Planetesimalen. Diese Planetesimale sind die Quelle der meisten Meteoriten, die die Erde treffen, und die meisten Beweise deuten darauf hin, dass sie entweder von geschmolzenen (chondritischen) Körpern oder von ungeschmolzenen (achondritischen) Körpern stammen.
Unabhängig davon, ob sie geschmolzen waren oder nicht, glauben Forscher, dass sich diese Planetesimale schon relativ früh gebildet haben. Was vielleicht noch wichtiger ist: Sie hätten sich schnell gebildet, in weniger als ein paar Millionen Jahren.
Wenn sie sich früh genug gebildet hätten, hätten sie radiogene Elemente enthalten, die beim Zerfall in stabilere Elemente Wärme erzeugen. Zu Beginn der Geschichte des Sonnensystems gab es mehr radiogene Elemente, und die Hitze dieses Zerfalls hätte das gesamte Planetesimal zum Schmelzen bringen können.
Später entstandene Planetesimale hätten nicht weniger radiogenes Material gehabt und wären nicht geschmolzen. Das ist die schöne, aufgeräumte Version der Dinge, die uns bisher gute Dienste geleistet haben.
Wissenschaftler haben nicht viele Hinweise auf Körper gefunden, die zwischen diesen beiden Extremen liegen könnten, die sie als intermediäre Planetesimale bezeichnen. Diese Zwischenprodukte würden eine Mischung aus geschmolzenem und ungeschmolzenem Material aufweisen.
In dieser Studie konzentrierten sich die Forscher jedoch auf die IIE-Eisen-Meteoritenfamilie, die nach Ansicht des Teams ein Beweis für ein differenziertes Planetesimal mit einem magnetischen Kern ist.
Der Mont-Dieu-Meteorit aus den Ardennen in Frankreich ist ein IIE-Eisenmeteorit. (Meteorites.tv)
„Diese IIE-Eisen sind seltsame Meteoriten“, sagte Co-Autor Benjamin Weiss, Professor am EAPS.
„Sie weisen sowohl darauf hin, dass sie von Urobjekten stammen, die nie geschmolzen sind, als auch darauf, dass sie von einem Körper stammen, der vollständig oder zumindest weitgehend geschmolzen ist.“ „Wir wussten nicht, wo wir sie unterbringen sollten, und deshalb haben wir uns auf sie konzentriert.“
Das übergeordnete Planetesimal dieser seltsamen Kugeln war wahrscheinlich wie die Erde differenziert, mit einer festen Kruste und einem flüssigen Mantel. Das Forscherteam fragte sich aber auch, ob es einen metallischen Kern hatte, ähnlich wie die Erde.
„Ist dieses Objekt soweit geschmolzen, dass das Material in die Mitte gesunken ist und einen metallischen Kern wie den der Erde gebildet hat?“ Sagt Maurel. „Das war der fehlende Teil der Geschichte dieser Meteoriten.“
Aber der geschmolzene Eisenkern der Erde erzeugt ein starkes Magnetfeld. Wenn das Planetesimal einen metallischen Kern hätte, würde es dann nicht auch ein Feld erzeugen? Und gäbe es in den Meteoriten nicht Hinweise darauf?
Wenn einige geschmolzene Materialien in Gegenwart eines Magnetfelds erstarren, richten sie sich wie die Nadel eines Kompasses nach dem Feld aus. Manche Mineralien behalten diesen Beweis über Milliarden von Jahren hinweg.
Um das herauszufinden, fand das Team Proben von IIE-Eisenmeteoriten und testete sie im Lawrence Berkeley National Laboratory. Sie nutzten die Advanced Light Source (ALS) des Labors, die Röntgenstrahlen erzeugt, die mit Mineralkörnern interagieren.
Sie suchten nach einem Mineral aus Eisen und Nickel, das auf eine bestimmte Weise mit der Röntgenstrahlung interagiert. Diese Wechselwirkung im Nanometerbereich kann die magnetische Ausrichtung der Mineralien aufdecken.
