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Geologen müssen Mond-Entwicklung überdenken

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Die amerikanische Mondmission „Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO)“ hat Hinweise darauf geliefert, dass die vulkanische Aktivität auf dem Mond nicht wie bisher angenommen vor etwa einer Milliarde Jahren abrupt zum Erliegen kam. Vielmehr hat es auch in der jüngeren Vergangenheit zumindest kleine vulkanische Eruptionen gegeben.

Dr. Carolyn van der Bogert und Prof. Dr. Harald Hiesinger Foto: WWU/Frank Bartschat
Dr. Carolyn van der Bogert und Prof. Dr. Harald Hiesinger
Foto: WWU/Frank Bartschat

An der Studie, die nun in dem Fachmagazin „Nature Geoscience“ veröffentlicht wurde, sind Prof. Dr. Harald Hiesinger und Dr. Carolyn van der Bogert vom Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) beteiligt.

Die Wissenschaftler stützen ihre These auf die Entdeckung vulkanischer Ablagerungen auf dem Mond, deren Alter sie auf weniger als 100 Millionen Jahre datieren. Auf der Erde würde dies dem Erdzeitalter der Kreide entsprechen, also einer Zeit, zu der die Dinosaurier die Erde bevölkerten. Einige der neu entdeckten vulkanischen Ablagerungen sind sogar weniger als 50 Millionen Jahre alt. Diese Entdeckung werde dazu führen, dass Geologen die jüngste geologische und thermische Entwicklung des Mondes neu überdenken müssen, so die Forscher.

Künstlerische Darstellung des Lunar Reconnaissance Orbiter Foto: Chris Meaney / NASA 2008
Künstlerische Darstellung des Lunar Reconnaissance Orbiter
Foto: Chris Meaney / NASA 2008

Die Ablagerungen, fachsprachlich „unregelmäßige Mare-Flecken“, finden sich in dunklen vulkanischen Tiefebenen, Mare genannt, auf dem Mond. Eines der größten Vorkommen vulkanischer Ablagerungen ist unter dem Namen „Ina“ bekannt. Es ist gekennzeichnet durch seine auffällige Helligkeit und die ungewöhnliche Form, die dem Großbuchstaben „D“ ähnelt. Dachte man bisher, Ina sei einzigartig, haben die Forscher nun viele weitere dieser Strukturen in den hochauflösenden Bildern der Spezialkameras der LRO-Mission entdeckt. Insgesamt hat das Team 70 bisher unbekannte Ablagerungen auf der Mondvorderseite identifiziert, die mit weniger als 500 Metern im Durchmesser zu klein sind, um sie von der Erde aus beobachten zu können.

„Bisherige Studien hatten bereits Hinweise darauf ergeben, dass es sich bei Ina um eine sehr junge Struktur handeln muss. Die Entdeckung zahlreicher ähnlich junger Strukturen in den Mare-Gebieten der Mondvorderseite hat jedoch fundamentale Auswirkungen auf die Modelle der thermischen Bedingungen des Mondinneren und seine thermische Entwicklung“ erklären Prof. Harald Hiesinger und Dr. Carolyn van der Bogert, die den Artikel gemeinsam mit Forschern der Arizona State University (USA) verfasst haben. Mit anderen Worten: Die Entdeckung dieser jungen vulkanischen Strukturen ist nur schwer mit den bisherigen Vorstellungen der Temperatur des Mondinneren in Einklang zu bringen. Die jungen vulkanischen Strukturen sind laut Experten für die zukünftige Exploration des Mondes von enormer Bedeutung.

Die NASA-Mission LRO wird vom Goddard Space Flight Center (Nähe Washington) betreut. An Bord der um den Mond kreisenden Sonde ist das Kamerasystem „LROC“. Es besteht aus insgesamt drei Kameras, die von Malin Space Science Systems entworfen und gebaut wurden und von der Arizona State University betrieben werden. Harald Hiesinger ist der einzige deutsche Wissenschaftler, der an LROC beteiligt ist.

