Temperaturschwankungen zerbröseln Asteroiden

Nicht die permanente Bombardierung durch Meteorite und Mikrometeorite zertrümmert die Oberfläche kleiner Asteroiden. Vielmehr sind es die großen Temperaturschwankungen auf den atmosphärelosen Himmelskörpern, die das Gestein zerbröseln. Zu diesem Schluss kommt ein Forscherteam aus Frankreich und den USA auf der Basis von Experimenten und Modellrechnungen. Die Temperaturunterschiede lassen das Gestein hunderttausendmal schneller zerfallen als auftreffende Mikrometeorite, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Zwei Aufnahmen eines Schnitts durch Gestein mit Riss, der in der zweiten Aufnahme deutlicher ausgeprägt ist
Thermische Erosion im Experiment

„Sowohl Raumsonden als auch Infrarotbeobachtungen haben gezeigt, dass die Oberflächen kleiner Asteroiden mit Regolith bedeckt sind, einer Schicht aus bis zu zentimetergroßen Gesteinstrümmern“, schreiben Marco Delbo von der Sternwarte Côte d’Azur in Nizza und seine Kollegen. Bislang galten zurückfallende Trümmer von Meteoriteneinschlägen und die Erosion durch Mikrometeoriten als Ursachen für die Entstehung des Regoliths. Doch das bei Einschlägen ausgeworfene Material hat eine viel zu hohe Geschwindigkeit, um wieder auf die kleinen Himmelskörper zurückzufallen. „Einschlagtrümmer können daher nicht die Hauptquelle für das Regolith sein“, so Delbo und sein Team. Die Zertrümmerung von Gestein durch Mikrometeoriten dauert andererseits lange – etwa zehn Millionen Jahre für einen zehn Zentimeter großen Felsbrocken.

Stark gewölbte Oberfläche, übersät mit kleinen Kratern und Gesteinsbrocken
Regolith auf dem Asteroiden Eros

Delbo und seine Kollegen haben deshalb die Effektivität eines bislang unterschätzten Prozesses untersucht, die thermische Erosion. Für einen erdnahen Asteroiden liegt die Temperaturdifferenz zwischen Tag- und Nachtseite etwa bei 190 Grad. In Abhängigkeit von der Wärmeleitfähigkeit des Gesteins kann es dadurch zu erheblichen Temperaturunterschieden zwischen der Oberfläche eines Gesteinsbrockens und seinem Inneren kommen. Diese Unterschiede wiederum führen zu mechanischen Spannungen, zur Bildung und Erweiterung von Rissen und schließlich zum Zerfall des Gesteins.

Das Forscherteam hat mehrere Proben steiniger Meteoriten über 400 Zyklen jeweils 2,2 Stunden dauernder Tag-Nacht-Variationen um 190 Grad ausgesetzt. Mithilfe von Röntgenuntersuchungen haben Delbo und seine Kollegen die Entstehung und das Wachstum von Rissen in dem Gestein verfolgt. Ausgehend von diesen Daten entwickelten sie ein mikromechanisches Modell für den Zerfall der Steine durch die thermische Erosion. Je nach Beschaffenheit können zentimetergroße Brocken auf erdnahen Asteroiden innerhalb weniger hundert oder tausend Jahre zerfallen, so das Ergebnis. Dieser Prozess kann daher auch ein Grund dafür sein, dass die Oberflächen vieler erdnaher Asteroiden noch sehr jung zu sein scheinen.