Meteoriten und Meteore: Kosmische Katastrophen

Meteoriten und Meteore: Kosmische Katastrophen

 

Die Zukunft unseres Planeten wird nicht nur von langfristigen — und damit langsamen — Entwicklungen geprägt, die vorwiegend durch geologische Prozesse bedingt werden, sondern auch durch plötzlich auftretende, teilweise dramatische Ereignisse. Ursache sind mitunter Himmelskörper aus dem Weltraum, die das Schicksal der Erde und ihrer Lebewesen in der Vergangenheit schon öfter dramatisch beinflusst haben. Obwohl solche Ereignisse relativ selten sind, muss auch in Zukunft mit ihnen gerechnet werden.

 

 Fällt uns der Himmel auf den Kopf?

 

Am Vormittag des 7. November 1492 dürfte den Menschen in der Umgebung der elsässischen Ortschaft Ensisheim ein gewaltiger Schrecken in die Glieder gefahren sein. Damals, so berichten die Chronisten, war über weite Landesteile hinweg ein Furcht erregendes Donnern und Lärmen »wie von tausend Gewehrschüssen« zu vernehmen, dessen Widerhall bis in das schweizerische Luzern, Uri und andere weit entfernte Orte zu hören gewesen sei. Unmittelbar darauf, so die Berichte weiter, sei bei Ensisheim ein 260 Pfund schwerer Stein vom Himmel gefallen und noch etwa einen Meter tief ins Erdreich eingedrungen.

 

Ungeachtet solcher »Augenzeugenberichte« zweifelten die meisten Wissenschaftler noch zu Beginn des 19. Jahrhunderts am kosmischen Ursprung der Meteoriten. Als etwa der amerikanische Chemiker Benjamin Silliman, Professor am renommierten Yale College in New Haven, 1807 berichtete, er habe zusammen mit einem Kollegen einen Stein vom Himmel fallen sehen, erntete er sogleich heftigen Widerspruch seiner Kollegen — und sogar des damaligen amerikanischen Präsidenten, Thomas Jefferson. Erst als die Astronomen sich dieser Frage annahmen und sich daran machten, die Leuchtspuren von Meteorerscheinungen zu vermessen, begann das Bild sich zu wandeln. So fanden Johann Friedrich Benzenberg und Heinrich Wilhelm Brandes anhand zahlreicher Meteor-Beobachtungen, dass die im Volksmund als Sternschnuppen bezeichneten Leuchtspuren im Wesentlichen jenseits von 100 Kilometer Höhe auftreten. Ihr amerikanischer Kollege Hubert Newton konnte schließlich aus 260 Messungen zwischen 1798 und 1863 eine durchschnittliche Aufleuchthöhe von 120 Kilometern und ein Verlöschen in etwa 80 Kilometer Höhe über dem Erdboden errechnen. Das bedeutete, dass die Teilchen mit Geschwindigkeiten um 40 Kilometer pro Sekunde in die Erdatmosphäre eingedrungen waren.

 

Damit stand der kosmische Ursprung von Meteoren außer Zweifel. Dass es dann auch größere Objekte geben musste, die die schützende Erdatmosphäre durchdringen und als Meteoriten auf die Erdoberfläche prallen konnten, war nur eine logische Konsequenz. Außerdem fanden 1801 Astronomen auch kleinere Himmelskörper, die sich auf Bahnen zwischen Mars und Jupiter bewegten.

 

 Gefährliche Ausreißer

 

Wie gefährlich solche Asteroiden oder kleine Planeten der Erde werden können, wurde allerdings erst im Verlauf der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts deutlich. Den Grundstein für diese Erkenntnis legte der Berliner Astronom Georg Witt bereits am 13. August 1898. In jener Nacht entdeckte er einen Kleinplaneten, der den Asteroidengürtel in einem für uns sicheren Abstand zwischen Mars- und Jupiterbahn verlässt und sich der Erdbahn bis auf etwa 22 Millionen Kilometer nähern kann. Das lange Zeit als gefährlich betrachtete Objekt, dem die Astronomen den Namen Eros und die fortlaufende Nummer 433 verliehen, war gut hundert Jahre später Ziel der amerikanischen Raumsonde Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR).

 

Am 24. April 1932 stieß Karl Reinmuth in Heidelberg dann auf einen Kleinplaneten, der auf seinem Weg um die Sonne die Erdbahn kreuzt und sich im sonnennächsten Bahnpunkt noch innerhalb der Venusbahn bewegt. Weil die Bahn von (1862) Apollo allerdings um mehr als 6 Grad gegen die Erdbahn geneigt ist, kann sich der knapp 4 Kilometer große Brocken lediglich auf 4,5 Millionen Kilometer — die rund 12fache Mondentfernung — der Erde nähern.

