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Die anstehende Landung von Philae zieht zurzeit wohl das größte Interesse in den planetaren Wissenschaften auf sich. Dazu wird ordentlich von Leuten mit mehr Einblick in die Angelegenheit berichtet. Ich werde mit Kommentaren besser abwarten, bis stichhaltige Ergebnisse bekannt sind.

Deshalb was über eine interessante Bekanntmachung des European Southern Observatory (ESO) diese Woche. Es dreht sich um eine Aufnahme von ALMA, dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chile.
Es handelt sich hierbei um 66 Antennen (Schüsseln) mit 7-12 Metern Durchmesser in 5000 Metern Höhe in der Trockenheit der Atacama. Ein Teil der Antennen kann mittels Transportern durch die Gegend gekarrt und in Abständen hin zu 16 Km aufgestellt werden. Mit Hilfe von Interferometrie können dann Objekte mit einer bisher nicht erreichten Auflösung beobachtet werden. Die Einrichtung ist eine der teuersten in der Astronomie, und wurde letztes Jahr in Betrieb genommen.

ALMA beobachtet im Wellenlängenbereich von 0.3 bis 9.5 mm. Damit erhält man Einblick in Strukturen, die im optischen oder Infrarotbereich nicht möglich wären, da diese Wellenlängen leichter absorbiert werden. Das ist besonders hilfreich bei der Beobachtung von sehr jungen Sonnensystemen, den protoplanetaren oder zirkumstellaren Scheiben. Diese Scheiben bestehen aus Staub und Gas um junge Sonnen, sie entsprechen dem jungen Sonnensystem vor 4.56 Milliarden Jahren. Das ist die Epoche des Sonnensystems, aus dem wir Material in Form der Meteorite haben.

Um die Beobachtung einer solchen Scheibe geht es in der Bekanntmachung der ESO. HL Tauri ist ungefähr 450 Lichtjahre von der Erde entfernt, und etwa eine Million Jahre alt. Basierend auf unserem Bild des jungen Sonnensystems würde man zu dem Zeitpunkt eine sehr primitive Struktur erwarten. In unserem Sonnensystem entstanden damals gerade die CAIs und Chondren, die frühesten Partikel, die sich im Orbit um die Sonne aus dem ursprünglichen, primitiven Staub der kollabierten Molekülwolke bildeten. Auch viele Kometenstaubteilchen von STARDUST wurden während dieser Zeit gebildet. Man erhält also mit dieser Aufnahme einen direkten Einblick in die Kinderstube eines Sonnensystems. Wobei angemerkt sei, dass es sich eben nicht um eine Aufnahme im optischen Bereich handelt, die Farben sind also willkürlich. Ein Beobachter über der Scheibe würde mit Glück ein dunkles, unstrukturiertes Scheibchen mit einem hellen Stern im Zentrum erkennen.

ALMA Aufnahme von HL Tauri  (C)ESO

ALMA Aufnahme von HL Tauri
(C)ESO

Das Bild von ALMA hingegen zeigt schon eine deutliche Struktur in der jungen Scheibe: Das ganze sieht ein wenig aus wie eine alte Vinyl-Schallplatte (die älteren unter uns erinnern sich noch). Der helle, dichte Teil um den Stern ist da, wo wohl die Chondren und CAIs in der Hitze oder Strahlungshölle des jungen Sterns entstehen, um dann nach außen transportiert zu werden (weshalb man Trümmer von Chondren und CAI auch in den STARDUST-Körnern findet). Und dann halt, wie es sich für eine halte LP gehört, Rillen. Und diese Rillen haben es sprichwörtlich in sich: denn der Staub hat sich hier wohl schon in Planetesimalen, also heranwachsenden Planeten zusammengeballt, ein Prozess der sich Akkretion nennt. Auch möglich, dass größere Planetesimale mittels ihre Schwerkraft Staub in solchen Rillen konzentrieren, ähnlich den Schäfermonden in den Saturnringen. Aber mit Planeten haben die Rillen ziemlich sicher was zu tun. Und es ist schon erstaunlich, dass die Planetenbildung schon so früh derart vorgeschritten ist.

Und dieses bestätigt durchaus auch weitere jüngere Entdeckungen, laut denen sich die Kernbildung in Planetesimalen schon sehr früh, während der ersten Millionen Jahren vollzogen hat – basierend auf diversen Isotopensystemen von Eisenmeteoriten oder Achondriten. Diese Meteorite stammen von Mutterkörpern, die ganz oder teilweise aufgeschmolzen waren. Mal wieder passt alles prima zusammen, was das Bild des jungen Sonnensystems umso robuster macht.

Das sollte aber auch Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Staubes haben. Diese kann mittels Infrarot-Spektroskopie bestimmt werden (siehe z.B. eines meiner jüngeren Paper). Wenn es schon heranwachsende Planetesimale gibt, dürften diese als Teil des Wachstumsprozesses (wie dann später in der Debris-Disk Phase) miteinander kollidieren, um größere Körper zu bilden. Die Kollision, die zur Entstehung des Erdmondes führte, war eine solche Kollision, nur dass sie halt nicht ganz so effektiv war. Bei diesen Kollisionen wird eine zweite Generation an Staub frei, der allerdings schon in planetaren Prozessen entstanden ist, sich also vom ‚primitiven‘ Staub unterscheiden könnte. Manche glauben sogar, dass man Trümmer solcher Kollisonen als recyceltes Material in Meteoriten erkennen kann (was aber umstritten ist). Und durch umherirrende Planetesimale in der jungen Staubscheibe ausgelöste Schockwellen im Gas sind eine Theorie für die Entstehung der Chondren. Vielleicht sehen wir hier gerade so einen Prozess in Echtzeit.

Bisher kannte man solche Einsichten in Staubscheiben eher von den Debris Disks, den Trümmerscheiben. Das sind Sonnensysteme, die nach etwa 10 Millionen Jahren praktisch Gas- und Staubfrei sind, wo eine neue Generation an Staub in der Kollision von Planetesimalen gebildet wird. Von Beta Pictoris gibt es da eine schöne Aufnahme im Infrarot (allerdings nicht auf die Scheibe, sondern auf die Kante), wo ebenfalls Verdichtungen im Staub erkennbar sind. Aber in den Debris Disks ist das einfacher, eben weil nicht mehr so viel Staub und praktisch kein Gas vorhanden ist.

Die Staubscheibe um BEta Pictoris. Man beachte die unterschiedliche Dichteverteilung des Staubes auf den beiden Seiten. ESO/A.-M. Lagrange et al.

Die Staubscheibe um Beta Pictoris. Man beachte die unterschiedliche Dichteverteilung des Staubes auf den beiden Seiten.
ESO/A.-M. Lagrange et al.

Auch faszinierend, dass bisher solche Strukturen (als Rillen) theoretisch vorhergesagt wurden, aber jetzt halt durch direkte Beobachtung betätigt wurden.

Und ALMA ist gerade mal ein Jahr in Betrieb – es wird also noch viel nachkommen.

2 Kommentare zu “ALMA hat den Durchblick: Es passt mal wieder alles zusammen

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