Planetengeodäsie

Akkretion von Planetesimalen und Entstehung des Asteroidengürtels

Akkretionsprozesse in protoplanetaren Scheiben bringen eine Vielfalt von Kleinkörpern hervor, die zu der Zusammensetzung der Planeten beitragen und in Form von Kometen und Asteroiden überdauern können. Das vorherrschende wissenschaftliche Paradigma schreibt den Kleinkörpern eine Schlüsselrolle in potentiell wiederholten Durchmischungsereignissen des frühen Sonnensystems und sowohl in früher, als auch in später Akkretion der terrestrischen Planeten. Trotz des großen wissenschaftlichen Interesses, das diesen Objekten zuteilwird, ist ihre frühe Entwicklung nicht ausreichend gut erforscht, insbesondere die Zeitskalen der Akkretions- und thermischen Prozesse in unterschiedlichen heliozentrischen Entfernungen sowie den Charakter der Populationen von Planetesimalen, aus denen diverse Gruppen heutiger planetaren Objekte hervorgegangen sind.

Analysen von Meteoriten und Weltraummissionen der letzten Jahre haben zu neuen und faszinierenden Erkenntnissen geführt. Die Beobachtungen des erdnahen Asteroiden (NEA) Ryugu durch die JAXA Weltraumsonde Hayabusa2 enthüllte einen kreiselförmigen Schutthaufen, bestehend aus hydrierten Mineralien, die spektral den Meteoriten der Klasse der kohligen Chondriten ähneln. Ähnliche Ergebnisse brachen die Beobachtungen des NEA Bennu durch die NASA Weltraumsonde OSIRIS-Rex. Diese Beobachtungen werfen spannende Fragen über den Charakter der Mutterkörper dieser Schutthaufen auf.

Nukleosynthetische Anomalien der Meteorite zeigen eine Dichotomie zwischen nichtkohligen (NC) und kohligen (C) Meteoriten auf, die in genetisch unterschiedlichen, anfangs entweder innerhalb (NC), oder außerhalb (C) des Jupiter-Orbits lokalisierten und über einigen Millionen von Jahren getrennten Bereichen entstanden sind. Diese isotopischen Fingerabdrücke können mit präziser Chronologie der Mutterkörper von Meteoriten und der C-Typ NEA kombiniert werden, um dynamische Prozesse des frühen Sonnensystems zu untersuchen, wie die Zeitskala des Wachstums von Jupiter, die Einwärtsstreuung der C-Typ Objekte, ihr Einbau in die wachsenden terrestrischen Planeten und die Zufuhr von hochflüchtigen Elementen zur Erde. Durch die Enthüllung des Wesens von Ryugu, der Zusammensetzung der NEA und Ryugus Verbindung mit den Meteoriten werden die Analysedaten der Hayabusa2-Proben einen kräftigen Schub für die Diskussion der obigen kosmochemischen Fragestellungen liefern.

Das Konzept des ISSI Teams ist es, Europäische, Japanische, Chinesische und US-amerikanische Experten auf den Gebieten der Meteoritenchronologie, thermischen Evolution von Mutterkörpern, dynamischen Evolution des frühen Sonnensystems und Populationen planetarer Objekte zusammenzubringen. Zusätzlich zu den Meteoritenanalysen, aktuellen Probenrückführungsmissionen zu NEA (Hayabusa1&2, OSIRIS-Rex) und geplanten Missionen zu Kleinkörpern (Destiny+, Lusy, Phyche), haben Modellierer neue numerische Werkzeuge entwickelt, die es ermöglichen, Asteroiden, Mutterkörper von Meteoriten und dynamische Evolution des frühen Sonnensystems mit angemessener Komplexität zu modellieren. Im Rahmen einer synergetischen Zusammenarbeit werden wir die Chronologie der Mutterkörper und der NEA-Proben untersuchen durch Entwicklung verbesserter Messtechniken, Durchführung abgestimmter Materialanalysen und Anwendung fortgeschrittener numerischer Werkzeuge, die vorhandene und zu gewinnende thermo-chronologische Daten fitten werden. Das Ziel dieser Kooperation sind neue Erkenntnisse über die Zeitskalen der Akkretions- und Mutterkörperprozesse in unterschiedlichen Bereichen des frühen Sonnensystems sowie über die Populationen von Planetesimalen, die diverse Gruppen heutiger planetaren Objekte hervorgebracht haben.

Zeitplan

Das Team wird drei Tagungen am ISSI Bern und ISSI Beijing abhalten. Der provisorische Zeitplan ist:

• Tagung 1, Bern, März 2023: Eröffnungstagung.

• Tagung 2, Beijing, 2023: Zweite Tagung.

• Tagung 3, Bern, 2024: Abschlusstagung.

Zusammensetzung

Kernteam: Neun Wissenschaftler aus fünf unterschiedlichen Staaten mit einer angemessenen Mischung aus Wissenschaftlern in Karrierestufen:

Wladimir Neumann                     Technische Universität Berlin            Deutschland

Audrey Bouvier                           Universität Bayreuth                          Deutschland

Wataru Fujiya                              Universität Ibaraki                              Japan

Meng-Hua Zhu                            MUST, Macau                                    China

Maria Schönbächler                    ETH Zürich                                         Schweiz

Driss Takir                                   NASA Johnson Space Center           USA

Liang-Liang Yu                            MUST Macau                                    China

Hisayoshi Yurimoto                     Universität Hokkaidō                         Japan

Mario Trieloff                               Universität Heidelberg                       Deutschland.

Externe Experten: Alessandro Morbidelli (OCA, France) und Jürgen Oberst (TU Berlin, Germany).

Das Team hat hervorragende Publikationsleistungen in den für das Projekt relevanten Feldern. Es bündelt Expertise in den Bereichen Kosmochemie, frühes Sonnensystem, Akkretion, Meteoritenchronologie, thermische Evolution der Kleinkörper, Fernerkundung, Spektralanalysen, Scheibenevolution und Populationen planetarer Objekte. Mehr als die Hälfte der Teammitglieder sind an den Analysen der Hayabusa2-Proben beteiligt.

Relevante eigene Vorarbeiten