 

Zu diesem Zeitpunkt war der amerikanische Geologe Daniel Barringer schon seit ein paar Jahren tot. Er hatte in mühevoller Kleinarbeit Indizien dafür gesammelt, dass ein — inzwischen nach ihm benannter — Krater im Südwesten der Vereinigten Staaten das Resultat eines kosmischen Einschlags sein müsse: In Bohrkernen aus dem Kraterboden fand er Spuren von Diamanten, Platin und Iridium, die als typische Bestandteile von Meteoriten gelten, und im Umkreis von 13 Kilometern rund um den etwa 1260 Meter großen Krater lagen zahlreiche Eisensplitter verstreut.

 

 Verräterische Minerale

 

Den endgültigen Beweis für den kosmischen Ursprung des Barringer-Kraters lieferte schließlich der amerikanische Geologe Eugene Shoemaker in den späten 50er-Jahren des 20. Jahrhunderts. Mittlerweile hatte man aus der Analyse unterirdischer Atombombenexplosionen gelernt, dass Quarzgestein, das kurzzeitig extremen Temperatur- und Druckwerten ausgesetzt ist, unter anderem zwei ganz charakteristische Minerale bildet: Coesit und Stishovit. Genau diese beiden Hochdruckminerale fand Shoemaker auch am Rand des Barringer-Kraters. Shoemaker leitete später das Feldtraining für die amerikanischen Apollo-Astronauten am und im Barringer-Krater — am liebsten wäre er allerdings selbst als Astronaut zum Mond geflogen, um die Einschlagkrater dort untersuchen zu können.

 

Um die Überreste eines kosmischen Einschlags zu sehen, muss man nicht bis nach Arizona reisen: Rund 80 Kilometer östlich von Stuttgart liegt das Nördlinger Ries, das vor rund 14 Millionen Jahren beim Aufprall eines vielleicht kilometergroßen Brockens entstand. Der Kraterrand mit einem Durchmesser von etwa 25 Kilometern ist mittlerweile stark erodiert und an vielen Stellen durchbrochen, sodass er dem ungeübten Betrachter kaum mehr auffällt; allenfalls aus der Luft oder vom »Daniel«, dem 90 Meter hohen Kirchturm der Nördlinger Georgskirche, kann man seinen Umfang erkennen. In der Umgebung hatten Geologen schon lange ein typisches Mineral gefunden und diesem nach seinem Fundort den Namen Suevit (»Schwabenstein«) gegeben.

 

Wieder war es Eugene Shoemaker, der den endgültigen Beweis für die schon lange gehegte Vermutung lieferte. Als er das Nördlinger Ries im Juli 1960 besuchte, nahm er ein paar Suevit-Proben aus einem Steinbruch am Ostrand des Kraters mit und ließ sie von seinem Kollegen Edward Chao in Washington analysieren — und der fand auch im Suevit das Hochdruckmineral Coesit.

 

 Seltene Treffer

 

Inzwischen kennen die Geologen mehr als 150 solcher »Astrobleme« — Krater, die beim Einschlag eines größeren Brockens aus dem Kosmos entstanden. Ihre Durchmesser reichen von etwa 100 Kilometern im Fall des etwa 1,8 Milliarden Jahre alten Sudbury-Kraters in Nordamerika bis zu einigen wenigen Metern: Einer der Krater, die Mitte des 19. Jahrhunderts beim Einschlag eines Meteoriten im Süden Saudi-Arabiens entstanden, hat einen Durchmesser von lediglich elf Metern.

 

Natürlich ist die Erde in der Vergangenheit von wesentlich mehr kosmischen Bomben getroffen worden. Doch zum einen sind rund 70 Prozent der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt, zum anderen wirken vor allem geologische, in kleinerem Maße auch meteorologische Prozesse der Erosion wie ein natürlicher Radiergummi, der solche Spuren mit der Zeit auslöscht. So lässt sich die augenblickliche »Kraterrate« nur aus der Erforschung des Mondes ableiten, der wegen seiner unmittelbaren Nachbarschaft einem ähnlichen Bombardement ausgesetzt sein dürfte.

