Kosmische Geochemie: Die Erde ist nicht einzigartig

Copyright/Quelle: Mark Garlick / ucla.edu
Los Angeles (USA) – In einer bislang einzigartigen Studie haben US-Geochemiker erstmals die Zusammensetzung ferner Felsplaneten, außerhalb unseres eigenen Sonnensystems untersucht. Das Ergebnis zeigt, dass unsere Erde und anderen Gesteinsplaneten des Sonnensystems – zumindest geochemisch betrachtet – nicht einzigartig, sondern vermutlich sogar die Regel um Universum sind. Das wiederum dürfte auch Auswirkungen auf dortiges Leben haben.
Wie das Team aus Astrophysikern und Geochemikern um Alexandra Doyle und Professor Edward Young von der University of California in Los Angeles aktuell im Fachjournal „Science“ (DOI: 10.1126/science.aax3901) berichtet, zeige das Studienergebnis, dass wohl die meisten Felsplaneten in ihrer geochemischen Zusammensetzung der unserer Erde gleichen. „Und weil Felsplaneten im Universum mit zur häufigsten Planetengruppe zählen, dürften also auch erdartige Planeten eher die Regel statt die Ausnahme sein.“
Konzentrierten sich bisherigen Studien auf die direkte Analyse physischer Materialproben von anderen Himmelskörpern wie Planeten (Mars), Monden (Mond) und/oder Asteroiden, so haben die US-Wissenschaftler und -Wissenschaftlerinnen nun eine neue Methode entwickelt, die Geochemie auch ferner Exoplaneten (also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems) zu analysieren.
Hierzu untersuchten Doyle und sein Team die Elemente in Gesteinen von Asteroiden und Felsplaneten, die sechs sogenannte Weiße Zwerge umkreisen und suchten hier nach den meist vorhandenen Elementen Eisen, Sauerstoff, Silizium, Magnesium, Kalzium und Aluminium.
Der uns nächstgelegene der jetzt analysierten Weißen Zwerge ist 200 Lichtjahre von der Erde entfernt – der am weitesten von uns entfernte 665 Lichtjahre. Bei diesen Zwergsternen handelt es sich um die Überreste sozusagen ausgebrannter normaler Sterne. Auf einen kleinen, aber massereichen Sternenrest zusammengeschrumpft zerreißt die starke Schwerkraft dieser Weißen Zwerge die umgebenden Planeten und Asteroiden und zieht diese an sich (s. Abb.). Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff sinken dann sehr schnell in ihr Inneres, wo sie jedoch mit Teleskopen nicht mehr festgestellt werden können.
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„Wenn wir diese Weißen Zwerge und die Elemente in der sie umgebenden Atmosphäre untersuchen, können wir auch die Elemente im Innern der Sterne bestimmen“, erläutert Doyle. „Wenn wir also einen Weißen Zwerg beobachten, so ist das, wie eine Autopsie an den Resten ihrer einstigen Planetensysteme.“
„Würde man nur einen Weißen Zwerg für sich beobachten und analysieren, so würde man lediglich Wasserstoff und Helium finden. In unseren Daten sehen wir nun aber auch noch andere Materialien wie Silizium, Magnesium, Kohlenstoff und Sauerstoff. Das sind Materialien jener Körper, die einst den Stern umkreist und sich nun um und in dem Weißen Zwerg angehäuft haben“, erläutert Doyle weiter. „Wenn Eisen oxidiert, so teilt es seine Elektronen mit Sauerstoff und bildet eine chemische Verbindung zwischen diesen. Das nennt man dann Oxidation und wir alle kennen das Ergebnis in Form von Rost. Sauerstoff stielt also Elektronen von Eisen und es entsteht Eisenoxid, kein Eisenmetal. Wir können nun die Menge an oxidiertem Eisen in jenen Gesteinen messen, die in den Weißen Zwerg gewandert sind. Wir haben sozusagen gemessen, wie dieses Metall rostet.“
Gesteine der Erde, des Mars und von anderen festen Körpern im Sonnensystem sind sich in ihrer chemischen Zusamensetzung sehr ähnlich und beinhalten einen erstaunlich hohen Anteil an oxidiertem Eisen. Unsere Sonne selbst besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, der genau das Gegenteil von Oxidation bewirkt: er fügt Elektronen hinzu.
Laut den Forschern hat die Oxidation eines Felsplaneten einen bedeutende Auswirkung auf seine Atmosphäre, seinen Kern und die Art und Weise der Gesteine an seiner Oberfläche: „Alle Geochemie auf der Erdoberfläche kann auf die ein oder andere Weise auf den Oxidationszustand unseres Planeten zurückgeführt werden. Der Umstand, dass wir Ozeane mit allen für das Leben notwendigen Zutaten darin haben, steht auch in einem direkten Zusammenhang mit der planetaren Oxidation. Das Gestein kontrolliert also die Chemie.”
Während bislang lediglich bekannt war, dass sich die Geochemie von Erde, Mond, Mars und einiger Asteroiden sehr ähnlich sind, galt diese Frage angesichts von Exoplaneten als ungewiss. „Unsere Studie zeigt nun aber, dass sich die Gesteine offenbar überall im Universum gleichen, also eine ähnliche Geochemie und damit auch Geophysik aufweisen“, erläutert Doyle.
Tatsächlich sei die starke Oxidation der Felskörper im Sonnensystem immer noch ein großes Rätsel, berichten die Forscher: „Es ist nicht so, wie man das eigentlich erwarten sollte, weshalb Wissenschaftler auch herausfinden wollten, ob dieser Zustand auch im Umfeld anderer Sterne so ist. Unsere Studie beantwortet diese Frage nun mit einem klaren Ja. Wir dürfen also auch um andere Sterne erdartige Planeten annehmen.“
„Wenn die Gesteine auf fernen Exoplaneten nun also eine ähnlich starke Oxidation aufweisen wie jene auf der Erde und im Sonnensystem, so kann man auch schlussfolgern, dass es auf diesen Körpern auch Platentektonik und magnetische Felder geben kann, die mit als Grundvoraussetzungen für die Entstehung des Lebens auf der Erde betrachtet werden“, so die Forscher abschließend. “Das Ergebnis unsere Studie zeigt, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass wir Gegenstücke unserer Erde auch um andere Sterne finden.
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