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"Der Marsmeteorit ALH 84001 ist ein Stück Marsgestein, das durch die gewaltige Energie eines Einschlags auf dem Mars in den Weltraum geschleudert worden ist. Nach einer langen interplanetaren Reise von mindestens 16 Millionen Jahren hat seine Bahn die Erde gekreuzt und er ist in der Antarktis abgestürzt. Für die nächsten 13'000 Jahre war dann die trockene Eiswüste der Alan Hills seine neue Heimat, bis er dort 1984 von amerikanischen Forschern gefunden wurde und seither in Labors 'zu Hause' ist." Haben Sie sich nicht auch schon gefragt, weshalb man sagen kann, wie lange Meteorite unterwegs waren oder wie lange die interplanetaren Reisenden schon auf der Erde liegen?
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Abb.1: Meteorite: Eisenmeteorit Gibeon aus Namibia (links), undifferenzierter Steinmeteorit Gold Basin aus Arizona (Mitte) und Marsmeteorit ALH84001 aus der Antarktis. Photos: © Ph. Heck (links, Mitte; Bildbreite ca. 5 cm), © NASA Johnson Space Center (rechts, Würfel unten rechts hat 1 cm Kantenlänge). |
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Meteoroid Ein extraterrestrischen Körper in Zentimeter- und Metergrösse vor seinem Durchgang durch die Atmosphäre. |
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Meteorit Sobald ein Meteoroid als ganzes oder Fragmente davon auf die Planetenoberfläche gefallen sind, handelt es sich um Meteoriten. Sie werden grob in Stein-, Stein-Eisen- und Eisenmeteorite eingeteilt. Klassifikation von Meteoriten... |
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Meteor Die Leuchterscheinung beim Atmosphärendurchgang von (Mikro-) Meteoriden heisst Meteor und ist auch als Sternschnuppe bekannt. Im Fall von grösseren Meteoroiden werden die sehr hellen Leuchterscheinungen im Volksmund auch Feuerkugeln oder Boliden genannt. |
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Isotope Als Isotope bezeichnet man verschiedene Atomsorten eines Elements. Dabei bleibt die Anzahl Protonen gleich aber die Anzahl Neutronen variiert. Die chemischen Eigenschaften verschiedener Isotope des gleichen Elements sind wegen gleichbleibender Protonenzahl die selben, die Masse variiert aber wegen der unterschiedlichen Neutronenzahl. Die Atommasse wird deshalb ausdrücklich angegeben. So werden z.B. die in der Natur vorkommenden drei Isotope von Kohlenstoff als 12C, 13C und 14C (sprich: Kohlenstoff-12, -13 und -14) bezeichnet. |
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Asteroide Asteroide = Planetoide = Kleinplaneten sind einige km bis rund 1000 km grosse Körper, die um die Sonne kreisen, aber zu klein sind, um als Planeten bezeichnet zu werden. Im Unterschied zu Kometen besitzen sie in Sonnennähe weder Gashülle (Koma), noch Schweif. Die Grenzen zwischen Kometen und Asteroiden sind jedoch fliessend. Man bezeichnet deshalb beide Typen oft ganz allgemein als kleine Körper des Sonnensystems. Artikel über Asteroide... |
Im interplanetaren Raum sind alle nicht durch eine Atmosphäre geschützten Körper, wie z.B. Meteoroiden und Asteroiden, dem Bombardement kosmischer Strahlung ausgesetzt. Bei der kosmischen Strahlung handelt es sich hauptsächlich um Teilchen mit verschiedenen Energien von der Sonne und aus unserer Galaxie. Die galaktische kosmische Strahlung besteht zu etwa 87 Prozent aus Wasserstoffkernen (Protonen, p+) und zu etwa 12 Prozent aus Heliumkernen (Alpha-Teilchen). Besonders die sehr energiereichen galaktischen Teilchen können bis etwa metertief in die Oberfläche eines Meteoroiden oder Kleinplaneten eindringen. Sie stossen dort mit den Atomkernen des Körpers zusammen und es bilden sich dabei und aus sekundären Protonen und Neutronen neue Atomkerne, sog. kosmogene Nuklide. Man nennt diesen Prozess Spallation (siehe Abb.2).
 Abb.2: Schematische Modelldarstellung einer Spallationsreaktion. Durch den Beschuss mit einem hochenergetischen Proton der galaktischen kosmischen Strahlung entsteht aus einem Silizium-28-Kern ein Neon-21- und ein Helium-3-Kern (28Si(p+)21Ne, 3He), sowie sekundäre Neutronen und Protonen, die wiederum auf ein 28Si treffen und Spallationsprodukte bilden. Graphik: Ph. Heck. |
Während der gesamten Bestrahlungsdauer sammeln sich in der obersten, etwa meterdicken Schicht eines ungeschützten Körpers Spallationsprodukte (= kosmogene Nuklide). Es bilden sich dabei auch Atome, die in der ursprünglichen Zusammensetzung des Körpers kaum vorkommen und deshalb gut als Spallationsprodukte erkennbar sind, z.B. Edelgase oder relativ kurzlebige radioaktive Isotope.
Der Einfluss der solaren kosmischen Strahlung kann aufgrund der geringen Energien ausser bei sehr kleinen Meteoroiden (Radius < 10 cm) vernachlässigt werden, da deren Eindringtiefe zu gering ist. Oft sind Meteorite nur kleine Bruchstücke eines grösseren Meteoroids, der beim Durchgang durch die Atmosphäre zerbrochen ist.
