Astronomie: Der geschrumpfte Planet

Planetenforscher müssen viel Geduld haben. Sofern sie ihre Arbeit nicht nur auf Beobachtungen mit Teleskopen stützen wollen, sind sie auf Sonden angewiesen, die den betreffenden Himmelskörper aus der Nähe erkunden. Bei Merkur mussten sie besonders lange warten: 33 Jahre waren seit dem letzten Besuch einer Forschungssonde vergangen, als im Januar 2008 die „Messenger“-Sonde die Bahn des sonnennächsten Planeten kreuzte.

Die Aufnahmen, die während des Vorbeiflugs gemacht wurden, brachten zahlreiche Überraschungen, die das Bild des Planeten stark verändern. „Bislang hatten viele Forscher gedacht, dass Merkur dem Erdmond sehr ähnlich sei. Aber das stimmt nicht, der Planet ist ziemlich eigen", sagt Jörn Helbert vom Institut für Planetenforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof. Er war an einer von insgesamt elf Studien beteiligt, die heute im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht werden (Band 321, Seite 59).

„Messenger“ hat Teile der Planetenoberfläche erfasst, die noch nie zuvor von einer Sonde erkundet wurden – 21 Prozent der Fläche. Doch das war keine Kunst. 1974 und 1975 flog Mariner 10, eine Sonde der US-Raumfahrtagentur Nasa, insgesamt dreimal an Merkur vorbei und machte dabei grobe Bilder von 55 Prozent der Oberfläche. Erst 2004 schickte die Nasa mit Messenger erneut eine Sonde auf die Reise zu Merkur. 2011 soll das Fluggerät in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenken und ihn gründlich erforschen. Weil Messenger derzeit noch viel zu schnell ist, lassen ihn die Nasa-Ingenieure dreimal knapp an Merkur vorbeifliegen, damit dessen Gravitation die Sonde bremst. Beim ersten dieser Bremsmanöver im Januar passierte die Sonde den Planeten etwa in der Äquatorebene und näherte sich dabei 200 Kilometer.

„Auf den Aufnahmen, die während des Vorbeiflugs entstanden, haben wir starke Hinweise für Vulkanismus auf dem Merkur entdeckt“, sagt der DLR-Forscher Helbert. Bislang glaubten viele Forscher, dass die Oberfläche des Planeten vorrangig durch Meteoriteneinschläge gestaltet worden sei. Demnach sollten die weiten Ebenen aus zertrümmertem Gestein bestehen, das durch die Kollision mit kosmischen Brocken entstanden war. Die aktuellen Aufnahmen zeigen aber, dass es sich dabei vielfach um erstarrte Lava handelt, berichten der amerikanische Geologe James Head von der Brown-Universität in Providence (Rhode Island) und sein Team in „Science“. Die Wissenschaftler analysierten das Sonnenlicht, das von der Merkuroberfläche zurück zu Messenger geworfen wurde und zogen daraus Rückschlüsse auf die Struktur der Planetenoberfläche. „Es ist deutlich zu erkennen, dass viele Meteoritenkrater nachträglich mit Lava gefüllt wurden“, schreiben die Wissenschaftler. Die Lavaschichten seien mitunter mehrere Kilometer dick. Das ist allerdings lange her: Die Vulkane auf Merkur sind seit drei Milliarden Jahren erloschen.

Seitdem hat sich der Planet immer weiter abgekühlt und ist dabei geschrumpft. Auf seiner Oberfläche ist das deutlich zu sehen: Wie bei einem Apfel, der austrocknet, bildeten sich auf Merkur Falten und Furchen. Einige sind bis zu 600 Kilometer lang. „Wir wussten bereits von den Bildern der Sonde Mariner, dass Merkur schrumpft“, sagt der Planetenphysiker Helbert. Doch deren Kameras hatten nur eine Hälfte des Planeten erfasst. Somit blieb unklar, ob es auf der abgewandten Seite ebenfalls Schrumpfstrukturen gibt oder ob dort – quasi als Ausgleich – Dehnungen zu finden sind. Dank der neuen Bilder von Messenger sei nun klar, dass der Durchmesser des Planeten seit seiner Entstehung vor gut vier Milliarden Jahren um mindestens 10 bis 15 Prozent abgenommen habe, sagt Helbert.

Die Aufnahmen von Messenger brachten noch weitere Überraschungen. Mit Hilfe eines Spektrometers untersuchten Helbert und seine Kollegen den nicht sichtbaren Teil des Lichts, das vom Planeten ins All geworfen wird. Damit können die Forscher mehr über die Minerale erfahren, die in der obersten Schicht enthalten sind. Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von einem Mikrometer beispielsweise zeigt an, dass es im Boden Eisenoxide gibt. „Viele Forscher haben bisher gedacht, dass die Merkuroberfläche, ähnlich dem Erdmond, rund 15 Prozent Eisenoxid enthält“, sagt Helbert. Doch das Signal, das der Detektor zur Erde schickte, war unerwartet schwach. „Es gibt höchstens drei Prozent Eisenoxid“, stellt der Wissenschaftler fest.

Damit stehen die Forscher allerdings vor einer neuen Frage. Aufgrund von Berechnungen zur Dichte des Planeten ist klar, dass er zu mehr als 60 Prozent aus Eisen besteht; auch der Magnetismus des Himmelskörpers ist nur mit einem Eisenkern zu erklären. Doch warum ist das Metall an seiner Oberfläche kaum vertreten? „Möglicherweise hat sich in der Frühphase des Planeten, als er noch als Gaswolke um die Sonne kreiste, die Materie getrennt, so dass das Eisen im Kern konzentriert wurde“, sagt Helbert. Es sei auch nicht auszuschließen, dass das Eisen durch Umwandlungen nicht mehr in oxidierter Form, sondern im reinen Zustand auf dem Merkur liegt. „Um das festzustellen müssen wir Licht mit einer anderen Wellenlänge untersuchen.“ Derartige Messungen während des ersten Vorbeiflugs seien allerdings zu ungenau gewesen. Nun wartet Helbert auf den nächsten Vorbeiflug von Messenger. Im Oktober ist es soweit.