 

Die Ergebnisse sind beruhigend: Einschläge mit globalen Folgen bleiben die Ausnahme. So rechnen die Forscher nur einmal innerhalb von einer Million Jahren mit einem etwa zwei Kilometer großen Brocken, nur einmal innerhalb von 100 Millionen Jahren mit einem fünfmal größeren Objekt. Der letzte größere Krater auf der Mondvorderseite ist vor rund 96 Millionen Jahren durch den Aufprall eines vielleicht 5 Kilometer großen Asteroiden entstanden.

 

 Knapp vorbei

 

Nachdem um 1990 erstmals vollautomatische Himmelskameras zur Suche nach potenziellen »Erdbahnkreuzern« eingesetzt wurden, schnellte auch die Zahl der kleineren — und damit lichtschwächeren — Objekte rasch in die Höhe. Anfang 1999 waren mehr als 700 bekannt, etwa 170 davon werden von der Internationalen Astronomischen Union als »potenziell gefährlich« eingestuft. Dazu gehören alle Objekte, die sich der Erde auf weniger als fünf Millionen Kilometer nähern können.

 

Zum Glück sind nur sechs von ihnen größer als fünf Kilometer, die Größe der Übrigen reicht herunter bis zu etwa 150 Metern. Zwar wurden auch kleinere Objekte beobachtet, doch stellen sie nach Ansicht der Forscher zumindest keine globale Bedrohung dar. Den Rekord der Nachweisgrenze hält das Objekt mit der vorläufigen Bezeichnung 1993 KA2, das am 21. Mai 1993 in einem Abstand von etwa 150000 Kilometer an der Erde vorbeizog: Sein Durchmesser wird aufgrund der Helligkeit auf etwa 5 bis 10 Meter geschätzt. Noch näher, nämlich lediglich in etwa 110000 Kilometer Abstand, muss das Objekt 1994 XM1 an der Erde vorbeigeflogen sein. Es wurde allerdings erst nach dem Punkt der größten Annäherung entdeckt.

 

Die Gefährdung, die von solchen Brocken ausgeht, hängt aber nicht nur von der Größe, sondern auch von der Zusammensetzung ab. So können die viel selteneren Metallklumpen aufgrund ihrer größeren Dichte und der geringeren Zerbrechlichkeit die Erdatmosphäre nahezu ungehindert durchdringen. Als vor rund 50000 Jahren ein etwa 40 bis 50 Meter großer Eisenmeteorit in der Wüstenregion des heutigen US-Bundesstaates Arizona aufschlug, schuf er den rund 175 Meter tiefen und mehr als 1200 Meter großen Barringer-Krater. Als am 30. Juni 1908 ein etwa doppelt so großer Gesteinsbrocken über Sibirien in die Atmosphäre eindrang, muss er durch die Reibungshitze und den Staudruck schließlich einige Kilometer über der Erdoberfläche von einer gewaltigen Explosion zerrissen worden sein. Jedenfalls fanden Forscher, die rund 20 Jahre später in die entlegene Region vordringen konnten, keinerlei Krater oder Trümmerreste; dafür waren die Bäume im Umkreis von einigen Dutzend Kilometern — scheinbar von einer Druckwelle — radial nach außen geknickt worden und näher zum Zentrum hin durch die gewaltige Hitze der Explosion auch regelrecht verkohlt.

 

Dagegen muss der Meteorit, der das Nördlinger Ries entstehen ließ, einen Durchmesser von etwa einem Kilometer besessen haben. Der Münchener Geologe Kurt Lemcke hat schon vor vielen Jahren versucht, die Folgen einer solchen Kollision quantitativ zu berechnen. Die kinetische Energie des Meteoriten dürfte groß genug gewesen sein, um die Sprengkraft von tausend Wasserstoffbomben zu jeweils 100 Megatonnen freizusetzen. Nur ein Bruchteil davon wurde verbraucht, um den kosmischen Eindringling zu verdampfen. Der Rest reichte immer noch aus, um einen mehr als 20 Kilometer großen und anfangs mehr als vier Kilometer tiefen Krater auszuheben. In weniger als einer Minute muss damals eine riesige Wolke aus Staub und Gestein mehr als 20 Kilometer hoch in die Atmosphäre geschleudert worden sein, und noch in einer Entfernung von 1500 bis 2000 Kilometern dürften alle höher entwickelten Lebensformen zugrunde gegangen sein.

