Bei dem Versuch, mehr über die Frühzeit des Sonnensystems zu erfahren, liefern Meteoriten seit Jahrzehnten wertvolle Hinweise. Solche Gesteinsbrocken gehen immer wieder auf der Erde nieder, es sind Bruchstücke von Asteroiden und Kometen. Diese Himmelskörper wiederum haben sich aus dem gleichen Rohmaterial gebildet, aus dem auch unsere Sonne hervorgegangen ist.

Aber oft sind die von Meteoriten stammenden Informationen nur schwer zu interpretieren. Die Brocken wurden bei ihrem feurigen Sturz durch die Atmosphäre unseres Planeten sowie anschließend durch Umwelteinflüsse verändert. Außerdem lässt sich nur indirekt auf ihre genaue Herkunft schließen.

Doch was, wenn sich solche Probleme umgehen ließen? Anstatt uns auf den Zufall zu verlassen und wahllos auf die Erde eingeprasselte Fragmente aus den Archiven des Sonnensystems zu studieren, könnten wir uns aktiv Zutritt zu dieser kosmischen Bibliothek verschaffen, gezielt die interessantesten Bücher ausfindig machen und zum Lesen mit nach Hause nehmen.

Genau das hat die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx (kurz für: Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, and Security Regolith Explorer) im Jahr 2020 getan. Damals ist sie auf der Oberfläche des erdnahen Asteroiden Bennu gelandet und hat dort einige Gesteinsbrocken an sich genommen, die mindestens 4,5 Milliarden Jahre alt sind. Im September 2023 flog OSIRIS-REx wieder an der Erde vorbei und warf die Kapsel mit dem gesammelten Material ab. Es ist nicht die erste Raumsonde, die Gestein eines Asteroiden mitgebracht hat. Aber die Probe ist die bisher umfangreichste. Der Behälter enthielt satte 121,6 Gramm unberührtes Material aus der Anfangsphase des Sonnensystems.

Bald nach der Bergung der auf der Erde gelandeten Kapsel begannen die Untersuchungen. Die ersten detaillierten Ergebnisse lagen zu Beginn des Jahres 2024 vor. Laut der vorläufigen Analysen besaß die Welt, von der Bennu stammt, erstaunlich vertraute Eigenschaften: Vor Milliarden von Jahren war der Asteroid offenbar Teil eines Himmelskörpers, auf dem es nicht nur Wasser gab, sondern auch geologische Vorgänge und sogar präbiotische organische Verbindungen. In vielerlei Hinsicht könnte dieses namenlose, inzwischen vergangene Objekt eine gewisse Ähnlichkeit mit der frühen, noch unbelebten Erde gehabt haben. Laut der Astrobiologin Louisa Preston vom University College London trägt Bennu »buchstäblich die Bausteine des Lebens in seinen Mineralien«.

Älter als die Sonne selbst

Eingehendere Messungen stehen noch aus, aber schon jetzt zeigt sich das immense wissenschaftliche Potenzial der Fracht. »Mit diesen Proben versuchen wir zu verstehen, wie die Erde entstanden ist – nicht nur ihr Wasser, nicht nur ihre präbiotischen Verbindungen, sondern wie die Erde selbst hervorgegangen ist«, erklärt der Geologe Harold Connolly von der Rowan University in Glassboro, New Jersey, der bei der OSIRIS-REx-Mission für die Probenanalyse verantwortlich ist.

Und es geht noch um mehr als bloß unseren Blauen Planeten. Einige der mikroskopisch kleinen Körnchen weisen darauf hin, dass die Odyssee von Bennu begonnen hat, bevor die Sonne ihr erstes Licht aussandte. Damit könnten sich einige der wichtigsten Fragen der Planetologie beantworten lassen. Ashley King, Mitglied des OSIRIS-REx-Teams und Meteoritenforscher vom Natural History Museum in London, formuliert sie so: »Mit welcher Mineralogie hatten wir es zu Beginn des Sonnensystems zu tun? Woher kam der Staub? Stammte er von einem einzigen Stern oder von mehreren Generationen und möglicherweise verschiedenen Arten von Sternen?«

Der Begriff »Origins« im ausgeschriebenen Namen von OSIRIS-REx bezieht sich auf die Entstehung und Geschichte von Bennu. Er steht stellvertretend für alle ähnlichen kohlenstoff- und wasserreichen Asteroiden, die seit Milliarden von Jahren die Sonne umkreisen. Seine Geheimnisse aufzudecken wird ein Mammutprojekt. »Wir haben erst ein Prozent der Probe untersucht«, bilanziert Connolly. Doch bereits diese Menge reicht aus, um daran eine Reihe von Hypothesen zu Bennus Vergangenheit zu überprüfen.

