Vesta ist der zweitmassereichste Körper im Asteroidengürtel, übertroffen nur von Ceres, der als Zwergplanet klassifiziert ist. Als hellster Asteroid am Himmel ist Vesta gelegentlich von der Erde aus mit bloßem Auge sichtbar. Er ist der erste der vier größten Asteroiden (Ceres, Vesta, Pallas und Hygiea), der von einer Raumsonde besucht wurde. Die Dawn-Mission umkreiste Vesta im Jahr 2011 und lieferte neue Erkenntnisse über diese felsige Welt.
Himmelspolizei
Im Jahr 1596 kam Johannes Kepler bei der Bestimmung der elliptischen Form von Planetenbahnen zu der Überzeugung, dass in der Lücke zwischen Mars und Jupiter ein Planet existieren müsste. Mathematische Berechnungen von Johann Daniel Titius und Johann Elert Bode im Jahr 1772 – später bekannt als das Titius-Bode-Gesetz – schienen diese Vorhersage zu unterstützen. Im August 1798 bildete sich eine Gruppe, die als „Celestial Police“ bekannt wurde, um nach diesem fehlenden Planeten zu suchen. Zu ihnen gehörte der deutsche Astronom Heinrich Olbers. Olbers entdeckte den zweiten bekannten Asteroiden, Pallas. In einem Brief an einen Astronomen-Kollegen stellte er die erste Theorie über die Herkunft des Asteroiden auf. Er schrieb: „Könnte es sein, dass Ceres und Pallas nur ein Paar Fragmente … eines einstmals größeren Planeten sind, der einst seinen Platz zwischen Mars und Jupiter einnahm?“
Olbers schlussfolgerte, dass sich die Fragmente eines solchen Planeten an der Stelle der Explosion und wiederum in der direkt gegenüberliegenden Umlaufbahn schneiden würden. Er beobachtete diese beiden Bereiche nachts und entdeckte am 29. März 1807 Vesta und war damit der erste Mensch, der zwei Asteroiden entdeckte. Nach den Beobachtungen mehrerer Nächte schickte Olbers seine Berechnungen an den Mathematiker Carl Friedrich Gauß, der bemerkenswerterweise die Umlaufbahn von Pallas in nur 10 Stunden berechnete. Als solcher wurde ihm die Ehre zuteil, den neuen Körper zu benennen. Er wählte den Namen Vesta, Göttin des Herdes und Schwester von Ceres.
Physikalische Eigenschaften von Vesta
Vesta ist einzigartig unter den Asteroiden, da sie helle und dunkle Flecken auf der Oberfläche hat, ähnlich wie der Mond. Bodengestützte Beobachtungen ergaben, dass der Asteroid basaltische Regionen hat, was bedeutet, dass einst Lava über seine Oberfläche floss. Er hat eine unregelmäßige Form, ungefähr die eines abgeflachten Sphäroids (in nicht-technischen Begriffen, eine etwas zusammengedrückte Kugel).
- Durchmesser: 329 Meilen (530 Kilometer)
- Masse: 5.886 X 1020 lbs. (2,67 x 1020 Kilogramm)
- Temperatur: 85 bis 255 K (minus 306 bis 0 Grad Fahrenheit / minus 188 bis minus 18 Grad Celsius)
- Albedo: 0,4322
- Rotationsdauer: 5,342 Stunden
- Orbitalperiode: 3,63 Jahre
- Exzentrizität: .0886
- Aphelion: 2,57 AE
- Perihel: 2,15 AE
- Nächste Annäherung an die Erde: 1.14 AE
Oberfläche, Zusammensetzung und Entstehung
Als sich Vesta 1996 der Erde näherte, kartierte das Hubble-Weltraumteleskop ihre topographische Oberfläche und Merkmale. Dabei wurde ein großer Krater am Südpol entdeckt, der in das Innere des Sterns einschneidet. Der Krater hat einen durchschnittlichen Durchmesser von 460 km – zur Erinnerung: Vesta selbst hat nur einen Durchmesser von 530 km. Er schneidet durchschnittlich 13 km in die Kruste ein und entstand höchstwahrscheinlich durch einen Einschlag in der Frühzeit des Asteroiden. Das Material, das bei dieser Kollision herausgeschleudert wurde, führte zu einer Reihe kleinerer – Vestoid – Asteroiden, die in der Nähe ihrer Eltern kreisen, sowie zu einigen der Meteoriten, die auf die Erde gestürzt sind.
