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Seltene Asteroidengranulate bringen uralte Chemie zur Erde
Zwei mikroskopisch kleine Fragmente, die von JAXA im Rahmen der Hayabusa2‑Mission zurückgebracht wurden, bieten Wissenschaftlern einen beispiellosen Einblick in chemische Prozesse aus den frühesten Tagen des Sonnensystems. 2020 gesammelt und zur Erde geliefert, stammen diese Körner aus unterschiedlichen Tiefen des kohlenstoffreichen Asteroiden Ryugu: eines von der freigelegten Oberfläche und eines aus dem Inneren. Zusammengenommen funktionieren sie wie konservierte Zeitkapseln, die mineralogische und chemische Signaturen bewahren, die auf der Erde längst durch Tektonik, Verwitterung und biologische Umlagerung ausgelöscht wurden.
Insgesamt wurden nur 5,4 Gramm Material von Ryugu zurückgebracht, und das internationale Forscherteam unter Leitung des Geowissenschaftlers Paul Northrup erhielt für detaillierte Untersuchungen lediglich 9,3 Milligramm. Wegen dieser Knappheit waren nicht‑destruktive, hochpräzise Bildgebungs‑ und Kartierungstechniken unerlässlich, um mit minimalem Probenverbrauch maximal viele Informationen zu gewinnen.
Wissenschaftlicher Hintergrund und Missionskontext
Hochauflösender Schnitt eines Ryugu‑Korns, der Selen (rot), Eisen (grün) und Mangan (blau) zeigt. (BNL)
Ryugu ist ein kohlenstoffreicher Asteroid, eine primitive Klasse von Körpern, die reich an organischem Material, hydratisierten Mineralen und flüchtigen Elementen sind. Diese Objekte bildeten sich in den äußeren Regionen des frühen Sonnensystems und haben vergleichsweise wenig Umwandlung erfahren, sodass sie Aufzeichnungen der Chemie der solaren Nebelwolke, wassergeringer Reaktionen und des Elementbestandes bewahren, der junge Planeten versorgte.
Hayabusa2 wurde entwickelt, um unverfälschte Proben in irdische Labore zurückzubringen. Der Vorteil von Proben‑Rückführungsmissionen liegt darin, dass terrestrische Labore Instrumente bereitstellen können, die nicht in den Weltraum flugfähig sind: Synchrotron‑Röntgenstrahlplätze, Elektronenmikroskope und Massenspektrometer, die Spurenelemente nachweisen und deren räumliche Verteilung auf Untermikrometerskalen kartieren können. Da die Erde den größten Teil ihrer frühesten Kruste recycelt hat, liefern asteroidenähnliche Fragmente wie Ryugu die besten noch vorhandenen Archive primordionaler Materialien des Sonnensystems.
Analyse der Mission und Bildgebungsverfahren
Energiekarte eines Ryugu‑Korns, die Phosphor, Schwefel und Silizium zeigt. (Northrup et al., Geosciences, 2025)
Northrup und Kollegen verwendeten zwei komplementäre Röntgenbildgebungsansätze, um Außen‑ und Innenbereich jedes Korns zu untersuchen, ohne die Proben zu zerstören. Mithilfe fortschrittlicher, nicht‑destruktiver Röntgenkartierung und tomographischer Bildgebung identifizierte das Team eine Reihe von Elementen und Mineralphasen, darunter Selen, Mangan, Eisen, Schwefel, Phosphor, Silizium und Calcium. Diese Elementkarten zeigen, wie Elemente räumlich assoziiert sind — ein Schlüssel zum Lesen der Geschichte wäßriger Alteration und Mineralabscheidung auf dem Mutterkörper.
Nicht‑destruktive Bildgebung: warum sie wichtig ist
Nicht‑destruktive Techniken erlauben es Forschern, den begrenzten Probenbestand zu bewahren und zugleich chemische Heterogenitäten auf Mikrometer‑ und Submikrometerskalen aufzulösen. Wie Northrup betont hat, ist diese Fähigkeit entscheidend, wenn Hunderte von Forschern Zugang zu winzigen Aliquots einer der wertvollsten Probenmengen des Sonnensystems wünschen. Solche Methoden sind zentral für die Analyse von Ryugu‑Proben und anderen Rückführungsmissionen.
Wichtigste Entdeckung: ein Phosphid und ein neues hydriertes Phosphatmineral
Ein bemerkenswertes Ergebnis, berichtet in einer Röntgenstudie von 2024 und weiter ausgeführt in einer Pressemitteilung des Brookhaven National Laboratory, war die Identifizierung von Phosphor in zwei unterschiedlichen chemischen Kontexten innerhalb der Ryugu‑Körner: einerseits eine Phosphat‑Form, ähnlich den Mineralien, die auf der Erde in Zähnen und Knochen vorkommen, und andererseits eine seltenere Phosphid‑Form, die zuvor in der terrestrischen Geologie nicht beobachtet wurde. In detaillierteren mineralogischen Analysen später im Jahr 2024 wurde in dem Ryugu‑Material hydriertes Ammonium‑Magnesium‑Phosphat (HAMP) nachgewiesen. HAMP ist ein kristallines, hydratisiertes Ammonium‑Magnesium‑Phosphat‑Mineral, das auf der Erde nicht natürlich vorkommt und an Struvit erinnert, ein Ammoniumphosphat‑Mineral, das mit biologischen Prozessen in Verbindung gebracht wird.
