Meteorit verrät: Frühes Sonnensystem hatte mondgroße Welten

Ein Großteil der modernen Astronomie dreht sich um die Erforschung seltsamer fremder Welten – von den Planeten und Monden der Sonne bis hin zu den Tausenden von bekannten Exoplaneten, die andere Sterne umkreisen. Doch wie sieht es mit einer Welt aus, die nie ganz fertig wurde? Hinweise auf eine solche scheint eine Forschungsgruppe in einer neuen Studie entdeckt zu haben, die in der Fachzeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurde.

Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung eines etwa 4,56 Milliarden Jahre alten Meteoriten, der 2019 in der Sahara gefunden wurde, stellte das Team fest, dass der urzeitliche Weltraumgesteinsbrocken wahrscheinlich aus den Hochdrucktiefen eines massereichen, vielleicht mondgroßen, längst verlorenen Protoplaneten aus den frühesten Epochen des Sonnensystems stammen könnte. Der Meteorit mit der Bezeichnung NWA 12774 – die Abkürzung NWA steht für North West Africa – gehört zu einer sehr seltenen Klasse namens Angrit. Diese nach ihrem Prototypen Angra dos Reis benannte Klasse zählt zu den ältesten bekannten vulkanischen Gesteinen. Von den etwa 80.000 katalogisierten Meteoriten sind weniger als 70 Angrite.

Trotz ihrer Seltenheit und ihres extrem hohen Alters gingen viele Wissenschaftler bisher davon aus, dass es sich um Fragmente handelte, die von größeren Asteroiden freigesetzt wurden. Die Idee eines großen Mutterkörpers war zwar schon früher aufgekommen, aber „die meisten Menschen hatten Angrite als von einem kleinen, asteroidenartigen Körper stammend betrachtet“, meint Aaron Bell, experimenteller Petrologe an der University of Colorado Boulder und Hauptautor der neuen Studie. „Wir haben das einfach akzeptiert, weil es keine gegenteiligen Beweise gab.“

Bell und seine Kollegen begannen, diese Annahme zu überdenken, als ihre Untersuchung von NWA 12774 zeigte, dass die Kristalle der Silikatmineralgruppe der Klinopyroxene in dem Meteoriten besonders große Mengen an Aluminium enthielten. Dies ist ein eindeutiger Hinweis darauf, dass sich diese Kristalle unter hohem Druck innerhalb eines größeren Mutterkörpers gebildet haben. „Das war das blinkende rote Warnlicht, das darauf hindeutete, dass an diesem Meteoriten etwas Ungewöhnliches war“, sagt Bell.

Um herauszufinden, wie viel Druck diese seltsame Signatur erforderte, mussten Bell und sein Team ein eigenes Werkzeug entwickeln, ein sogenanntes Geobarometer auf der Basis von Klinopyroxen. Die Idee ist relativ einfach: Ist die genaue Zusammensetzung des aluminiumreichen Klinopyroxens bekannt und lässt sich daraus die wahrscheinlichste chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Gesteins ableiten, aus dem es entstanden ist, so lassen sich diese Informationen in ein Computermodell einspeisen, um die physikalischen Eigenschaften des ursprünglichen Mutterkörpers einzugrenzen. „Es liegt eine gewisse Schönheit darin, dieser Argumentationskette zu folgen, von der atomaren Ebene bis hin zu einer verlorenen Welt“, meint Bell.