Eine Schlüsselfrage lautet: Wie ist der Mutterkörper von Bennu entstanden?

Eine Welt vor unserer Zeit

Eine Schlüsselfrage lautet: Wie ist der Mutterkörper von Bennu entstanden, das heißt der ursprüngliche Himmelskörper, von dem der Asteroid stammt? Hinweise finden sich in seinen präsolaren Körnern – Kristalle, die sich noch vor der Sonne gebildet haben. Laut OSIRIS-REx-Teammitglied Pierre Haenecour, Kosmochemiker an der University of Arizona in Tucson, sind es »im Grunde die Bausteine unseres Sonnensystems«.

Bisher konnten die Fachleute um Haenecour die in der Probe identifizierten präsolaren Körner grob in mindestens zwei Kategorien einteilen. Einerseits tragen viele die typischen chemischen Merkmale von Sternen mit mittlerer bis geringer Masse in der letzten Phase ihres Lebens. Solche Exemplare erzeugen starke Sternwinde und stoßen dabei einen Großteil ihrer Atmosphäre in den Weltraum ab. Dabei erzeugen sie Wolken aus Gas und Staub, die als Grundstoff für neue Sterne dienen. Andererseits haben einige Minerale wohl einen weitaus gewaltsameren Ursprung. »Bei manchen der präsolaren Körner stimmt die Zusammensetzung eher mit dem überein, was wir von Supernovae kennen«, berichtet Haenecour – explodierenden Sternen. Insgesamt stützen die Erkenntnisse die seit Langem bestehende Vermutung, dass die Saat unseres Sonnensystems durch den Tod einer Vielzahl anderer Sternsysteme gelegt worden ist.

Bald nach der Entstehung der Sonne ballte sich unter dem Einfluss ihrer Schwerkraft um sie herum die übrige Materie zu Gesteinsbrocken zusammen. Darunter war der unbekannte Mutterkörper von Bennu. Der Asteroid befindet sich heutzutage zwar in einer erdnahen Umlaufbahn. Aber die Fachleute vermuten, dass sein an Wasser reicher Mutterkörper erstmals jenseits der so genannten Schneelinie Gestalt annahm. Dabei handelt es sich um eine nicht scharf umrissene Grenze rund um die Sonne, jenseits der es kalt genug ist, so dass Wasser und andere flüchtigere Substanzen gefrieren können.

Woher genau stammt Bennu?

Es besteht noch keine Einigkeit darüber, wo Bennus Heimatwelt tatsächlich entstanden ist. Eine Hypothese besagt, dass sie jenseits des heutigen Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter ihre Bahnen zog. Entscheidend für die Überprüfung dieser Annahme wird sein, ob in dem Probenmaterial entsprechende Arten von Eis beziehungsweise Rückstände davon vorhanden sind. Wassereis kann in relativer Sonnennähe vorkommen, auch im Asteroidengürtel, während beispielsweise gefrorenes Kohlenmonoxid bereits in größerer Entfernung von der Sonne zu verdampfen beginnt. Das passiert etwa im Bereich des Neptuns.

Viele der ersten Analysen passen zu einem Ursprung fernab von der Sonne. Diverse Ergebnisse zu den OSIRIS-REx-Proben wurden im März 2024 während der in Texas abgehaltenen Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) vorgestellt. Auf der Konferenz wurde unter anderem der Nachweis von Spuren von Ammoniak bekannt gegeben, einer extrem flüchtigen Substanz. Die Moleküle könnten von der organischen Materie des Asteroiden stammen. Wenn es sich dabei sogar direkt um gefrorenen Ammoniak handeln sollte, würde das Bennus Mutterkörper »noch weiter in das äußere Sonnensystem hinausschieben«, sagt Connolly – in die Regionen der Eisriesen Uranus und Neptun oder gar darüber hinaus.

»Bennu wird von Stoffen geprägt, die sich unter dem Einfluss von Wasser verändert haben«Sara Russell, Planetenforscherin

Wo auch immer der Mutterkörper von Bennu entstanden ist, er hatte sicherlich ein bewegtes Dasein. Die Probe strotzt nur so vor Tonen und anderen Mineralien, die eindeutige Anzeichen für rege Umwandlungsprozesse sind. Sie reichen von der Sättigung mit flüssigem Wasser bis zum Verdampfen eines Teils davon, wobei Salze zurückgeblieben sind. »Bennu wird von Stoffen geprägt, die sich unter dem Einfluss von Wasser verändert haben«, berichtet OSIRIS-REx-Teammitglied Sara Russell, Planetenforscherin am Natural History Museum in London.