Originalpublikation:

Braden S. E. et al. (2014): Evidence for basaltic volcanism on the Moon within the past 100 million years. Nature Geoscience advance online publication; doi:10.1038/ngeo2252

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-muenster.de

Link:

Pressemeldung der NASA
Link zur Originalpublikation
LRO/Weitere Informationen
Institut für Planetologie

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Neues Fenster zum frühen Universum

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Die Milchstraße über dem ALMA-Teleskopverbund (c) ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C. Padilla
Die Milchstraße über dem ALMA-Teleskopverbund (c) ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C. Padilla

Wissenschaftler der Universitäten Bonn und Cardiff sehen für Astrophysiker gute Zeiten heraufziehen: Mit einer neuartigen Methode lassen sich detaillierte Informationen über die Galaxien am Rande des Universums gewinnen. Das konnten die Forscher in einer Simulation mit zwei der weltweit schnellsten Supercomputer zeigen. Im Zentrum der neuen Beobachtungsstrategie steht das Radioteleskop ALMA. Es steht in 5.000 Metern Höhe in der chilenischen Atacama-Wüste – an einem der trockensten Orte der Erde.

Informationen über die Galaxien am Rande des Universums zu erhalten, ist äußerst schwierig. Zu sehr „verdünnen“ sich die Signale dieser Himmelsobjekte bei ihrer viele Milliarden Jahre dauernden Reise durch das All.

Besonders kompliziert ist die Abschätzung, wie viel molekularer Wasserstoff in den Galaxien vorhanden ist. Molekularer Wasserstoff sendet so gut wie keine Strahlung aus. Doch Astrophysiker interessieren sich gerade für die Menge dieses Elements: Molekularer Wasserstoff ist der Grundbaustein für neue Sterne. Je mehr davon in den Gaswolken einer Galaxie enthalten ist, desto mehr Sterne entstehen dort also.

Der Kohlenstoff-Trick

Astrophysiker bedienen sich daher momentan eines Tricks, um die Menge molekularen Wasserstoffs zu bestimmen: Sie messen stattdessen die Kohlenmonoxid-Menge in den Wolken – Kohlenmonoxid leuchtet weitaus stärker als molekularer Wasserstoff. Mit einem komplexen Verfahren lässt sich aus dem Kohlenmonoxid-Signal die Wasserstoff-Menge abschätzen. Diese Methode ist allerdings ungenau und fehleranfällig.

„Wir konnten zeigen, dass sich die Strahlung neutralen Kohlenstoffs viel besser dazu eignet, weit entfernte Galaxien zu beobachten“, sagt Dr. Padelis Papadopoulos von der Universität Cardiff. „Die Messwerte erlauben eine sehr genaue Abschätzung, wie viel molekularer Wasserstoff vorhanden ist.“ Leider wird die Strahlung neutralen Kohlenstoffs nahezu komplett von der Erdatmosphäre absorbiert. Schuld ist der Wasserdampf in der Luft – er wirkt gegenüber dem Kohlenstoff-Signal wie eine starke Sonnenbrille.

Seit einigen Jahren gibt es jedoch in der chilenischen Atacama-Wüste ein neues Radioteleskop, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (abgekürzt ALMA). Dort in 5.000 Metern Höhe ist es so extrem trocken, dass das Teleskop die Kohlenstoff-Strahlung ohne Probleme auffangen kann.

