🔭 Das rätselhafte Metall des Asteroiden Psyche in der Simulation

Im Herzen des Asteroidengürtels fasziniert ein Himmelskörper namens Psyche die wissenschaftliche Gemeinschaft zutiefst. Mit einem Durchmesser von 226 Kilometern ist seine unwahrscheinliche metallische Struktur ein Rätsel: Handelt es sich um den freigelegten Metallkern einer ehemaligen Protoplaneten oder einfach um ein chaotisches Gemisch aus Gestein und Metall, das durch alte Kollisionen geformt wurde?

Um dieses Rätsel zu lösen, führten Wissenschaftler der University of Arizona Computersimulationen zu einem großen Krater in der Nähe des Nordpols des Asteroiden durch. Ihre in dem Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlichte Arbeit zielt darauf ab, vorherzusagen, was die NASA-Mission – deren Ankunft für 2029 erwartet wird – bei der Analyse der Morphologie dieser Vertiefung beobachten könnte. Das Team testete mehrere innere Strukturen und verglich ein Szenario mit einem von Gestein umhüllten Metallkern mit einer Struktur, in der die Materialien gleichmäßig vermischt wären.


Die Porosität, also der Anteil an Hohlräumen im Inneren des Körpers, beeinflusst die Bildung von Kratern erheblich. Bei einem Aufprall lässt sich ein poröses Material leichter komprimieren, es absorbiert die Energie des Einschlags und erzeugt tiefere Vertiefungen mit weniger ausgeworfenem Schutt. Dieser oft in Modellen vernachlässigte Parameter könnte genau der Schlüssel sein, um zwischen einer geschichteten Struktur und einer homogenen Zusammensetzung zu unterscheiden. Die Forscher schätzen, dass diese Merkmale von den Instrumenten der Raumsonde klar beobachtbar sein werden.

Konkret rekonstruierten die Simulationen die Entstehung eines etwa 48 Kilometer breiten und 5 Kilometer tiefen Kraters, wobei ein Impaktor von 5 Kilometern Durchmesser mit einer für den Hauptgürtel typischen Geschwindigkeit einschlug. Die erhaltenen Ergebnisse entsprechen gut den beobachteten Dimensionen, können aber die beiden Zusammensetzungshypothesen noch nicht eindeutig unterscheiden. Die Einbeziehung der Porosität in die Berechnungen ermöglichte es jedoch, die Vorhersagen bezüglich der Form des Kraters und der Verteilung der Auswurfmassen zu verfeinern.

Die zukünftige Mission Psyche wird eine Reihe von Instrumenten zur Untersuchung der Oberfläche, der Schwerkraft, des Magnetfelds und der Zusammensetzung des Asteroiden mitführen. Die Modellierungen liefern bereits jetzt wertvolle Hinweise, wie Kontraste in der internen Dichte oder die Streuung von metallischen Trümmern, die Wissenschaftler mit den Beobachtungen vergleichen können. Diese Zusammenarbeit zwischen Modellierern und Planetologen wird eine schnellere und präzisere Interpretation der Ergebnisse ermöglichen, sobald die Sonde vor Ort ist.


Letztendlich wird die Aufklärung der Natur von Psyche die Mechanismen der Planetenentstehung im frühen Sonnensystem erhellen. Wenn sich dieser Asteroid als ein freiliegender Planetenkern erweisen sollte, böte er einen einzigartigen Einblick in die gewalttätigen Phasen der Akkretion, die bei Planeten wie der Erde normalerweise unzugänglich sind. Im anderen Fall würde seine gemischte Struktur Aufschluss über die intensiven Kollisionen geben, die die kleinen Körper geformt haben.

Impaktsimulationen mittels Hydrodynamik

Um diese Studie durchzuführen, verwendeten die Forscher fortschrittliche Computercodes für geschmeidige Partikelhydrodynamik. Diese Werkzeuge rekonstruieren Asteroidenkollisionen virtuell, indem sie das Verhalten von Materialien unter extremen Kräften simulieren. Eine 3D-Version von Psyche, erstellt aus Teleskopbeobachtungsdaten, wurde so von einem virtuellen Impaktor realistischer Größe und Geschwindigkeit für den Hauptgürtel "getroffen".

Diese Modelle ermöglichen es, verschiedene Hypothesen über die innere Struktur zu testen, indem Parameter wie die Größe des Impaktors, der Aufprallwinkel oder die Zusammensetzung des Ziels variiert werden. Sie generieren dann präzise Vorhersagen über die Morphologie des Kraters (Breite, Tiefe) und die Verteilung des ausgeworfenen Materials. Durch die Anpassung dieser Parameter wird es möglich, zu identifizieren, welches Szenario am besten zu den aktuellen Beobachtungen passt, und so die Grundlage für die Analyse der zukünftigen Missionsdaten zu schaffen.