Dieses Wasser war zwar vermutlich nicht siedend heiß, aber immerhin warm. Seine Zusammensetzung scheint sich im Lauf der Zeit verändert zu haben, was darauf schließen lässt, dass Schmelzprozesse mehrere hydrothermale Systeme angetrieben haben. Zumindest einige Millionen Jahre lang konnte sich das vorhandene Eis verflüssigen, weil der Zerfall radioaktiver Isotope den Kern des Mutterkörpers fortwährend aufgeheizt hat. Für derartige geologische Abläufe hätte der Himmelskörper Connolly zufolge mindestens zehn Kilometer groß gewesen sein müssen, vielleicht sogar mehr.

»Es ist eine wunderschöne Probe«, sagt Russell. »Sie gleicht keinem anderen Meteoriten in unserer Sammlung.« Das allerdings erschwert die Interpretation seiner Mineralzusammensetzung. Insbesondere ein chemisches Detail hat bereits eine intensive Debatte losgetreten: Im Rahmen der LPSC hatte das Missionsteam das überraschende Vorkommen von Phosphaten in der Probe verkündet.

Bausteine des Lebens in einer Ozeanwelt?

Hintergrund der Diskussion sind mögliche Parallelen zum heutigen Sonnensystem, denn unter dem eisigen Panzer des geologisch aktiven Saturnmonds Enceladus befindet sich ein Ozean aus flüssigem Wasser. Er enthält eine Reihe von Bestandteilen, die für Leben unverzichtbar sind, darunter Phosphorverbindungen. Nach dem Fund von Phosphaten in der Bennu-Probe spekulierte OSIRIS-REx-Chefwissenschaftler Dante Lauretta, es handle sich bei dem Asteroiden »möglicherweise um ein Fragment einer Ozeanwelt«.

Connolly ist hier zurückhaltender: »So weit würde ich jetzt noch nicht gehen, weil wir petrologisch noch nicht genug herausgeholt haben, um die ganze Geschichte zusammenzusetzen.« Dennoch lassen sich zahlreiche Merkmale von Bennu mit überraschend starker geologischer Aktivität in Verbindung bringen. Eine der Formationen, die von der Raumsonde auf Bennu dokumentiert wurden, wirkt laut Connolly blumenkohlartig – ein vielfach zertrümmertes und wieder zusammengepresstes Durcheinander aus sedimentreichem Gestein, das sich »typischerweise in Subduktionszonen bildet«. Auf der Erde findet man solche Regionen an den Grenzen der Kontinente und in Tiefseebecken.

Könnte Bennus Ursprungswelt gar eine erdähnliche Plattentektonik aufgewiesen haben?

Könnte Bennus Ursprungswelt gar eine erdähnliche Plattentektonik aufgewiesen haben? Doch derartige Gesteine sind chaotisch und schwer zu interpretieren. Connolly mahnt: »Das bedeutet nicht, dass der Mutterkörper tektonisch aktiv war.« Vielmehr vermuten die meisten Fachleute aktuell eher eine Welt voller wassergesättigtem Gestein während einer dynamischen Jugendphase. »Ich stelle mir das Ganze gern als eine große Schlammkugel vor«, erzählt Ashley King.

Irgendwann muss diese Schlammkugel im Asteroidengürtel gelandet sein, vielleicht nachdem sie von der Anziehungskraft des Jupiters aus ihrer weiten Umlaufbahn um die Sonne gerissen wurde. Einer Arbeitshypothese zufolge wurde der Mutterkörper nach etwa drei Milliarden Jahren durch eine katastrophale Kollision zerstört. Das Trümmerteil, das heute Bennu genannt wird, wanderte anschließend in den erdnahen Weltraum. Diese Bewegung weist auf ein Schlüsselkapitel in der Geschichte des Sonnensystems hin: die Lieferung von Wasser und präbiotischen organischen Substanzen – Kohlenstoffverbindungen als Grundstoffe des Lebens – zu den Gesteinsplaneten.

Wasser von außen, Wasser von innen

»Es ist eine alte Frage: Woher stammt das Wasser auf der Erde?«, sagt Richard Binzel, Asteroidenexperte am Massachusetts Institute of Technology, der an den OSIRIS-REx-Untersuchungen beteiligt ist. »Lange Zeit dachten wir, es wäre von Kometen mitgebracht worden, weil sie unter den bekannten Objekten das meiste Wasser enthalten.« Doch in jüngerer Zeit haben Analysen von verschiedenen Kometen ergeben, dass sich der chemische Fingerabdruck des dortigen Eises deutlich von dem des Wassers in den irdischen Ozeanen unterscheidet.