Blick 12 Milliarden Jahre in die Vergangenheit

„Nach unseren Berechnungen kann ALMA Galaxien detektieren, deren Signal mehr als 12 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war“, sagt Matteo Tomassetti, Doktorand der Universität Bonn und Erstautor der Publikation. „Was noch wichtiger ist: Wir können erstmals genau bestimmen, wie viel molekularer Wasserstoff in diesen Galaxien vorhanden ist.“

Der Bonner Astrophysiker Professor Dr. Cristiano Porciani spricht von einem neuen Fenster zum jungen Universum. „Unsere theoretische Arbeit wird bedeutende Auswirkungen auf die beobachtende Astronomie haben“, betont er. „Sie wird uns helfen, den mysteriösen Ursprung der Galaxien besser zu verstehen.“

Der Erfolg ist auch ein Resultat europäischer Zusammenarbeit: Für die Simulation nutzten die Wissenschaftler zwei extrem schnelle Supercomputer der Universitäten in Edinburgh und Oslo. Dass sie auf diese Rechnerkapazitäten zurückgreifen konnten, verdanken sie einer europaweiten Initiative zur Bündelung von Rechenleistung (Partnership for Advanced Computing in Europe, PRACE). Die Studie wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 956 sowie durch die internationale Max Planck  Forschungsschule gefördert.

Publikation: M. Tomassetti, C. Porciani, E. Romano-Díaz, A. D. Ludlow, P. P. Papadopoulos: Atomic carbon as a powerful tracer of molecular gas in the high-redshift Universe: perspectives for ALMA; MNRAS Letters; doi: 10.1093/mnrasl/slu137

Quelle/Text/Redaktion: www.uni-bonn.de

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Früher Babyboom im Universum

Galaxien wachsen, indem sich in ihnen weitere Sterne bilden. Die „Geburtenrate“ war während der Entwicklung des Universums jedoch nicht gleichmäßig: Für besonders schwere Galaxien folgte auf einen frühen Boom kurz nach dem Urknall rasch eine Stagnation, wie ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Universität Bonn nun herausfand. Anschließend nahmen diese Schwergewichte unter den Galaxien dennoch weiter zu, allerdings nicht mehr durch eigenen Nachwuchs, sondern quasi als kosmische Räuber, die sich kleinere Zusammenballungen von Sternen einverleiben. Im „Astrophysical Journal“ werden die Ergebnisse nun vorgestellt.

Die Grafik zeigt die evolutionäre Sequenz des Wachstums massereicher elliptischer Galaxien über 13 Milliarden Jahre (ca. 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, ganz rechts im Bild). © Bildquelle: NASA, ESA, S. Toft (Niels Bohr Institut Kopenhagen), A. Karim (Argelander-Institut für Astronomie) und A. Feild (Space Telescope Science Institute)
Die Grafik zeigt die evolutionäre Sequenz des Wachstums massereicher elliptischer Galaxien über 13 Milliarden Jahre (ca. 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, ganz rechts im Bild). © Bildquelle: NASA, ESA, S. Toft (Niels Bohr Institut Kopenhagen), A. Karim (Argelander-Institut für Astronomie) und A. Feild (Space Telescope Science Institute)

Der Blick in den Nachthimmel zeigt es: Die Sterne sind nicht gleichmäßig verteilt, sondern bilden zahlreiche Galaxien, die zum Teil wie etwa die Andromeda-Galaxie mit dem Fernglas zu erkennen sind. Die Ansammlungen aus Sternen, Planetensystemen sowie Gas- und Staubwolken haben sich seit dem Urknall vor etwa 13,7 Milliarden Jahren jedoch nicht kontinuierlich entwickelt. „Wir sehen im sehr frühen Universum vor zehn bis elf Milliarden Jahren bereits sehr massereiche und kompakte Galaxien, die ihr rapides Wachstum rasch beendet haben“, sagt Dr. Alexander Karim vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn. Die Wissenschaft rätselte bislang darüber, wie diese frühen Galaxien entstanden sind und wie sie sich weiterentwickelt haben.