 

 Der Tod kam aus dem All

 

Doch auch der Nördlinger-Ries-Meteorit war noch ein Zwerg gegen den Himmelskörper, der vor 65 Millionen Jahren in der Gegend der heutigen Halbinsel Yucatan im Golf von Mexiko auf die Erde geprallt sein muss und der für das Aussterben der Dinosaurier — und zahlreicher anderer Tierarten — verantwortlich gemacht wird. Der Krater, der inzwischen von einer kilometerdicken Sedimentschicht am Meeresboden zugedeckt wird, hat einen Durchmesser von rund 180 Kilometern. Eine solch riesige Narbe lässt auf ein mindestens 10 Kilometer großes Objekt schließen, das damals mit der Erde zusammengestoßen ist. Mutmaßliche Spuren dieses gewaltigen Einschlags haben Geologen seit 1980 an vielen Stellen der Erde gefunden — in Form einer erhöhten Iridiumkonzentration an der Grenzschicht zwischen Tertiär- und Kreidezeit. Sie lassen erkennen, dass ein Ereignis dieser Größenordnung unvermeidlich globale Folgen hat. Wie die Folgen eines solchen Einschlags aussehen könnten, zeigen Computersimulationen. So würde der Aufprall eines kilometergroßen Asteroiden mitten im Ozean gewaltige Flutwellen auslösen, die binnen Stunden weite Teile der Küstenregionen verwüsten könnten.

 

Die Folgen wären katastrophal, da heute ein Großteil der Menschen in dicht bevölkerten Küstenstädten lebt. Erhitzt sich die Atmosphäre, bilden sich außerdem große Mengen an Stickoxiden, die von den Regentropfen als saurer Regen ausgewaschen werden. Die Ozonschicht wird zerstört, und die aufgewirbelten Staubmassen verdunkeln den Himmel für Wochen oder gar Monate. Alles in allem wäre dies eine Umweltkatastrophe, von der sich die menschliche Zivilisation nur sehr langsam wieder erholen würde. Angesichts einer solchen latenten Bedrohung aus dem Kosmos sind die Astronomen deshalb bemüht, etwaige Kollisionen frühzeitig zu erkennen. Parallel zu einer möglichst umfassenden Bestandsaufnahme registrieren Astronomen am Asteroidendatenzentrum der Internationalen Astronomischen Union in Cambridge/Massachusetts alle Beobachtungen von Kleinplaneten und beziehen sie fortlaufend in verbesserte Bahnberechnungen mit ein.

 

Allerdings ist Vorsicht angesagt, wie ein Beispiel zeigt, das im Spätwinter 1998 für Furore sorgte. Am 6. Dezember 1997 entdeckten Astronomen einen etwa zwei Kilometer großen, erdnahen Asteroiden, dessen Bahn nichts Gutes verhieß: 98 detaillierte Beobachtungen bis zum 4. März 1998 zeigten, dass sich das Objekt mit der vorläufigen Bezeichnung 1997 XF11 am 26. Oktober 2028 bis auf 40000 Kilometer der Erde nähern würde — bei einer möglichen Abweichung von bis zu 180000 Kilometern ließ sich ein Zusammenstoß nicht ausschließen.

 

Anhand dieser vorläufigen Bahn konnten die Astronomen das Objekt dann aber auf älteren Aufnahmen bis ins Jahr 1990 zurückverfolgen und so eine wesentlich genauere Bahnbestimmung ermöglichen: Danach wird das Objekt 1997 XF11 im Herbst 2028 in einer relativ sicheren Entfernung von rund 950000 Kilometern an der Erde vorbeiziehen.

 

Gegenwärtig befindet sich auch keines der anderen bekannten Objekte auf direktem Kollisionskurs mit der Erde. Die Astronomen erwarten die »gefährlichste« Begegnung zwischen einem fremden Himmelskörper und der Erde im 21. Jahrhundert am 21. Oktober 2086. Das Objekt (2340) Hathor wird sich dann unserem Planeten bis auf rund 880000 Kilometer nähern — doch dies ist noch immer mehr als die doppelte Entfernung zwischen Erde und Mond.

 

 Vorwarnzeiten

 

Die Beobachtungen bedeuten keine absolute Sicherheit, denn die Zahl der noch unbekannten kollisionsträchtigen Asteroiden dürfte in die Hunderte, wenn nicht Tausende gehen. Hinzu kommen ungezählte Kometen, die wegen ihrer Größe im Falle einer Kollision fast immer eine globale Bedrohung darstellen. Vor einigen Jahren hat der amerikanische Astronom Paul Chodas vom Jet Propulsion Laboratory in Pasadena anhand von vorliegenden Beobachtungsdaten realer Kometen untersucht, wie groß die jeweilige Vorwarnzeit gewesen wäre, wenn die Objekte sich auf Kollisionskurs mit der Erde befunden hätten.

