Astronomie Rätsel um Stickstoff in Kometen gelöst

Kometen-Einschläge auf der jungen Erde könnten die Bausteine für die Entstehung des Lebens mitgebracht haben. Allerdings schien ein wichtiger Baustein, nämlich Stickstoff, in Kometen zu fehlen. Nun haben Berner Forschende das Rätsel gelöst.

Beinahe hätte die Staubwolke um den Quietschentchen-förmigen Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko das Berner Massenspektrometer an Bord der Rosetta-Sonde zerstört. Stattdessen sammelte das Instrument mit der Bezeichnung «Rosina» wertvolle Daten, mit denen Forschende um Kathrin Altwegg von der Universität Bern nun ein grosses Rätsel lösen konnten: Das Rätsel um den fehlenden Stickstoff. Damit fügen sie ein weiteres Puzzlestück hinzu, welche Rolle Kometen für die Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben.

Bereits bei der «Giotto»-Mission zum Kometen Halley vor mehr als 30 Jahren stellten Berner Forschende fest, dass in der Staub- und Gaswolke, die sich bildet, wenn der Komet nahe an der Sonne vorbeizieht, Stickstoff zu fehlen schien, wie die Uni Bern am Montag mitteilte. Stickstoffverbindungen wie Ammoniak und Blausäure konnten sie zwar nachweisen, allerdings in viel geringeren Mengen als erwartet.

Plötzlich mehr Ammoniak

Dieser Umstand blieb ein Rätsel, bis Rosetta durch «Churys» Staubwolke flog. Dabei konnten die Forschenden mit dem Rosina-Instrument Substanzen nachweisen, die normalerweise in der kalten Umgebung von Kometen auf den Staubkörnern verbleiben und deshalb zum Teil nie zuvor bei einem Kometen gemessen worden waren. Insbesondere war plötzlich die Häufigkeit von Ammoniak um ein Vielfaches höher, wie ein internationales Forschungsteam um Altwegg nun im Fachblatt «Nature Astronomy» berichtet.

«Wir kamen auf die Idee, dass die Häufigkeit von Ammoniak in den Rosina-Daten möglicherweise auf das Vorkommen von Ammonium-Salzen zurückzuführen sein könnte», erklärte Altwegg. «Als Salz hat Ammoniak eine viel höhere Verdampfungstemperatur als das Eis und ist deshalb in der kalten Umgebung des Kometen meist in der festen Form vorhanden, die man bis jetzt weder durch Fernerkundung mit Teleskopen noch vor Ort messen konnte.»

Um diese Theorie nachzuweisen, erhielt Altwegg Unterstützung von der Chemikerin im Rosina-Team Nora Hänni. Im Labor vollzog Hänni die entsprechenden Reaktionen und Muster im Massenspektrogramm mit einer exakten Kopie des Rosina-Instruments nach. So konnte das Team Spuren von ganzen fünf verschiedenen Ammonium-Salzen nachweisen: Ammoniumchlorid, Ammoniumcyanid, Ammoniumcyanat, Ammoniumformat und Ammoniumacetat. Einige dieser Substanzen sind beispielsweise für den Aufbau von Aminosäuren und DNA-Bausteinen wichtig.

Rolle von Kometen

Eine der grossen Fragen hinter der Rosetta-Mission ist, welche Rolle Kometen bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben. «Durch die extrem heissen Bedingungen bei der Entstehung der Erde lagen danach viele der dafür wichtigen Verbindungen nicht mehr vor, oder nur in einer Form, in der sie nicht zur Entstehung des Lebens beitragen konnten», erklärte Altwegg im Gespräch mit der Nachrichtenagentur Keystone-SDA. Auf Kometen könnten diese Verbindungen jedoch überlebt haben und bei Einschlägen wieder auf die abgekühlte Erde gelangt sein.

Kürzlich gelang es einem internationalen Team, zu dem auch die Forschenden um Altwegg gehörten, den Weg des Phosphors über Kometen auf die Erde nachzuweisen. Mit dem Nachweis von Stickstoff in Kometen scheint dieser Weg auch für diesen wichtigen Lebensbaustein wahrscheinlich.

«Was uns noch fehlt sind Bodenproben eines Kometen, um das Bild zu vervollständigen», sagte die Berner Astrophysikerin zu Keystone-SDA. Die Landung auf «Chury» mit einem Mini-Labor namens «Philae» war damals etwas missglückt, so dass es kaum Daten liefern konnte.

Allerdings harren auch noch jede Menge Daten von Rosina der Auswertung, beispielsweise zu verschiedenen Isotopen der Elemente und zu schwereren Molekülen, wie Altwegg erklärte.

https://www.nature.com/articles/s41550-019-0991-9