Im Gegensatz zu den meisten Asteroiden ist das Innere von Vesta differenziert. Wie die irdischen Planeten hat der Asteroid eine Kruste aus erkalteter Lava, die einen felsigen Mantel und einen Kern aus Eisen und Nickel bedeckt. Dies spricht dafür, Vesta eher als Protoplaneten denn als Asteroiden zu bezeichnen.
Der Kern von Vesta hat sich in den ersten 10 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems schnell gebildet. Die basaltische Kruste von Vesta bildete sich ebenfalls schnell, im Laufe von wenigen Millionen Jahren. Die Vulkanausbrüche an der Oberfläche kamen aus dem Mantel und dauerten zwischen 8 und 60 Stunden. Die Lavaströme selbst reichten von einigen hundert Metern bis zu mehreren Kilometern, mit einer Dicke zwischen 5 und 20 Metern. Die Lava selbst kühlte schnell ab, um dann wieder von weiterer Lava begraben zu werden, bis die Kruste vollständig war. Die Schwerkraft von Dawn schätzte den Kern auf etwa 18 Prozent der Masse von Vesta, was im Verhältnis etwa zwei Drittel der Masse des Erdkerns entspricht.
Wäre Jupiter nicht gewesen, hätte Vesta sogar gute Chancen gehabt, ein Planet zu werden.
„Im Asteroidengürtel hat Jupiter die Dinge im Grunde so sehr aufgewirbelt, dass sie sich nicht so leicht miteinander verbinden konnten“, sagte Dawn-Wissenschaftler David O’Brien vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, 2012 gegenüber Reportern.
„Die Geschwindigkeiten im Asteroidengürtel waren wirklich hoch, und je höher die Geschwindigkeit ist, desto schwieriger ist es für Dinge, unter ihrer eigenen Schwerkraft zu verschmelzen“, fügte O’Brien hinzu.
Im Jahr 1960 kündigte ein Feuerball, der durch den Himmel über Millbillillie, Australien, raste, die Ankunft eines Stücks von Vesta auf der Erde an. Der Meteorit besteht fast vollständig aus Pyroxen, einem Mineral, das in Lavaströmen vorkommt, und trägt die gleichen spektralen Signale wie Vesta.
NASA’s Dawn-Raumsonde, die den Asteroiden 2012 besuchte, entdeckte, dass der felsige Körper eine überraschende Menge an Wasserstoff auf seiner Oberfläche hatte. Sie fand auch helle, reflektierende Regionen, die von seiner Geburt übrig geblieben sein könnten.
„Unsere Analyse zeigt, dass dieses helle Material von Vesta stammt und sich seit der Entstehung von Vesta vor über 4 Milliarden Jahren kaum verändert hat“, sagte Jian-Yang Li, ein an Dawn beteiligter Wissenschaftler an der University of Maryland, College Park, in einer Erklärung.
Ein massiver Berg ragt über den Südpol von Vesta. Der riesige Berg ragt über 20 Kilometer (65.000 Fuß) in die Höhe und ist damit fast so hoch wie der Olympus Mons, der größte Berg (und Vulkan) im Sonnensystem. Der Olympus Mons erhebt sich etwa 24 Kilometer über die Marsoberfläche.
„Der südpolare Berg ist größer als die große Insel Hawaii, der größte Berg der Erde, gemessen vom Meeresboden“, sagte Dawn-Prinzipalforscher Chris Russell auf einer astronomischen Konferenz 2011. „Er ist fast so hoch wie der höchste Berg im Sonnensystem, der Schildvulkan Olympus Mons auf dem Mars.“
Flüssiges Wasser floss einst über den Asteroiden. Bilder, die von der Raumsonde Dawn aufgenommen wurden, zeigten geschwungene Rinnen und fächerförmige Ablagerungen in acht verschiedenen Vesta-Einschlagskratern. Es wird angenommen, dass alle acht Krater innerhalb der letzten paar hundert Millionen Jahre entstanden sind, also erst vor relativ kurzer Zeit in der Lebenszeit des 4,5 Milliarden Jahre alten Asteroiden.
