Was zwei uralte Meteoriten über Mars und die Entstehung des Sonnensystems verraten

Zwei Meteoriten erweitern den materiellen Datensatz zur Geschichte von Planeten in entgegengesetzte Richtungen: Der Marsmeteorit NWA 13441 dokumentiert vulkanische Aktivität auf dem Roten Planeten vor etwa 1,273 Milliarden Jahren – in einer Zeit, aus der bislang kaum passende Shergottit-Proben bekannt waren. Gleichzeitig bewahren winzige Einschlüsse im antarktischen Meteoriten DOM 08006 Hinweise auf Magnetismus aus den ersten 200.000 Jahren des Sonnensystems. 13

Die Ergebnisse stellen die Entstehung von Planeten nicht als Entscheidung zwischen Gravitation und Magnetismus dar. Vielmehr sprechen sie dafür, dass beide Prozesse eine Rolle spielten – und dass selbst kleine Meteoritenfragmente Spuren aus Epochen bewahren können, die sich sonst nur schwer rekonstruieren lassen.

NWA 13441 schließt eine Lücke in der Marsgeschichte

NWA 13441 wurde 2019 in Algerien gefunden und als olivin-phyric Shergottit identifiziert. Shergottite sind magmatische Meteoriten, die vom Mars stammen. Forschende datierten die Kristallisation des Gesteins auf ungefähr 1,273 Milliarden Jahre. 213

Damit liegt der Meteorit zwischen zwei deutlich besser vertretenen Gruppen: Die meisten bekannten Shergottite sind jünger als etwa 600 Millionen Jahre, während die nächstältesten datierten Exemplare rund 2,4 Milliarden Jahre alt sind. NWA 13441 liefert somit den bislang ersten bekannten Shergottit-Nachweis für magmatische Aktivität des Mars in einer rund 1,8 Milliarden Jahre umfassenden Lücke des Probenbestands. 13

Diese Lücke bedeutet nicht, dass der Mars während der gesamten Zeit geologisch inaktiv war. Sie zeigt lediglich, dass den Forschenden bislang eine passende physische Probe aus diesem Abschnitt fehlte. NWA 13441 bietet nun einen neuen zeitlichen Anhaltspunkt, um zu untersuchen, wann und auf welche Weise der Mars in seiner mittleren Geschichte vulkanische Gesteine hervorbrachte.

Das Neodym weist auf eine besondere Quelle im Marsinneren hin

Ungewöhnlich ist NWA 13441 nicht nur wegen seines Alters, sondern auch wegen seiner Isotope. Die ursprüngliche Neodym-Zusammensetzung liegt nahe am chondritischen Wert – also an der Zusammensetzung primitiven Materials aus der Frühzeit des Sonnensystems. Damit unterscheidet sich der Meteorit von den zuvor untersuchten Shergottiten. 713

Die naheliegendste Interpretation lautet, dass das Magma aus einem eigenständigen Reservoir im Marsmantel stammte. Dieses Reservoir könnte weniger stark chemisch umgearbeitet worden sein als die Quellen anderer Shergottite. Vereinfacht gesagt: NWA 13441 könnte einen tieferen Bereich des Mars beprobt haben, der eine Zusammensetzung aus der frühen Entstehungszeit des Planeten bewahrt hat. 113

Das ist allerdings eine geochemische Interpretation und kein direkter Blick in das Innere des Mars. Isotopenmuster können Beziehungen zwischen verschiedenen Reservoirs sichtbar machen, legen deren exakte Tiefe aber nicht allein fest und beweisen auch nicht, dass das Material vollständig unangetastet blieb. Dennoch passt der Befund zu der Vorstellung, dass Mars ursprüngliches Material besser bewahrt haben könnte als die Erde. Auf unserem Planeten recycelt die aktive Plattentektonik die Erdkruste und große Teile der oberflächennahen Geologie fortlaufend. 13

DOM 08006 bewahrt Magnetismus aus der Frühzeit des Sonnensystems

Die zweite Studie reicht noch viel weiter zurück. Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) untersuchten kalzium- und aluminiumreiche Einschlüsse, kurz CAIs, im Meteoriten DOM 08006, der in der Antarktis geborgen wurde. CAIs gehören zu den ältesten bekannten festen Materialien des Sonnensystems und entstanden innerhalb der ersten rund 200.000 Jahre, nachdem sich das Sonnensystem zu formen begonnen hatte.

Die Einschlüsse enthalten remanente magnetische Signale. Sie deuten darauf hin, dass im frühen solaren Nebel ein beträchtliches Magnetfeld existierte. Die geschätzte Paläointensität liegt bei etwa 150 bis 600 Mikrotesla.

Das ist deshalb wichtig, weil das frühe Sonnensystem nicht einfach nur eine unter der Gravitation kollabierende Gas- und Staubwolke war. Als Gas und Staub nach innen strömten, musste zugleich Drehimpuls abgeführt werden. Magnetfelder können in Verbindung mit ionisiertem Gas dabei helfen, diesen Drehimpuls zu transportieren und die Akkretion – also das Anwachsen von Material im entstehenden System – in der Scheibe zu beeinflussen.

Die Meteoritenbefunde stützen damit ein Modell, in dem Magnetismus die protoplanetare Scheibe mitstrukturierte, Material zur wachsenden Sonne lenkte und die Umgebung prägte, aus der später die Planeten entstanden. Sie zeigen jedoch nicht, dass Magnetfelder die Gravitation ersetzten oder Sonne und Planeten allein hervorbrachten. Vielmehr sprechen sie dafür, dass Magnetismus ein wichtiger zusätzlicher Prozess war.

Zwei Studien, eine gemeinsame Botschaft

Die Ergebnisse zu Mars und zur Frühzeit des Sonnensystems betreffen sehr unterschiedliche Zeiträume. Gemeinsam zeigen sie jedoch, wie lückenhaft die planetare Überlieferung ist – und wie viel Information in kleinen Proben stecken kann, die kein Teleskop direkt einfangen könnte.

NWA 13441 liefert einen fehlenden Zeitanker für die vulkanische Geschichte des Mars und gibt Hinweise auf chemisch eigenständige Reservoirs im Inneren des Planeten. DOM 08006 reicht noch weiter zurück und zeigt, dass die frühe Scheibe bereits ein Magnetfeld besaß, das die Bewegung von Material beeinflussen konnte.

Beide Studien leisten damit vorsichtige, aber bedeutende Beiträge: Mars scheint zumindest einen Teil seines chemisch besonderen ursprünglichen Materials bewahrt zu haben. Und das junge Sonnensystem wurde offenbar nicht allein durch die Gravitation geprägt. Wie genau diese Prozesse zusammenspielten, dürfte sich erst mit weiteren Meteoritenfunden und präziseren Laboranalysen klären.