Schweizer Forschende untersuchen Test zur Asteroidenablenkung

Hera nähert sich Dimorphos, um die Folgen eines absichtlichen Asteroideneinschlags zu untersuchen. Die Sonde der Europäischen Weltraumorganisation hat das Asteroidensystem erreicht. Dort werden Forschende untersuchen, wie der Zusammenstoss der NASA im Jahr 2022 den kleinen Mond und seine Umlaufbahn um den grösseren Asteroiden Didymos verändert hat.

Der Test schickte das DART-Raumschiff der NASA im September 2022 mit etwa 6,1 Kilometern pro Sekunde, also fast 22'000 Kilometern pro Stunde, auf Dimorphos. Durch den Einschlag verkürzte sich Dimorphos' Umlaufzeit von 11 Stunden und 55 Minuten auf rund 11 Stunden und 22 Minuten. Damit wurde gezeigt, dass ein Raumschiff die Bewegung eines Asteroiden verändern kann.

Nun bereitet sich das Berner Forschungsteam, das an der Modellierung des Zusammenstosses beteiligt war, darauf vor, seine Berechnungen mit Beobachtungen zu vergleichen. Die Annäherung von Hera ist eine anspruchsvolle Missionsphase, sagte der Astrophysiker Martin Jutzi von der Universität Bern gegenüber Keystone-SDA. Voraussichtlich beginnt die Sonde im November mit ihrer frühen Charakterisierungsphase. Dann wird sie sich etwa 30 Kilometer von Dimorphos entfernt befinden und nahe genug sein, um den Forschenden die ersten brauchbaren Bilder zu senden. Diese Beobachtungen werden aus dem ursprünglichen Einschlagtest eine detailliertere Untersuchung dessen machen, was mit dem Asteroiden selbst geschah.

Die Veränderung der Umlaufbahn ist eindeutig, doch ihre Ursache wird noch im Detail untersucht. Der Zusammenstoss mit DART veränderte die Umlaufbahn von Dimorphos. Allein anhand der Veränderung der Umlaufzeit lässt sich jedoch nicht genau feststellen, wie viel Energie und Impuls des Raumschiffs in die Bewegung des Asteroidenmonds flossen. Die Forschenden müssen auch herausfinden, wie der Einschlag den Körper verformte und wie viel Material nach aussen geschleudert wurde.

Diese Unterscheidung ist wichtig für die Planung einer künftigen Ablenkungsmission. Der Einschlag eines Raumschiffs könnte einen Asteroiden zum Teil durch die Kraft des Zusammenstosses und zum Teil durch den Rückstoss des von seiner Oberfläche weggeschleuderten Materials bewegen. Das Verhältnis hängt von der Masse und der inneren Struktur des Asteroiden ab. Jutzi sagte, die Ergebnisse von Hera würden den Forschenden helfen, die Energie und den Impuls abzuschätzen, die nötig sind, um einen Asteroiden einer bestimmten Masse zu verschieben, sowie wie effizient ein Zusammenstoss eine solche Bewegung bewirken kann.

Dimorphos ist etwa 160 Meter breit und umkreist Didymos wie ein Mond. Hera soll sich während der anfänglichen Charakterisierung aus einer Entfernung von ungefähr 30 Kilometern bis im Dezember auf rund 10 Kilometer annähern. Bilder und weitere Messungen aus diesen näheren Vorbeiflügen werden den Forschenden helfen, die Folgen des Einschlags über die Veränderung der Umlaufzeit hinaus zu untersuchen.

Forschende aus Bern sagten voraus, dass Dimorphos möglicherweise ein lockerer Trümmerhaufen und kein massiver Felsblock ist. Ein Team unter der Leitung von Martin Jutzi und John Wimarsson von der Universität Bern simulierte gemeinsam mit Sabina Raducan vom International Space Science Institute in Bern den DART-Einschlag am Computer. Ihre Berechnungen deuteten darauf hin, dass der Zusammenstoss den Asteroidenmond als Ganzes verformt haben könnte, statt lediglich einen herkömmlichen Krater zu hinterlassen.

Die Nahaufnahmen von Hera sollen diese Vorhersage überprüfen. Sollte sich das Modell des Teams bestätigen, würden die Erkenntnisse zeigen, weshalb die innere Struktur eines Asteroiden wichtig ist, wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler berechnen, wie ein Ablenkungsversuch wirken könnte. Zwei Objekte ähnlicher Grösse könnten unterschiedlich reagieren, wenn das eine massiv ist und das andere aus locker zusammengehaltenen Fragmenten besteht.

Eine wichtige fehlende Messgrösse ist die Masse von Dimorphos. Jutzi sagte, ihre Kenntnis würde es dem Team ermöglichen, genau zu beziffern, wie viel Impuls und Energie DART übertragen hat. Die Bilder von Hera sollen eine erste Einschätzung der Schäden ermöglichen, während die umfassendere Untersuchung dabei helfen wird, die physikalischen Eigenschaften zu bestimmen, die für die Interpretation des Einschlags nötig sind. Für die Schweizer Forschenden verbindet dieser Vergleich Computersimulationen aus Bern mit Erkenntnissen, die direkt am Asteroiden gewonnen werden.

Grössere Asteroiden sind selten, doch wegen der möglichen Folgen ist eine präzise Planung ihrer Ablenkung wichtig. Jutzi sagte, Objekte mit einem Durchmesser von 10 bis 20 Metern träfen statistisch gesehen alle paar Jahrzehnte auf die Erde. Viel grössere Körper seien seltener: Ein Asteroid mit einer Breite von 100 bis 200 Metern könnte alle 10'000 bis 20'000 Jahre einschlagen, sagte er, und regionale oder sogar globale verheerende Folgen verursachen.

Diese Schätzungen verdeutlichen, weshalb die planetare Verteidigung mehr erfordert als den Nachweis, dass ein Raumschiff die Flugbahn eines Asteroiden verändern kann. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler müssen die Masse, Zusammensetzung und Reaktion des Ziels auf einen Einschlag kennen, bevor sie berechnen können, wie viel Kraft eine Mission aufbringen müsste. Die Erkenntnisse von Hera werden den Forschenden helfen, diese Berechnungen anhand der Ergebnisse eines echten Zusammenstosses zu verfeinern, statt sich nur auf Modelle zu stützen.

Die Universität Bern und das International Space Science Institute in Bern leisten einen direkten Schweizer Beitrag zu dieser Arbeit. Jutzis Team wird die Messungen von Hera nutzen, um zu beurteilen, wie wirksam DART Impuls auf Dimorphos übertragen hat. Diese Erkenntnisse können die Entwicklung späterer Missionen leiten, die die Bewegung gefährlicher Asteroiden verändern sollen, und den Forschenden dabei helfen, einzuschätzen, was ein Ablenkungsversuch bei einem bestimmten Ziel erreichen könnte.