Struvit wird häufig mit biologisch vermittelter Ausfällung in Verbindung gebracht und ist ein Hauptbestandteil bestimmter Nierensteine auf der Erde. Der Fund von HAMP in einer außerirdischen Probe ist bedeutsam, weil er nahelegt, dass Ammonium, Magnesium und Phosphat unter den im Weltraum herrschenden Bedingungen zu kristallinen, hydratisierten Phasen zusammenfinden können — unter Umständen, die sich deutlich von denen auf unserem Planeten unterscheiden.
Folgen für die Phosphorlieferung und die präbiotische Chemie
Phosphor ist ein für das Leben essentielles Element, das an Energieübertragung (ATP), der genetischen Rückgratchemie (DNA und RNA) und Zellmembranen (Phospholipide) beteiligt ist. Der Nachweis von Phosphat und ungewöhnlichen Phosphorverbindungen in primitivem asteroidalem Material stützt Modelle, in denen Asteroiden und Meteorite bioverfügbaren Phosphor zur frühen Erde geliefert haben. Das Vorkommen eines ammoniumhaltigen hydratisierten Phosphatminerals wirft neue Fragen zur Redox‑ und Flüssigkeitschemie auf dem Mutterkörper von Ryugu auf und zu der möglichen Rolle extraterrestrischer Minerale bei der präbiotischen Chemie auf der frühen Erde.
Experteneinschätzung
Dr. Elena Morales, Planetenwissenschaftlerin und Spezialistin für Probenanalysen (NASA Ames Institute for Astrobiology), ergänzt: 'Entdeckungen wie HAMP zeigen, dass asteroidale Umgebungen Mineralassoziationen produzieren können, die wir auf der Erde nur selten finden. Das erweitert unser Verständnis der verfügbaren chemischen Wege im jungen Sonnensystem. Das Vorkommen ammoniumhaltiger hydratisierter Phosphate deutet darauf hin, dass auf kleinen Körpern zugängliche Reservoirs reduzierten Stickstoffs und Phosphats existierten, die zur Erde geliefert worden sein könnten und die frühe organische Chemie beeinflusst haben könnten.'
Dieser Kommentar unterstreicht die weiterreichende Bedeutung der Ryugu‑Proben für Fragen zur chemischen Evolution und zum Ursprung des Lebens. Während HAMP selbst kein Beweis für Leben ist, weist seine Mineralogie auf wässerige Alteration und chemische Bedingungen hin, die bioessentielle Elemente konzentrieren und umwandeln können.
Zukünftige Perspektiven und verwandte Forschung
Laufende Analysen der Ryugu‑Körner werden hochauflösende Mineralogie mit isotopischen Untersuchungen und organischchemischen Untersuchungen kombinieren. Die Forschenden wollen die genaue Kristallchemie von HAMP, seine Entstehungstemperatur und isotopischen Signaturen bestimmen, um Zeitpunkt und Umweltbedingungen seiner Bildung einzugrenzen. Ähnliche Ansätze werden an Proben anderer Rückführungsmissionen angewandt, einschließlich des OSIRIS‑REx‑Materials von Bennu, was vergleichende Planetenforschung über kohlenstoffreiche Asteroiden hinweg ermöglicht.
Die an Ryugu‑Proben verfeinerten Techniken — nicht‑destruktive Röntgenkartierung, Mikro‑Tomographie und gezielte Mikroanalyse — werden zentral für die Analyse künftiger kostbarer Rückführungen von Kleinkörpern und Marsproben sein. Mit wachsenden Probenkollektionen werden multidisziplinäre Teams besser bewerten können, wie verbreitet ungewöhnliche Phosphorminerale sind und welche Bedeutung sie für die flüchtigen und organischen Bestände haben, die frühen Planeten geliefert wurden.
Fazit
Die mikroskopischen Körner vom Asteroiden Ryugu bewahren mineralogische und chemische Belege für primordiale Prozesse im Sonnensystem, die die Erde nicht mehr besitzt. Mithilfe fortschrittlicher, nicht‑destruktiver Röntgenbildgebung identifizierten Forschende vielfältige Elemente und ein bislang unbekanntes hydratisiertes Ammonium‑Magnesium‑Phosphat‑Mineral (HAMP) sowie weitere Phosphorarten, darunter ein seltenes Phosphid. Diese Entdeckungen schärfen unser Verständnis darüber, wie Phosphor — essenziell für Leben, wie wir es kennen — im frühen Sonnensystem verarbeitet und transportiert wurde. Die fortgesetzte Untersuchung von Ryugu und anderen zurückgebrachten Proben verspricht, Modelle zur asteroidalen wässerigen Chemie, zur Elementlieferung an die Erde und zu möglichen Wegen, die unseren Planeten chemisch bewohnbar gemacht haben, weiter zu verfeinern.
Quelle: sciencealert
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