Das Team fand heraus, was es vermutete: Elektronen in einigen Mineralkörnern waren magnetisch ausgerichtet. Das ist ein Beweis dafür, dass sie in einem Magnetfeld abgekühlt sind. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass das Magnetfeld des Planetesimals möglicherweise genauso stark war wie das der Erde.
Nach weiteren Analysen kamen die Forscher zu dem Schluss, dass das Magnetfeld dieselbe Quelle wie das der Erde hatte: einen Kern aus flüssigem Metall. Sie konnten auch die Größe dieses Metallkerns berechnen. Nach Angaben des Teams war der Kern wahrscheinlich mehrere Dutzend Kilometer breit.
Die Bildung dieser komplexen, gemischten Planetesimale mit sowohl geschmolzenen als auch festen Bestandteilen hätte länger gedauert. Mehrere Millionen Jahre, so Hauptautor Maurel. Und das ist viel länger, als bestehende Modelle zeigen.
Das Forscherteam hatte eine weitere Frage: Woher im Mutterkörper kamen diese Meteoriten?
Sie konnten nicht aus dem flüssigen Metallkern stammen, der das Magnetfeld erzeugte. Das liegt daran, dass die Meteoriten offensichtlich in Gegenwart eines Magnetfelds erstarrten und der Kern das Feld nur im flüssigen Zustand erzeugt. Meteoriten müssen von irgendwo außerhalb des Kerns gekommen sein, wo das Gestein in Gegenwart des Magnetfelds des flüssigen Kerns erstarrte.
Nach weiteren Arbeiten, einschließlich der Durchführung von Hochgeschwindigkeitssimulationen verschiedener Entstehungsszenarien der Meteoriten, hatten sie eine mögliche Antwort.
Ihre Simulationen zeigten, dass es möglich ist, dass sich Material aus dem Kern löst, wenn ein Mutterkörper mit einem geschmolzenen Kern mit einem anderen Objekt kollidiert. Dieses Material könnte näher an der Oberfläche landen, wo die Meteoriten herkamen.
(Maurel et al., 2020)
BILD: Diese Grafik aus der Studie zeigt Ergebnisse eines der Auswirkungsszenarien. Es zeigt ein differenziertes Planetesimal mit einem Radius von 170 km, einschließlich eines Eisenkerns mit einem Radius von 60 km und einer äußeren Schicht mit einem Radius von 110 km. Auf der linken Hälfte jedes Panels sind die Bestandteile des Körpers und auf der rechten Hälfte die Temperatur angegeben. Am Ende des Materials werden kleine Mengen des Kerns in die obere Hälfte der Außenschicht gelegt
„Wenn der Körper abkühlt, prägen die Meteoriten in diesen Taschen dieses Magnetfeld in ihre Mineralien ein.“ „Irgendwann wird das Magnetfeld abklingen, aber der Abdruck bleibt bestehen“, sagt Maurel.
„Später wird dieser Körper viele weitere Kollisionen erleiden, bis es zu den endgültigen Kollisionen kommt, die diese Meteoriten auf die Flugbahn der Erde bringen.“
Was für eine lange, qualvolle Geschichte für ein Stück Fels.
Die letzte Frage bei all dem ist: Wie häufig sind diese differenzierten Planetesimale? War das ein Ausreißer oder gibt es noch viel mehr davon?
Diese Antwort liegt vorerst außer Reichweite. Aber was auch immer die Antwort ist, wir werden sie wahrscheinlich in der finden Asteroid Gürtel, Heimat von Legionen ursprünglicher Felsobjekte.
„Die meisten Körper im Asteroidengürtel erscheinen auf ihrer Oberfläche ungeschmolzen“, sagt Weiss. „Wenn wir irgendwann in der Lage sind, in das Innere von Asteroiden zu blicken, könnten wir diese Idee testen.“ „Vielleicht sind einige Asteroiden im Inneren geschmolzen, und Körper wie dieses Planetesimal kommen tatsächlich häufig vor.“
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .