Das Zeitalter der Magmabomben

Am Anfang war der Staub. Denn als die Sonne vor 4,57 Milliarden Jahren zu leuchten begann, war sie von einem dichten Nebel umgeben, einer Scheibe aus Staubteilchen und Gasmolekülen. Doch mit der Zeit dünnten die Gase aus, und aus den winzigen Staubpartikeln wuchsen mehrere bis zu 100 Kilometer große Planeten-Embryos heran. Eine wichtige Station dabei waren die sogenannten Chondren (von dem griechischen Wort für „Korn”): Mit diesen millimetergroßen Silikatkügelchen wurde das Sonnensystem etwa 1,5 Millionen Jahre nach seiner Entstehung förmlich überschwemmt.

„Die Chondren machten wahrscheinlich die Hälfte vom Baumaterial der Gesteinsplaneten aus”, sagt Andreas Pack von der Universität Göttingen. Heutzutage finden sie sich nur noch in bestimmten Gesteinsmeteoriten, den Chondriten. Die bestehen bis zu 80 Prozent aus den Kügelchen. Und bei den Meteoriten, die auf die Erde fallen, haben Chondriten wiederum einen Anteil von etwa 90 Prozent. „Der Prozess, der die Chondren erzeugt hat, muss also sehr wichtig gewesen sein”, folgert Pack. Dennoch wissen die Planetenforscher überaus wenig darüber.

Aus der Struktur der Körnchen lässt sich schließen, dass sie einmal geschmolzen waren, blitzartig erhitzt und ebenso plötzlich wieder abgeschreckt wurden. Doch welcher Prozess hat frei schwebende Staubflocken in Magmatröpfchen verwandelt? Dazu existieren zahlreiche Hypothesen. Die Chondren könnten in der Nähe der Sonne geschmolzen und dann in kühlere Gefilde getrieben sein. Vielleicht haben auch Blitze oder gewaltige Sonneneruptionen den Urnebel durchglüht. „Das derzeit favorisierte Szenario besagt, dass Schockwellen den Staub zusammenpressten und dadurch erhitzten”, sagt Herbert Palme vom Forschungsinstitut Senckenberg in Frankfurt.

STAUB VOM URNEBEL

Doch mit dieser Vorstellung gibt es Probleme. Zum Beispiel: Die Chondren sind in den Meteoriten stets in feinkörniges Füllmaterial eingebettet, das nie geschmolzen war. Dieser Urnebel-Staub enthält manchmal sogar „präsolare” Körnchen, die älter sind als die Sonne. „Wie es physikalisch möglich gewesen sein soll, diesen Staub von den geschmolzenen Chondren zu isolieren, verstehe ich überhaupt nicht”, sagt Andreas Pack.

Nun hat eine Gruppe von Physikern eine Theorie aus den 1980er-Jahren wiederbelebt. Ihr zufolge verklumpten die Chondren gar nicht direkt im Urnebel, sondern sind Bruchstücke – genauer gesagt Spritzer – von größeren Himmelskörpern. Erik Asphaug von der University of California in Santa Cruz und Ian Sanders vom Trinity College in Dublin vermuten, dass die Chondren bei Kollisionen von 10 bis 100 Kilometer großen Baby-Planeten entstanden sind, „Planetesimale” genannt. Sie waren nach neuen Erkenntnissen keine festen Körper, sondern flüssige Glutbälle, allenfalls von einer dünnen Kruste überzogen. Wenn solche Magmabomben zusammenstießen, spien sie Fontänen millimetergroßer Tröpfchen ins All, zeigen Rechnungen der Forscher. „Unser Modell erklärt vieles, das bislang rätselhaft war”, sagte Erik Asphaug vor wenigen Monaten auf der Lunar and Planetary Science Conference in der Nähe von Houston im US-Bundesstaat Texas.