Eine Antwort auf diese Frage gibt nun die Studie eines internationalen Forscherteams aus Dänemark, England, USA, Schottland, Belgien, der Schweiz und Frankreich. Vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn waren Dr. Benjamin Magnelli, Dr. Karim und Dr. Vernesa Smolcic beteiligt, die nun an der Universität Zagreb (Kroatien) forscht. Zur Rekonstruktion der Galaxienentwicklung nutzten die Wissenschaftler die Aufzeichnungen von rund einem Dutzend der weltweit führenden Teleskope einschließlich des Hubble-Weltraumteleskops. Sämtliche Teleskope fokussierten einen bestimmten Himmelsauschnitt: das sogenannte COSMOS-Feld. „Mit zusätzlichen Teleskop-Messungen konnten wir dort sogar besonders tief ins Verborgene des frühen Universums blicken“, sagt Dr. Karim.

Ein „Daumenkino“ zeigt die verschiedenen Entwicklungsstadien

Was auf den ersten Blick wie ein wildes Durcheinander verschiedener Himmelstrukturen aussieht, lösten die Forscher in einzelne Bilder auf, die jeweils die Galaxien in einem bestimmten Abstand zur Erde zeigen. Dabei gilt: Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto länger war auch ihr Licht zu uns unterwegs, so dass jede Galaxie für die Astronomen stets ein Fenster zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit des Universums darstellt. Anhand der Teleskopaufzeichnungen untersuchten die Astronomen jeweils die Struktur, die Entfernung und das Alter der Galaxien und ordneten sie verschiedenen Entwicklungsstadien zu. „Wenn wir diese Einzelbilder aus unterschiedlichen Epochen des Universums hintereinander betrachten, können wir die Entwicklung der Galaxien wie in einem Daumenkino nachvollziehen“, berichtet Dr. Karim.

Auf die Boom-Phase folgte rasch die Stagnation

Dabei zeigte sich, dass es rund eine bis anderthalb Milliarden Jahre nach dem Urknall tatsächlich genügend Galaxien gab, die in der Lage waren, in einer kosmisch kurzen Zeitspanne von ein bis zwei Milliarden Jahren so große Mengen an Sternen zu gebären, dass sie sich anschließend in die massereichen und kompakten Galaxien auswachsen konnten. Diesen „kosmischen Babyboom“ führen die Astronomen darauf zurück, dass es in dieser frühen Phase kollisionsreiche Begegnungen jeweils zweier sehr gas- und staubreicher Galaxien gab.

„Während solcher kosmischer Elefantenhochzeiten herrschen ideale Voraussetzungen für die Geburt von Sternen“, sagt der Forscher des Argelander-Instituts für Astronomie der Universität Bonn. Auf die Boom-Phase folgte offenbar rasch die Stagnation: Die „Geburtenrate“ in diesen frühen Galaxien ließ stark nach. Die schon schweren, aber noch kompakten Galaxien sind aber im Lauf der Jahrmilliarden erwachsen geworden. Auch heute noch befinden sich viele dieser nach wie vor größten aller Galaxien im Wachstum – allerdings nicht mehr vorrangig durch eigenen Nachwuchs. „Diese inzwischen passiv gewordenen großen Galaxien verleiben sich kleinere Galaxien ein und werden durch diese »kosmischen Raubzüge« immer größer“, sagt Dr. Karim.

Publikation: Sub-millimeter galaxies as progenitors of compact quiescent galaxies, Astrophysical Journal, DOI: 10.1088/0004-637X/782/2/68

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„Milliarden Sonnen – Eine Reise durch die Galaxis“

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Im LWL-Planetarium Münster startet ab dem 11. Januar ein neues Planetariumsprogramm, welches sich mit der Vermessung der Milchstraße beschäftigt. Foto: Billionsuns-Media
Im LWL-Planetarium Münster startet ab dem 11. Januar ein neues Planetariumsprogramm, welches sich mit der Vermessung der Milchstraße beschäftigt.
Foto: Billionsuns-Media

Ab dem 11. Januar zeigt das LWL-Museum für Naturkunde in Münster bis zum Jahresende ein neues Planetariumsprogramm. Die öffentliche Premiere des Programms findet am Freitag (10.1.) um 18 Uhr im Sternensaal des Museums statt.