 

Konkreter Anlass war der Komet Hyakutake, der erst Ende Januar 1996 entdeckt wurde und schon zwei Monate später in einem Abstand von lediglich 15 Millionen Kilometern an der Erde vorbeizog. Wäre er direkt auf die Erde zugerast, hätten die Astronomen erst vier Wochen vor dem Aufprall mit fünfzigprozentiger Sicherheit eine Kollision voraussagen können. Allenfalls eine Woche vor der Katastrophe hätten sie den Aufschlagpunkt auf einige hundert bis tausend Kilometer genau anzugeben vermocht.

 

Chodas fand in seinen Simulationsrechnungen aber auch, dass selbst eine lange Vorlaufzeit die Zuverlässigkeit der Berechnungen bei Kometen, die sich aus großer Entfernung der Sonne nähern, kaum erhöht. So wurde der Komet Hale-Bopp bereits im Juli 1995 entdeckt, als er sich noch weit jenseits der Jupiterbahn befand. Wäre er auf Kollisionskurs mit der Erde gewesen, so hätten die Astronomen dies ungeachtet der frühen Entdeckung auch erst knapp zwei Monate vor dem »D-Day« mit fünfzigprozentiger Sicherheit aus ihren Beobachtungen ableiten können. Als Erklärung dafür nennt Chodas zwei Gründe: Zum einen sind Positionsmessungen wegen der anfangs noch sehr großen Entfernung zunächst recht ungenau, zum anderen kommt die Wirkung der nichtgravitativen Kräfte hinzu: Kometengase, die vom rotierenden Kometenkern wegströmen, wirken wie zufällig ein- und ausgeschaltete Minitriebwerke und können so die Bahn des Kometen in Sonnennähe unvorhersehbar beeinflussen.

 

 Abwehrmaßnahmen

 

Entsprechend schwierig wird es sein, im Ernstfall eine globale Katastrophe abzuwehren. Zwar haben Filme wie Deep Impact oder Armageddon den Eindruck vermittelt, dass es effektive Schutzmaßnahmen gäbe, doch die Wirklichkeit sieht etwas anders aus. Inzwischen hat sich nämlich gezeigt, dass die ursprünglich diskutierte Strategie am Ende gar nicht greifen könnte. Sie sah vor, einem auf Kollisionskurs heranfliegenden Brocken eine geballte atomare Sprengladung entgegenzuschicken und in unmittelbarer Nähe zu dem Objekt zu zünden. Durch die große Hitze würde ein Teil des Asteroiden verdampfen und so gleichsam ein natürliches Triebwerk geschaffen, das den Eindringling sanft aus der Bahn werfen würde. Neue Studien über die Festigkeit von Asteroiden zeigen jedoch, dass eine solche Explosion nahezu wirkungslos verpuffen könnte: Viele dieser Körper bestehen zu einem großen Teil aus eher losen Einzelstücken. Sie könnten daher den Schub von außen gar nicht richtig aufnehmen.

 

Doch auch kompakte Brocken lassen sich nicht so einfach aus der Bahn werfen. Je größer die Masse des Asteroiden im Vergleich zur einsetzbaren Sprengkraft ausfällt, desto früher müsste eine solche Abwehrmaßnahme ergriffen werden. Eine Vorlaufzeit von mehreren Sonnenumläufen wäre eine Mindestvoraussetzung — ein »buchstäblich in letzter Minute« käme auf jeden Fall viel zu spät.

 

Dipl.-Phys. Hermann-Michael Hahn, Köln

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Erdgeschichte: Das Ende des Lebens

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Erdgeschichte aus Sicht der Geologie und Planetenkunde

 

Literatur:

 

Lang, Kenneth R.: Die Sonne, Stern unserer Erde. Aus dem Amerikanischen. Berlin u. a. 1996.

 Lewis, John S.: Bomben aus dem All. Die kosmische Bedrohung. Aus dem Amerikanischen. Basel u. a. 1997.

 Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens, herausgegeben von Volker Schweizer und Reinhart Kraatz. Aus dem Amerikanischen. Heidelberg u. a. 1994.

 Vaas, Rüdiger: Der Tod kam aus dem All. Meteoriteneinschläge, Erdbahnkreuzer und der Untergang der Dinosaurier. Stuttgart 1995.