„Niemand hat erwartet, auf Vesta Hinweise auf Wasser zu finden. Die Oberfläche ist sehr kalt und es gibt keine Atmosphäre, so dass jegliches Wasser auf der Oberfläche verdampft“, sagte die Hauptautorin der Studie, Jennifer Scully, eine promovierte Forscherin an der UCLA, in einer Erklärung der NASA. „Wie auch immer, Vesta erweist sich als ein sehr interessanter und komplexer planetarer Körper.“
Scully und ihr Team dachten, dass die Merkmale durch Trümmerströme entstanden sind, im Gegensatz zu reinen Wasserflüssen oder Strömen, die die Vesta-Rinnen geformt haben. Sie schlugen vor, dass Meteoriten, die den Asteroiden bombardierten, Eisablagerungen unter der Oberfläche schmolzen, wodurch flüssiges Wasser und kleine Gesteinspartikel die Kraterwände hinunterflossen. Eine solche Aktivität deutet auf das Vorhandensein von Eis unter der Oberfläche hin.
„Wenn es heute vorhanden wäre, wäre das Eis zu tief vergraben, um von einem der Instrumente von Dawn entdeckt zu werden“, sagte Scully. „Allerdings sind die Krater mit gekrümmten Rinnen mit entsteintem Terrain verbunden, was unabhängig als Beweis für den Verlust von flüchtigen Gasen aus Vesta vorgeschlagen wurde.“
Eis könnte für die Veränderung der Oberfläche von Vesta verantwortlich sein. Im Jahr 2017 legte eine Studie nahe, dass glatte Flecken auf dem Asteroiden häufig hohe Konzentrationen von Wasserstoff aufwiesen, der häufig zu sehen ist, wenn Sonnenstrahlung Wassermoleküle aufspaltet.
„Wir schlagen vor, dass Modifikationen der Oberfläche durch das Schmelzen von vergrabenem Eis für die Glättung dieser Bereiche verantwortlich sein könnten“, sagte Essam Heggy, ein Planetenforscher an der University of Southern California in Los Angeles, gegenüber Space.com. „
Dawn beobachtete auch Anzeichen von hydratisierten Mineralien (Mineralien, die Wassermoleküle enthalten) auf der Oberfläche von Vesta, die ebenfalls auf das Vorhandensein von vergrabenem Eis hinweisen könnten. Die hydratisierten Materialien wurden mit älterem Terrain in Verbindung gebracht und könnten durch Einschläge von Material von weiter draußen im Sonnensystem geliefert worden sein.
Eine Karte von Vesta in geringer Höhe zeigte eine reiche Geologie. Die steilen Hänge, die auf dem Asteroiden zu finden sind, in Kombination mit seiner hohen Schwerkraft, ebnen den Weg für Gestein, das nach unten rollt und anderes Material freilegt. Dawn enthüllte eine Vielzahl von Mineralien, darunter einige helle und dunkle Materialien, die auf mögliches vergrabenes Eis hinweisen könnten.
Vestalische Besucher auf der Erde
In der Tat bedeutet Vestas einzigartige Zusammensetzung, dass sie für eine ganze Gruppe von Meteoriten verantwortlich ist. Die HED-Meteorite – bestehend aus Howarditen, Eukriten und Diogeniten – erzählen die Geschichte von Vestas frühem Leben. Eukrite bilden sich aus gehärteter Lava, während Diogenite aus dem Untergrund stammen. Howardite sind eine Kombination aus beiden, entstanden, als ein großer Einschlag die beiden Bereiche miteinander vermischte.