Planetarien in ganz Europa haben sich an dieser Gemeinschaftsproduktion der Europäischen Weltraumagentur (ESA) beteiligt. Das Programm erzählt in 45 Minuten, wie der Mensch die Distanz zu den Sternen entschlüsselt und so den Geheimnissen des Weltalls auf die Spur kommt. Zur Premiere kommt Dr. Timo Prusti von der ESA, wissenschaftlicher Leiter der Gaia-Mission („Gaia project scientist“), ins Planetarium des Landschaftsverbandes Westfalen-Lippe (LWL) und spricht ein Grußwort.

Das neue Programm ist besonders aktuell: Es wurde konzipiert anlässlich der Weltraummission „Gaia“ der ESA, durch die ein Prozent aller Sterne unserer Milchstraße vermessen werden sollen. Das Programm wurde in acht Sprachen produziert und wird in mehr als 30 Planetarien aufgeführt.

Dr. Björn Voss, Leiter des LWL-Planetariums, wirkte als wissenschaftlicher Berater an der Produktion mit. „Die rund einjährige Arbeit an diesem Projekt war sehr interessant, da hier wissenschaftliche Inhalte und grafische Gestaltung in ganz besonderer Weise zusammen geflossen sind“, so der Astronom. „Bildliche Höhepunkte sind die durchgehend digital produzierten aufwändig gestalteten Grafiken. Insbesondere die Darstellung der Milchstraße, aber auch die im Comic-Stil gehaltenen geschichtlichen Rückblicke und die teils fotorealistischen Darstellungen der Himmelskörper beeindrucken den Zuschauer“, erklärt Voss.

Der Blick in die Milchstraße beginnt im neuen Planetariumsprogramm auf der Erde. Foto: Billionsuns-Media
Der Blick in die Milchstraße beginnt im neuen Planetariumsprogramm auf der Erde.
Foto: Billionsuns-Media

Die Zuschauer des Programms gehen auf die Reise durch die Milchstraße, vorbei an Sonnen, Planeten und Wolkenarmen bis ins Zentrum der Galaxis. Die Sternenreise führt Erwachsene und Kinder ab zehn Jahre durch die Geschichte der Himmelskunde – von den einfachsten Methoden der Kartierung von Sternen bis zur Bestimmung der Struktur der Milchstraße – und gipfelt im Start der ESA-Mission Gaia, die das Verständnis der Milchstraße revolutionieren wird.

Für die Zuschauer geht es vorbei vorbei an Sonnen, Planeten und Wolkenarmen bis ins Zentrum der Galaxis. Foto: Billionsuns-Media
Für die Zuschauer geht es vorbei vorbei an Sonnen, Planeten und Wolkenarmen bis ins Zentrum der Galaxis.
Foto: Billionsuns-Media

Seit Jahrtausenden fragen sich die Menschen, was die Sterne bedeuten. Astronomen zeichneten Sternkarten und verfeinerten sie. Doch lange blieb rätselhaft, wie weit die Sterne entfernt sind. Selbst heute weiß man wenig über die Milchstraße. Das soll sich nun ändern: Der Satellit Gaia wird die Sterne so genau vermessen, dass eine ganz neue 3D-Karte der Milchstraße entsteht.

Der Autor Adam Majorosi und der Musiker Jens Fischer haben bereits bei mehreren Planetariumsproduktionen mitgewirkt. Die Synchronsprecher Norbert Langer und Peter Kaempfe liehen dem Programm ihre Stimmen.

Das neue Planetariumsprogramm wird im Januar in Münster immer dienstags und donnerstags um 11.30 Uhr, sowie samstags und sonntags um 17 Uhr gezeigt. Ab Februar gelten abweichende Zeiten.

