Ist ein Komet des Hauptgürtels mit der Quelle des Lebens kollidiert? Erfahren Sie mehr in einem Artikel

Woher kommt das ganze Wasser der Erde? Kürzlich veröffentlichte die Zeitschrift Nature einen Artikel, in dem es hieß, dass Messdaten des James Webb-Weltraumteleskops (im Folgenden als Webb-Teleskop bezeichnet) zum ersten Mal zeigten, dass um den Kometen Reed im Hauptgürtel des Sonnensystems Wasserdampf existiert.

„Hauptgürtelkometen existieren im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter.“ Yu Liangliang, Assistenzprofessor an der Macau University of Science and Technology, erklärte dem Reporter von Science Times, dass Hauptgürtelkometen eine Art aktiver kleiner Himmelskörper seien, die von Astronomen in den vergangenen 30 Jahren entdeckt wurden. Es handelt sich dabei um kleine Himmelskörper des Hauptgürtels, von denen man annimmt, dass sie Wassereis in ihrem Inneren enthalten, doch stichhaltige direkte Beweise dafür fehlten bisher. Die neuen Erkenntnisse des Webb-Teleskops haben diese Ansicht bestätigt.

Wasserreicher Komet liefert neue Beweise

Die Position der Erde im Sonnensystem war von Anfang an kein Ort, an dem sich Wasser mit einem extrem niedrigen Siedepunkt und einem extrem geringen spezifischen Gewicht aufhalten sollte. Diese Regel gibt die Sonne mit ihrer hohen „Körpertemperatur“ vor. Unerwarteterweise ist die Erde ein „Nagelhaus“, mit Ausnahme des Wassers, das sogar 71 % der Erdoberfläche einnimmt.

Die Frage ist also, ob die Temperatur der protoplanetaren Sonnenscheibe, auf der die Erde entstand, sehr hoch war und es auf der Urerde nicht möglich gewesen sein sollte, dass Wasserdampf kondensiert. In der Vergangenheit war man vorherrschend der Meinung, dass das Wasser auf der Erde von Kometen und einigen Asteroiden stammt. Kometen sind kleine Himmelskörper, die reich an Wassereis sind und aus Eis, Staub und Gestein bestehen. Wenn sich ein Komet der Sonne nähert, beginnt sein Eis zu sublimieren. Dabei entstehen Gase, die nach außen austreten und kleine Staubpartikel von der Oberfläche wegblasen. Dadurch entsteht ein dunstiger oder wolkiger Ring, eine sogenannte „Koma“, und ein langer Schweif, ein sogenannter „Kometenschweif“.

Yu Liangliang glaubt, dass die Wassermoleküle in der Koma des Kometen Reed beweisen, dass es im Hauptgürtel eine große Anzahl kleiner Himmelskörper mit inneren Eispartikeln geben sollte. Ihr Wassereis ist größtenteils tief unter der Erde vergraben und weist normalerweise eine geringe Gasproduktion auf. Kommt es zu einem Einschlag und wird in einem bestimmten Gebiet unterirdisches Wassereis freigelegt, entsteht ein kometenartiger Schweif, der den Kometen zu einem Hauptgürtelkometen macht. „Kleine Körper des Hauptgürtels wandern eher in die Nähe der Erdumlaufbahn als periodische Kometen, was bis zu einem gewissen Grad die Möglichkeit unterstützt, dass eisige kleine Körper im Hauptgürtel der Erde ‚Wasser liefern‘ können.“

Eisige Kleinkörper im Hauptgürtel können auch „Wasserlieferanten“ sein

Auch die „Wasserlieferung“ von kleinen Eiskörpern im Hauptgürtel zur Erde ist voller Unsicherheiten, und die Herausforderung geht von Wasserstoffisotopen aus.

Zuvor hatten Wissenschaftler das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis (D/H) des Wassers auf der Erde und dreier berühmter Kometen – Halley, Hyakutake und Hale-Bopp – berechnet und festgestellt, dass das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis des Kometenwassers mehr als doppelt so hoch ist wie das des Wassers auf der Erde. Wenn das gesamte Wasser auf der Erde von Kometen stammt, sollte das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis dasselbe sein. „Das bedeutet, dass das Wasser der Erde nicht ausschließlich von Kometen stammen dürfte“, sagte Yu Liangliang.

Studien haben gezeigt, dass das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis von Asteroiden-Chondriten niedriger ist als das der Erde. „Das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis des Erdwassers liegt zwischen dem von Asteroiden und Kometen. Asteroiden in der protoplanetaren Scheibe entstanden auf der Innenseite der Wasserschneegrenze (Kondensationspunktlinie) und sind wasserarm, während Kometen auf der Außenseite der Schneegrenze entstanden und wasserreich sind.“ Yu Liangliang analysierte, dass sich das mitgebrachte Wasser eines bestimmten Anteils von Asteroiden und Kometen vermischte, nachdem sie die Erde getroffen hatten. Dies könne das Problem erklären, dass das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis des Wassers auf der Erde zwischen dem von Asteroiden und Kometen liege.

Yu Liangliang schlug auch eine andere Möglichkeit vor. „Es könnte einige kleine Himmelskörper geben, deren Materialzusammensetzung zwischen der von Asteroiden und Kometen liegt und die sich nahe der Schneegrenze befinden. Sie haben Wasser auf die Erde gebracht, sodass auch das Deuterium-Wasserstoff-Verhältnis zwischen dem von Asteroiden und Kometen liegt.“

Im Sonnensystem befindet sich die Wasserschneegrenze in der Mitte des Hauptgürtels. „Die Entdeckung von Hauptgürtelkometen und der Nachweis von Wassermolekülen durch das Webb-Teleskop haben gezeigt, dass es nahe der Schneegrenze tatsächlich kleine Eiskörper gibt, deren Materialzusammensetzung zwischen der von Asteroiden und Kometen liegt. Sie könnten der frühen Erde Wasser gebracht haben“, sagte Yu Liangliang.

Das Fehlen von Kohlendioxid ist nicht überraschend

Das Wasser wurde erfolgreich mit dem Nahinfrarotspektrometer des Webb-Teleskops nachgewiesen. Doch damit ist auch ein neues Rätsel verbunden: Anders als bei anderen Kometen wurde um den Kometen Reed kein Kohlendioxid nachgewiesen. Normalerweise besteht ein Komet zu etwa 10 % aus Kohlendioxid.

Yu Liangliang glaubt, dass dies nicht überraschend ist. Thermodynamischen Modellen zufolge kann Wasser im Hauptgürtel aufgrund der Temperatur nur länger konserviert werden als das Alter des Sonnensystems. Kohlendioxid sublimiert leichter als Wasser und kann daher nicht lange konserviert werden. Periodische Kometen kommen aus dem Kuipergürtel oder der Oortschen Wolke, wo die Temperatur niedrig ist und Kohlendioxid erhalten bleiben kann.

Michael Kelly, Astronom an der University of Maryland und Erstautor der Abhandlung, erklärte, eine Möglichkeit bestehe darin, dass der Komet Reed bei seiner Entstehung Kohlendioxid enthielt, dieses aber später aufgrund der hohen Temperaturen verlor. Alternativ könnte sich der Komet Reed in einem wärmeren Teil des Sonnensystems gebildet haben, wo Kohlendioxid nicht auf dem Stern kondensieren konnte.

In Zukunft können uns die Kometen des Hauptgürtels möglicherweise mehr verraten.