Vesta wird seit 1970 als Quelle der HED-Meteoriten vermutet. Das Mapping-Spektrometer von Dawn bestätigte diese Vermutung. Das Dawn-Team glaubt, dass die HEDs aus einem Einschlagbecken namens Rheasilvia stammen, nach einer antiken römischen Vestalin-Priesterin. Mit einem Durchmesser von 500 Kilometern (310 Meilen) ist Rheasilvia fast so groß wie Vesta selbst. Sie entstand wahrscheinlich durch eine Kollision, die den größten Teil der Kruste der südlichen Hemisphäre abtrug und das Innere des Asteroiden freilegte.
„Vesta war wahrscheinlich kurz davor, zu zerbrechen“, sagte Carol Raymond, die Leiterin der Dawn-Untersuchung, und bemerkte, dass der Einschlag konzentrische Reihen von Trögen – Bruchlinien – um Vestas Äquator herum hinterließ.
Parallele Tröge könnten ein weiteres Zeichen für den enormen Einschlag sein. Raymond sagte der Planetary Society, dass das Vorhandensein dieser Tröge auf ernsthafte Schäden im Inneren des Asteroiden hindeutet.
Wenn die Umlaufbahn von Vesta jenseits des Mars liegt, wie haben es dann Stücke von ihr geschafft, auf die Erde zu gelangen? Die Fragmente von Vesta passieren Jupiter einmal in drei Umläufen um die Sonne, wodurch die Schwerkraft des größten Planeten auf sie einwirkt. Dieses Ziehen könnte die Fragmente so weit verschoben haben, dass sie schließlich auf der Erde einschlugen.
Damit ist Vesta einer von drei Körpern, von denen Wissenschaftler Proben besitzen. Die anderen beiden sind der Mond und der Mars.
Die Erforschung des Asteroiden
Im September 2007 startete die NASA die Mission Dawn, die insofern einzigartig ist, als sie das erste Raumschiff war, das in eine Umlaufbahn um einen Körper des Sonnensystems eintrat und dann zu einem zweiten weiterflog. Dawn trat im Juli 2011 in eine Umlaufbahn um Vesta ein. Nachdem sie den Asteroiden ein Jahr lang untersucht hatte, verließ sie Vesta und traf im März 2015 auf Ceres.
Die Dawn-Mission der NASA soll die Eigenschaften des frühen Sonnensystems untersuchen, indem sie die beiden Asteroiden analysiert, die sehr unterschiedlich sind. Ceres ist feucht, mit jahreszeitlich bedingten Polkappen, und hat möglicherweise eine dünne Atmosphäre. Vesta hingegen ist trocken und felsig. Die Untersuchung der einzigartigen Spektralsignaturen in ihrer felsigen Kruste wird unser Wissen über unseren eigenen Planeten sowie über Mars und Merkur erweitern.
Aufgrund ihrer Größe werden die beiden eigentlich als Protoplaneten oder Kleinplaneten betrachtet. Die Anziehungskraft des Jupiters hat ihre Entstehung gestört. Ohne die Anwesenheit des Gasriesen hätten sich die beiden möglicherweise weiter zu Planeten voller Größe entwickeln können.
„Wir wissen jetzt, dass Vesta der einzige intakte, geschichtete Planetenbaustein ist, der aus den frühesten Tagen des Sonnensystems überlebt hat“, sagte die stellvertretende Leiterin der Dawn-Untersuchung, Carol Raymond vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, 2012 gegenüber Reportern.
Dawns Untersuchung von Vesta ermöglichte die Erstellung der bis dato besten Karte des Asteroiden.
Im Oktober 2010 nahm das Hubble-Weltraumteleskop Vesta erneut auf. Die dabei gewonnenen Daten zeigten, dass der Asteroid um etwa vier Grad mehr gekippt war, als die Wissenschaftler ursprünglich dachten. Diese Erkenntnisse halfen der NASA, die Raumsonde auf die richtige polare Umlaufbahn um den Asteroiden zu bringen. Dawn benötigt Licht von der Sonne, um seine Kartierungs- und Abbildungsaufgaben zu erfüllen.
Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde am 29. Mai 2018 aktualisiert, um klarzustellen, dass Vesta nicht der erste Asteroid war, der von einer Raumsonde besucht wurde, sondern der erste der vier größten Asteroiden, der besucht wurde.