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Strahlen-Krater-Rätsel gelöst

Warum entstehen nur bei manchen Meteoriteneinschlägen Krater, die von strahlenfömigen Spritzern umgeben sind? Inspiriert durch YouTube Videos von Schüler-Experimenten haben Forscher diese Frage nun geklärt. Demnach entstehen die Strahlen-Krater, wenn ein Objekt in eine unebene Oberfläche einschlägt. Die Merkmale der Strahlen werden dabei von den Tälerbreiten und der Größe des Einschlagkörpers bestimmt. Die Forscher können somit nun anhand der Strahlenstrukturen ableiten, wie groß ein Meteorit war, der einst in eine Planetenoberfläche gekracht ist.

Die „Gesichter“ der Gesteinsplaneten und Monde unseres Sonnensystem zeigen bekanntlich die Spuren vieler Einschläge und es kommen immer neue hinzu. Auch die Erde ist ständig unter Beschuss – jeden Tag wird unser Planet von unzähligen Objekten aus dem Weltraum bombardiert. Meist handelt es sich um Staubteilchen oder sandgroße Partikel, die zerstört werden, wenn sie auf die obere Atmosphäre treffen. Gelegentlich gelingt es aber größeren Brocken, die Hitze beim Eintritt zu überstehen und bis zur Erdoberfläche zu gelangen. Besonders große Exemplare können dann zu kosmischen Bomben werden: Sie verursachen Einschlagskrater auf der Oberfläche.

Wie ihre Strukturen entstehen, ist prinzipiell klar: Die Einschlagskraft eines Meteoriten pulverisiert das Oberflächenmaterial und wirft es hoch in die Luft. Anschließend fällt es auf den Boden zurück und bedeckt das Areal um den beckenförmigen Krater mehr oder weniger gleichmäßig. Die Frage war bisher: Warum sind einige dieser Krater-Kränze besonders auffällig wie Sterne geformt? Diese Versionen besitzen Strahlenstrukturen, die wie die Speichen eines Rades von der Mitte des beckenförmigen Gebildes auszugehen scheinen.

Inspiriert durch YouTube Videos von Schüler-Experimenten

Um Kraterentstehung zu simulieren, führen Forscher schon lange „Sandkasten-Experimente“ durch. Auch bei schulischen Demonstrationen ist dieses simple Versuchskonzept sehr beliebt: Man lässt eine schwere Metallkugel auf ein Sandbett fallen. Der Einschlag schleudert dann das Material aus und bildet einen Krater, der von einer Spritz-Decke umgeben ist. Bisher hieß es: Strahlenstrukturen, wie sie manche Krater auf Planetenoberflächen aufweisen, erzeugen diese Experimente erstaunlicherweise nicht. Doch offenbar tun sie das manchmal doch, ist Forschern vom Okinawa Institute of Science beim Betrachten von Schüler-Experimenten auf YouTube aufgefallen. „Diese Experimente sind sehr populär und ich habe bemerkt, dass einige durchaus Kraterstrahlen erzeugten“, berichtet Co-Autor Tapan Sabuwala. Analysen der Videos offenbarten dann den Faktor, der für diesen Effekt verantwortlich ist: Unordnung.

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Wie die Forscher erklären, ebnen Wissenschaftler und auch Laienforscher die Oberfläche des Sandbettes bei den Experimenten normalerweise ein, bevor sie den Ball fallen lassen. Wenn Krater-Strahlen zu sehen waren, hatten die Schüler aus den YouTube Videos diesen Schritt weggelassen – die Oberfläche blieb „unordentlich“, berichten Sabuwala und seine Kollegen. Als sie das das Kugelfall-Experiment im Labor mit einer unebenen Oberfläche wiederholte, erzeugten die Mini-Meteoriten tatsächlich ebenfalls Krater-Strahlen. „Das war der Heureka-Moment“, so Sabuwala.

Unordnung ist ausschlaggebend

Um dem Phänomen weiter auf den Grund zu gehen, führten die Forscher anschließend Experimente mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und Variablen durch. „Wir haben unter anderem die Größe der Kugel, den Abstand zwischen den Tälern, die Fallhöhe, die Körnung im Kasten variiert“, berichtet Co-Autor Christian Butcher. Die einzigen Variablen, die die Anzahl der erzeugten Strahlen beeinflusste, waren die Größe der Kugel und der Abstand zwischen den Tälern, berichten die Wissenschaftler. Computersimulationen verdeutlichten dann, was genau passiert: „Der Einschlag erzeugt Schockwellen im Material der Oberfläche“, sagt Co-Autor Pinaki Chakraborty. „Die Stoßwellen konzentrieren dann das ausgestoßen Material aus den Tälern und bilden Strahlen.“

Aus ihren Ergebnissen haben die Wissenschaftler nun ein theoretisches Modell entwickelt, das die Bildung der Strahlen beschreibt. Die Modellvorhersagen stimmten gut mit den Ergebnissen der Mini-Meteoritenexperimente überein, so dass nun auch Vorhersagen möglich sind, wie Strahlenmuster auf den rauen Oberflächen von Planeten entstanden sind. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang: Anhand der Strahlen eines Kraters können die Forscher den Durchmesser des Meteoriten bestimmen, der ihn geschaffen hat. „Mit diesem Modell können wir nun Strahlenkrater analysieren, um zu erfahren, wie sie einst entstanden sind“, resümiert Chakraborty.

Quelle: Okinawa Institute of Science. Physical Review Letters

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