In der Einleitung wird als Beispiel der berühmte Marsmeteorit ALH 84001 aufgeführt. Die meisten Meteorite, die man auf der Erde findet, sind jedoch Bruchstücke von Asteroiden. In ihrem Mutterkörper sind potentielle Meteoroiden meist von der kosmischen Strahlung abgeschirmt. Während ihrer Reise durch das Sonnensystem sind Meteoride aber ständig kosmischer Strahlung ausgesetzt und es werden dadurch kosmogene Nuklide produziert. Je länger die Bestrahlung dauert, desto mehr wird produziert. Sobald ein Meteorit auf der Erdoberfläche liegt, schirmt die irdische Atmosphäre die primäre kosmische Strahlung ab und es werden keine kosmogene Nuklide mehr produziert (siehe Abb.4).
Wenn man weiss, wieviel Nuklide in einer gewissen Zeit produziert wurden, weiss man wie lange ein Meteoroid unterwegs war (sog. Bestrahlungsalter), wenn man die Menge der kosmogenen Nuklide misst. Um die Produktionsraten zu bestimmen, werden verschiedene Typen von Meteoriten mit künstlich, in einem Teilchenbeschleuniger erzeugter kosmischer Strahlung beschossen. Danach werden die erzeugten neuen Nuklide in verschiedenen Tiefen des Meteorits gemessen. Dies erlaubt, in Verbindung mit physikalischen Modellen, die Produktionsraten von echten kosmischen Nukliden in Meteoroiden im interplanteranen Raum abzuschätzen.
Für die Produktionsraten ist natürlich die Stärke der kosmischen Strahlung von Bedeutung. Der mittlere Fluss galaktischer kosmischer Strahlung wird über die letzten 10 Millionen Jahre als konstant betrachtet. Über Variationen der Strahlung auf einer Zeitskala von 10-100 Millionen Jahre weiss man noch sehr wenig. Es wird aber angenommen, dass in diesem Zeitraum die Strahlungsintensität nur geringen Schwankungen ausgesetzt war.
 Abb.3: Dauer der Reisen (=Bestrahlungsalter) einer Auswahl von Meteoritenklassen im Sonnensystem. Es sind undifferenzierte, gewöhnliche Steinmeteorite (H- und LL-Chondrite), differenzierte Steinmeteorite (HED) und Eisenmeteorite dargestellt. Vergrössern! Nach Wieler und Graf (2000), Daten aus div. Quellen (siehe dort). |
Die systematische Bestimmung der Bestrahlungsalter von Meteoriten hat zu einer höchst interessanten Erkenntnis geführt: Es zeigt sich nämlich, dass die Bestrahlungsalter der Meteorite nicht beliebig lang sind, sondern sich in verschiedenen Gruppen anhäufen (siehe Abb.3, links). So liegen die meisten Bestrahlungsalter je nach Meteoritenklasse beispielsweise bei 7 und 33 Millionen Jahren (H-Chondrite), bei 15 Millionen Jahren (LL-Chondrite) - beides undifferenzierte, gewöhnliche Steinmeteorite - oder bei 400 und 650 Ma (Eisenmeteoriten). Zu diesen Zeiten sind wahrscheinlich durch Einschläge auf den verschiedenen Mutterkörpern die Meteoroide entstanden. Dies bedeutet, dass für die Entstehung der meisten Meteoroide nur ein paar wenige Kollisionen verantwortlich sind. Die deutlich höheren Bestrahlungsalter der Eisenmeteorite dürften mit ihrer weitaus grösseren Wiederstandskraft gegenüber Kollisionen zu erklären sein. Die uns bekannten Meteorite sind demnach nur eine beschränkte Auswahl an Proben von Asteroiden.
Nachdem ein Meteorit auf die Erdoberfläche gefallen ist, wird die primäre kosmische Strahlung von der Erdatmosphäre aufgehalten. Es entstehen also daraus, wie schon gesagt, keine neuen Spallationsprodukte. Im Weltraum sind aber neben den kosmogenen stabilen Isotopen auch radioaktive gebildet worden, wie zum Beispiel Beryllium-10 oder Kohlenstoff-14. Radioaktive Isotope zerfallen vorhersagbar mit einer bekannten Wahrscheinlichkeit: Die Halbwertszeit gibt die Zeit an, nach der die Hälfte der Mutterisotope in Tochterisotope zerfallen ist. So ist bei 10Be nach 1.5 Millionen Jahren und bei 14C nach 5730 Jahren die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Menge in das Tochterisotop zerfallen. Aus der heute noch vorhandenen Menge von Mutter- und Tochterisotopen von 10Be und 14C lässt sich so die Zeit berechnen, vor der der Zerfall begonnen hat, ohne dass neue Mutterisotope gebildet wurden, d.h. der Zeitpunkt des Meteoritenfalls auf die Erde.
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| Abb.4: Schematische Modelldarstellung einer (einfachen) Bestrahlungsgeschichte eines Meteoroiden. Graphik: Ph. Heck. | |
Philipp Reza Heck hat Erdwissenschaften an der ETH Zürich studiert. Nebst seiner redaktionellen Tätigkeit bei astro!nfo ist er seit 1995 Demonstrator an der Urania-Sternwarte Zürich und ist Präsident von Dark-Sky Switzerland, einer Fachgruppe der Schweizerischen Astronomischen Gesellschaft.
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