Die Erde ist als „blauer Planet“ bekannt. Denn rund 70% Prozent ihrer Oberfläche sind von Wasser bedeckt. Kein anderer Planet in unserem Sonnensystem lässt sich mit der Erde vergleichen. Dabei sind Ozeane und Seen rund um den Globus nicht die einzigen Wasservorkommen des Sonnensystems.

Allerdings sind die nicht-irdischen Wasservorkommen größtenteils gefroren. Die Polkappen des Mars und auch einige Jupitermonde bedecken Eisschichten. Beim Jupitermond Europa gibt es sogar Hinweise auf Meere unter der Eisdecke. Außerdem kreisen jede Menge Kometen umher, die hauptsächlich aus Eis bestehen. Genau sie sind es, die nach neuesten Erkenntnissen dafür verantwortlich sein könnten, dass es auf der Erde Wasser und somit auch Leben gibt.

Woher kommt aber das viele Wasser auf der Erde? Forscher gehen aufgrund jüngster Erkenntnisse davon aus, dass das Wasser in den Ozeanen und das in vielen Kometen denselben Ursprung haben. Es stammt demnach aus Kometen, die vor Milliarden von Jahren mit unserem Planeten kollidierten.

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Darstellung eines Kometen, von Eiskörnern und den Ozeanen der Erde. SOFIA fand Hinweise in den Eiskörnern des Kometen Wirtanen, die darauf hindeuten, dass Wasser in Kometen und den Ozeanen der Erde einen gemeinsamen Ursprung haben könnte. © NASA/SOFIA/L. Cook/L. Proudfit

Dreckige Schneebälle

Ausschlaggebend für diese Erkenntnisse waren Daten des Stratosphären-Observatoriums für Infrarotastronomie, SOFIA. Wissenschaftler beobachteten den Kometen Wirtanen bei seinem Vorbeiflug an der Erde im Dezember 2018. Diese Daten zeigten, dass dieser Komet „ozeanähnliches“ Wasser enthält. Ein Vergleich mit Informationen über andere Kometen lässt darauf schließen, „dass viel mehr Kometen, als bisher angenommen“, Wasser zur Erde hätten bringen können.

„Wir haben ein riesiges Reservoir an erdähnlichem Wasser im Außenbereich des Sonnensystems gefunden“, sagt Darek Lis. Er arbeitet als Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, und ist Hauptautor der Studie. „Wasser war entscheidend für die Entwicklung des Lebens, wie wir es kennen. Wir wollen nicht nur verstehen, wie das Wasser auf die Erde kam, sondern auch, ob dieser Prozess in anderen Planetensystemen funktionieren könnte.“

Junge Planeten entstehen durch die allmähliche Ansammlung von Trümmern, Staub und Gas, die in einer Scheibe um einen Stern kreisen. Dabei kleben kleine Trümmerstücke zusammen und werden im Laufe der Zeit größer. So entwickeln sie sich zu Asteroiden, Planetesimalen und Planeten. Überreste der Trümmer bleiben an Orten wie dem Kuiper-Gürtel jenseits von Neptun oder der Oortschen Wolke, jenseits des Pluto, zurück. Aus diesen Gebieten kämen diese „dreckigen Schneebälle aus Gestein, Staub, Eis und anderen gefrorenen Chemikalien, die teilweise verdampfen, wenn sie sich der Sonne nähern und jene Schweife produzieren, die man auf Bildern sieht“, erklären Astronomen der NASA.

Verschiedene Wasserarten

Woher dieses Wasser der Kometen kommt, ist auch den Wissenschaftlern ein Rätsel. Mit speziellen Instrumenten können sie jedoch zwei Wasserarten nachweisen: Alltägliches Wasser H2O, und Schwerwasser, HDO. Es enthält ein zusätzliches Neutron in einem der Wasserstoffatome. Zeigt sich bei einem Vergleich der Wassertypen, dass das Verhältnis von H2O und HDO das gleiche ist wie in den Ozeanen der Erde, lässt nur eine Schlussfolgerung zu: Das Wasser des Kometen und der Ozeane hat denselben Ursprung.