Unabhängig davon, ob auf Bennu erdähnliches Wasser vorkommt, wird sich damit die Frage nicht klären lassen, was die irdischen Meere gespeist hat

Dagegen ist das Wasser, das in unzähligen Meteoriten festgestellt wurde, mit dem der Erde viel enger verwandt. Und was ist mit Bennu? Die Antwort lässt noch auf sich warten; aber unabhängig davon, ob auf Bennu erdähnliches Wasser vorkommt, wird sich damit die hartnäckige Frage nicht endgültig klären lassen, was die irdischen Meere gespeist hat. Wahrscheinlich waren es verschiedene kosmische Quellen; möglicherweise waren diese für die Ozeane nicht einmal ausschlaggebend. Vielmehr könnten die Wasservorräte der Erde zu einem guten Teil bereits bei ihrer Entstehung im Gestein gebunden gewesen und allmählich durch Vulkanismus an die Oberfläche gelangt sein.

Und dann wären da noch die organischen Verbindungen. Zwar stellt Preston fest, dass das Leben als Chemie begonnen habe. Doch sogar in dem höchst unwahrscheinlichen Fall, dass die OSIRIS-REx-Probe versteinerte außerirdische Mikroorganismen enthält, würde das noch immer keine konkreten Antworten auf die Frage liefern, wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Immerhin ist klar, dass es ohne eine Reihe von kohlenstoffhaltigen Verbindungen wie Aminosäuren überhaupt nicht existieren könnte. Diese könnten sich im interstellaren Weltraum gebildet haben, bevor Asteroiden wie Bennu sie auf unseren jungen Planeten beförderten.

»Bennu enthält organische Materie, die sich im interstellaren Medium gebildet hat«Ann Nguyen, NASA-Planetologin

»Wir wissen, dass Asteroiden diese Komponenten auf die Erde bringen können. Aber entscheidend ist: Wie ist aus ihnen Leben hervorgegangen? Für eine Antwort darauf müssen wir sie genau inventarisieren«, erklärt King. Das Team hat bereits eine lange Liste organischer Moleküle in der Probe identifiziert, darunter eine Reihe von Aminosäuren. »Es wurden sogar Uracil und Thymin gefunden«, stellt Preston fest. »Uracil ist eine der vier Nukleinbasen, die in der RNA verwendet werden. Es wird in der DNA durch Thymin ersetzt.« Einige der Substanzen sind extrem alt, wie NASA-Planetologin Ann Nguyen während einer Präsentation auf der Konferenz in Texas darlegte: »Bennu enthält organische Materie, die sich im interstellaren Medium gebildet hat.«

Grenzgänge zwischen Chemie und Biologie

Für den Astrobiologen Cole Mathis von der Arizona State University sind die Aminosäuren nicht das Entscheidende. »Ich bin da vielleicht ein Ketzer«, sagt er, doch ihn interessierten die Häufigkeiten organischer Stoffe auf Bennu nicht besonders, denn: »Es ist nicht schwer, Aminosäuren herzustellen.« Vielmehr seien sie mehr oder weniger unvermeidlich, bringe man nur Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff zusammen. Das heißt, Asteroiden könnten sie auf die Erde befördert haben, aber ähnlich wie bereits beim Wasser hätten diese Verbindungen ebenso auf der Erde selbst hervorgehen können, unabhängig von solchen Transportvorgängen.

Mathis interessiert sich bei Bennu vor allem dafür, die Grenzen zwischen Chemie und Biologie zu bestimmen. »Es gibt einige Moleküle, die so komplex sind, dass sie nur von Lebewesen hergestellt werden konnten«, erklärt er und nennt Vitamin B12 als Beispiel. Er erwartet nicht, dass sich so etwas in der Probe zeigt. Aber er will herausfinden, welche Moleküle sowohl von Organismen als auch von abiotischen chemischen Vorgängen gebildet werden können – und welche nur vom Leben. »Wo liegt der Übergang?«, fragt er. »Welches ist das komplexeste einzelne Molekül, das wir in diesem Material noch antreffen?«

Mögliche Antworten auf solche Fragen stecken in dem unberührtem Asteroidenmaterial, das seiner Untersuchung harrt. Es hat unter dem Strich 1,2 Milliarden US-Dollar gekostet, die Körnchen zur Erde zu bringen, aber sie sind unbezahlbar, wenn man eine oft getätigte Aussage wissenschaftlich untermauern will: Wir alle sind aus Sternenstaub. Dessen genaue Beschaffenheit und Herkunft zu erforschen hat gerade erst begonnen. Schon als die OSIRIS-REx-Raumsonde erfolgreich in das Gestein von Bennu vorgedrungen ist, waren die Hoffnungen groß. Doch nun scheint das Probenmaterial die ohnehin hochgesteckten Erwartungen noch zu übertreffen. Oder mit Connollys Worten: »Das Universum hat uns zugelächelt.«