RADIOAKTIVE HEIZUNG

Einige Forscher haben allerdings Probleme mit der Hypothese. „ Selbst die Chondren in einem einzigen Meteoriten sind chemisch so unterschiedlich, dass sie kaum aus einem geschmolzenen – also gut durchmischten – Mutterkörper stammen können”, kritisiert Addi Bischoff von der Universität Münster. Klar ist den Wissenschaftlern allerdings, dass die lange etablierte Chronologie der Ereignisse im jungen Sonnensystem nicht mehr gilt. „Wir wissen inzwischen, dass es bereits erste Planetesimale gab, als die Chondren entstanden”, sagt Ian Sanders. Bis vor Kurzem nahmen die meisten Forscher an, dass die Chondren zu den ersten festen Gebilden im solaren Urnebel zählten. Doch inzwischen haben die radioaktiven Uhren der Planetenforscher gezeigt, dass einige Eisenmeteoriten älter sind als die Chondren. Das bedeutet: Wenige Hunderttausend Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems gab es offenbar bereits Planetesimale mit einem Durchmesser von einigen Dutzend Kilometern. Da damals noch viele kurzlebige radioaktive Elemente im Umlauf waren, die eine Supernova in der Nähe ins All geblasen hatte, heizten sich die Planetesimale auf und schmolzen – das schwere Eisen sank ins Zentrum der Glutbälle.

KOSMISCHE KARAMBOLAGEN

Die junge Sonne wurde also vermutlich von einigen Tausend Magmabomben umkreist. Nun hat ein Team um Erik Asphaug berechnet, wie die Karambolagen solcher Glutbälle abliefen. Zunächst waren die Kollisionen unspektakulär, weil alle Planetesimale mit ähnlicher Geschwindigkeit um die Sonne kreisten. Wenn sich einmal zwei zu nahe kamen, dann kollidierten sie gleichsam im Zeitlupentempo und verschmolzen nahezu vollständig.

Doch mit der Zeit begannen die wachsenden Baby-Planeten einander zu stören. Ihre Bahnen veränderten sich, sie prallten mit größerer Wucht aufeinander. „Diese Kollisionen waren immer noch recht langsam, etwa wie bei einem Autounfall”, erläutert Asphaug. Daher entstanden keine „geschockten” Mineralien, wie man sie von Hochgeschwindigkeitseinschlägen auf der Erde kennt. Trotzdem hinterließen die Crashs reichlich Schrott. Asphaugs Simulationen zeigen, dass kleinere Planetesimale förmlich zerplatzten, wenn sie auf etwas größere Himmelskörper krachten. Dabei ergoss sich ein Regen aus Schmelztröpfchen ins All – „wie aus der Düse eines Gartenschlauchs”, veranschaulicht es der amerikanische Forscher. Diese Spritzer wurden seiner Meinung nach zu Chondren, als sie nach wenigen Stunden erstarrten.

DIE MÜTTER DER CHONDRITEN

Ein Großteil der Kügelchen verschmolz bei weiteren Umläufen um die Sonne dann doch noch mit dem größeren Unfallpartner. Die Reste ballten sich später mit dem mittlerweile ausgedünnten Urnebel-Staub zusammen, der den Raum zwischen den Magmabällen füllte. Als die Heizkraft des radioaktiven Zerfalls nach wenigen Jahrmillionen erheblich nachgelassen hatte, schmolzen neue Planetesimale nicht mehr, sondern bewahrten ihre ursprünglichen Bestandteile. Sie wurden die Mutterkörper der Chondriten – eine bunte Mischung aus Chondren, präsolaren Körnchen und verfestigtem Urstaub.

Nur wenige Planetesimale überlebten die Planetenbildung. Die ausrangierten Trümmerstücke landeten schließlich im Planetoidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Wenn heutzutage zwei davon zusammenstoßen – was immer wieder geschieht –, dann bilden sich keine Tropfen, sondern feste Bruchstücke fliegen in alle Richtungen davon. Etliche geraten innerhalb einiger Millionen Jahre auf Kollisionskurs mit der Erde und fallen als Meteoriten vom Himmel. Die geheimnisvollen Steine, meist schwarz und von einer zerfurchten Schmelzkruste umgeben, sind die letzten Überbleibsel aus einer bewegten Zeit. ■

UTE KEHSE, Wissenschaftsjournalistin in Delmenhorst, hat schon mehrfach über die Frühzeit des Sonnensystems berichtet, zuletzt in 6/2011.

von Ute Kehse