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© NASA/NOAA/GOES Project

Allerdings sei es schwierig dies zu vergleichen, erklären die Forscher. Der Grund:  Boden- und Weltraumteleskope können Kometen nur dann so detailliert untersuchen, wenn sie nahe genug an der Erde vorbeikommen. Direkte Besuche von Kometen, wie Rosetta, sind selten. Die Wissenschaftler konnten daher seit den 1980er Jahren dieses Verhältnis erst bei etwa einem Dutzend Kometen untersuchen. Das Wasser eines Kometen von der Erde aus zu untersuchen sei schwierig, „da das Wasser in der Erdatmosphäre seine Signaturen blockiert“.

Dank der großen Höhe, in der SOFIA operiert, gelang es bei Wirtanen aber, das Verhältnis von normalem zu schwerem Wasser im Kometen genau zu messen. Die Daten zeigten tatsächlich, dass das Verhältnis von H2O und HDO das gleiche ist wie in den Ozeanen der Erde.

Überraschende Erkenntnisse

Bei einem weiteren Vergleich der neuen SOFIA-Daten mit früheren Kometenstudien, stießen sie auf eine überraschende Gemeinsamkeit. Das Verhältnis von normalem zu schwerem Wasser war bei allen Kometen immer das gleiche. Egal, ob sie aus der Oortschen Wolke oder dem Kuipergürtel stammten. „Stattdessen hing es davon ab, wie viel Wasser von den Eiskörnern im Koma des Kometen [der gas- und Staubhülle] im Vergleich zur schneebedeckten Oberfläche freigesetzt wurde.“ Demnach sieht es so aus, dass auf allen Kometen das gleiche Verhältnis zwischen H2O und HDO existiert. Das würde wiederum darauf hindeuten, dass ein großer Teil des Wassers der Ozeane von Kometen kommt.

„Das ist das erste Mal, dass wir das Verhältnis von schwerem zu normalem Wasser aller Kometen mit einem einzigen Faktor in Verbindung bringen konnten“, sagt Dominique Bockelée-Morvan, Wissenschaftlerin am Pariser Observatorium. Zudem ist sie  am Nationalen französischen Zentrum für wissenschaftliche Forschung tätig und Zweitautor der Arbeit. „Wir müssen vielleicht erneut darüber nachdenken, wie wir Kometen untersuchen, denn Wasser, das aus den Eiskörnern freigesetzt wird, scheint ein besserer Indikator für den Gesamtwasseranteil zu sein als das aus dem Oberflächeneis freigesetzte Wasser.“

Um diese Erkenntnisse zu bestätigen und herauszufinden, ob sie auch auf andere Kometen zutreffen, seien weitere Studien nötig, betonen die Forscher. Die nächste Gelegenheit wird sich im November 2021 bieten. Denn dann kommt ein Komet der Erde wieder nahe genug.

SOFIA

Flying Infrared Observatory SOFIA© DLR

SOFIA

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot Astronomie, SOFIA, ist das größte fliegende Observatorium der Welt. Dabei handelt es sich um ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Die fliegende Sternwarte für den Empfang von Terahertz-Strahlung besteht aus einer umgebauten Boeing 747SP. Aus dem Rumpf in 12 bis 13 Kilometern Flughöhe kann ein Teleskop mit 2,7 Metern Durchmesser in den Weltraum schauen. Das SOFIA-Programm, die wissenschaftliche Ausrüstung und die Missionen werden vom Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley in Zusammenarbeit mit den Universitäten Space Research Association mit Sitz in Columbia, Maryland, und dem Deutschen SOFIA Institute (DSI) an der Universität Stuttgart betrieben. Das Flugzeug wird vom Armstrong Flight Research Center Building 703 der NASA in Palmdale, Kalifornien, gewartet und betrieben.

Die Ergebnisse der Studie wurden in Astronomy and Astrophysics Letters veröffentlicht.

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