Nach etwa einem Jahr für Entwicklung und sorgfältiger Überprüfung des Modells wandte das Team sein neues Geobarometer auf dem Meteoriten NWA 12774 an. Was sie fanden, war erstaunlich: Der Klinopyroxen dieses Angrits muss sich bei einem Druck von mindestens 17,5 Kilobar gebildet haben. Das entspricht mehr als dem 17.500-fachen Druck der irdischen Atmosphäre und mehr als dem 15-fachen des Drucks, den man am tiefsten Punkt der Ozeane der Erde spüren würde. Er liegt somit viel höher, als es in einem Asteroiden möglich sein sollte.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Mutterkörper von NWA 12774 wesentlich größer war als ein typisches Mitglied des Asteroidengürtels. Bell und seine Kollegen berechnen, dass sein Mindestradius etwa 1000 Kilometer betragen hätte. Andere Hinweise deuten darauf hin, dass der Mutterkörper sogar noch größer gewesen sein könnte; die Kristalle weisen noch immer scharfe Kanten auf. Sie wären abgeschmolzen worden, wenn sie sich zu tief unter der Oberfläche befunden hätten. Daraus leitet die Gruppe ab, dass sich der Klinopyroxen möglicherweise in relativ geringer Tiefe innerhalb eines Objekts von etwa 1800 Kilometern Durchmesser gebildet hat – fast so groß wie der Mond der Erde. Bell untersucht sogar eine Hypothese, wonach die Größe des Objekts der des Mars nahekommen könnte, also etwa 6600 Kilometer Durchmesser.

„Insgesamt ist es eine sehr fundierte Studie“, stellt Carl Agee fest, der an der University of New Mexico auf dem Gebiet der Meteoritenkunde forscht und nicht an der neuen Arbeit beteiligt war. „Ich glaube nicht, dass wir an einem Punkt angelangt sind, an dem wir zweifelsfrei bewiesen haben, dass es im Sonnensystem einen sehr großen frühen Planeten oder Himmelskörper gab, der diesen Drücken ausgesetzt war. Aber dieser eine bestimmte Angrit scheint zu dieser Vorstellung zu passen.“

Auch andere Indizien deuten darauf hin, dass in den frühen Epochen unseres Sonnensystems erschreckend große Objekte umherwanderten. So geht man beispielsweise davon aus, dass der Erdmond durch den Einschlag eines marsgroßen Objekts entstanden ist, das unseren Planeten traf, als unsere Welt zwischen 60 und 140 Millionen Jahre alt war. Abgesehen von der Frage, wie ein Angrite hervorbringender Protoplanet so früh entstanden sein könnte, sind die Einzelheiten seines Untergangs unbekannt. Vielleicht, so Bell, wurde das Objekt durch Kollisionen auseinandergerissen, woraufhin sein Material in die heutigen terrestrischen Planeten einging. „Oder aber alle seine Fragmente könnten sich im Asteroidengürtel verstreut haben, um im Lauf der Jahrmillionen als Angrite herabzuregnen“, vermutet William Bottke, ein Planetenforscher am Southwest Research Institute, der nicht an der Studie beteiligt war.

Es wird jedoch wahrscheinlich nicht einfach sein, weitere Beweise für diesen großen Mutterkörper zu sammeln. „Wir treten in eine neue Ära ein, und es gibt noch viel zu bestätigen“, so Tissot. Zwar hofft er, dass die Untersuchung bisher wenig beachteter Meteoriten dazu beitragen könnte, diese Theorie zu untermauern, gleichzeitig ist es jedoch eine schwierige Frage, wie viele Überreste oder Fragmente sehr großer Körper wir tatsächlich finden werden. Auch für Bell liegt die Antwort wahrscheinlich in Meteoriten, die vielleicht übersehen wurden. „Die Leute lieben NASA-Missionen, bei denen wir Proben sammeln und sie zur Erde zurückbringen“, sagt er. „Aber wir haben wirklich bereits eine riesige Vielfalt an Meteoriten auf der Erde.“ Vielleicht, so meint er, werde der nächste große Durchbruch bei der Erforschung der frühesten Geschichte unseres Sonnensystems nicht durch die Erkundung einer fernen Welt kommen, sondern vielmehr durch die Untersuchung von Proben von Weltraumgestein, die aus abgelegenen Regionen der Erde oder sogar aus einer staubigen Schublade in einem Museum stammen.