Eintritt: Erwachsenen 5,50 Euro, Kinder 3 Euro. Begrenzte Platzanzahl, daher wird ein Erwerb der Premierenkarten im Vorverkauf empfohlen.
Weitere Informationen: Telefon 0251 591-6050. Servicezeiten: Mo – Fr 8.30 – 12.30 Uhr, Mo – Do 14 – 15.30 Uhr. LWL-Museum für Naturkunde, Sentruper Str. 285, 48161 Münster.

Weitere Informationen unter: http://www.lwl-planetarium-muenster.de (Kalendarium).

In rund 45 Minuten gehen die Zuschauer im LWL-Planetarium auf eine Reise zur Milchstraße. Foto: Billionsuns-Media
In rund 45 Minuten gehen die Zuschauer im LWL-Planetarium auf eine Reise zur Milchstraße.
Foto: Billionsuns-Media

Inhaltsbeschreibung:

  • Rückblick in das Jahr 1989: Eine wissenschaftliche Mission der ESA, „Hipparcos“, droht zu scheitern. Nur mit Mühe gelingt es, den Forschungssatelliten zu retten. Die Mission kann beginnen.
  • Worum geht es bei „Hipparcos“? Die bisher genaueste 3D-Kartierung der kosmischen Umgebung. „Hipparcos“ hat die Entfernungen tausender Sterne viel genauer gemessen, als es zuvor denkbar war: Ein gewaltiger Schritt voran für die Astronomie.
  • Wie werden Entfernungen im All überhaupt festgestellt? Anhand irdischer Beispiele wird das Messprinzip der „Parallaxe“ erläutert und gezeigt. Dabei wird das Publikum zum „selber Ausprobieren“ anhand eines passenden Testbildes im LWL-Planetarium aufgefordert.
  • Ein Blick in die Geschichte der Himmelsforschung erklärt, warum man lange Zeit überhaupt nichts über die Entfernungen der Sterne wusste, und wie spät man erst erkannte dass das Universum dreidimensional ist. Die Geschichts-Reise im Comic-Stil beginnt bei steinzeitlichen Höhlenmalereien, die bereits den Sternenhimmel zeigen, streift das Himmels-Wissen der alten Kulturen Ägyptens, Mesopotamiens und Chinas, und führt das Publikum in die Neuzeit, in der im Jahr 1838 erstmals die Distanz zu einem Stern festgestellt wurde.
  • Ein Flug durchs All stellt die heute bekannten Distanzen im All anschaulich dar: Eine Sekunde bis zum Mond, Minuten zu den Planeten, Stunden zum Rand des Sonnensystems, aber Jahre zu selbst den allernächsten Sternen. Das Publikum wird mitgenommen auf eine Reise durch die Sternen-Konstellation des „Wintersechsecks“, dessen sechs verschiedenartige Sterne aus der Nähe betrachtet werden. Die Reise führt weiter durch kosmische Nebel, in denen Sterne entstehen und explodieren, bis hin ins Zentrum der Milchstraße und dem Schwarzen Loch.
  • Die Reise führt aus der Milchstraße heraus, die nun als leuchtende Spirale aus Milliarden Sternen sichtbar wird. Es wird erläutert, dass diese Spirale an sich auseinander fliegen würde, wenn nicht die „Dunkle Materie“ wäre.
  • Zurück im hier und jetzt wird ein neues Projekt vorgestellt: „Gaia“, der nächste große Schritt in der Kartierung des Himmels und der Milchstraße. Wo „Hipparcos“ mehrere tausend Sterne kartographierte, soll „Gaia“ dies für über eine Milliarde Sterne leisten. Viele zuvor angesprochene Rätsel soll „Gaia“ so lösen helfen.
  • Das Programm endet mit der Darstellung des Starts von „Gaia“ und der Ankunft des Satelliten im All.

LWL-Einrichtung:
LWL-Museum für Naturkunde
Westfälisches Landesmuseum mit Planetarium
Sentruper Str. 285
48161 Münster
Karte und Routenplaner

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