Die NASA wird ein Raumschiff auf einen Asteroiden rammen. Die Dinge könnten chaotisch werden.

NASA/Johns Hopkins APL

Die Dinosaurier hatten kein Weltraumprogramm. Als also vor 65 Millionen Jahren ein Asteroid mit ihrem Namen auf die Erde zuflog, hatten sie keine Warnung und keine Möglichkeit, sich zu verteidigen. Wir wissen, wie das ausgegangen ist.

Menschen sind verständlicherweise bestrebt, dasselbe Schicksal zu vermeiden. Später in diesem Jahr wird die NASA eine Mission starten, um zu üben, wie wir einen zukünftigen erdgebundenen Asteroiden ablenken könnten. Der Doppelter Asteroiden-Umleitungstest (DART) soll bereits am 24. November (bzw erst im Februar 2022 ) und wird ein Jahr brauchen, um sein Ziel zu erreichen: Dimorphos, ein stadiongroßer Asteroid, der einen viel größeren Asteroiden namens Didymos umkreist.

Geplant ist, Dimorphos mit einer Geschwindigkeit von 6,5 Kilometern pro Sekunde mit dem etwa eine Dritteltonne schweren, autogroßen DART-Raumschiff zu treffen und seine fast 12-stündige Umlaufbahn um Didymos um einige Minuten zu verändern. Eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation namens Hera, die fünf Jahre später eintrifft, wird überprüfen, ob die Mission funktioniert hat. Der Einschlag wird nur einen geringen Einfluss auf die Umlaufbahn haben, aber das sollte ausreichen, um in Zukunft einen Asteroiden von der Bahn der Erde abzulenken – sofern wir ihn weit genug im Voraus treffen. Wir tun dies, um eine wirklich katastrophale Naturkatastrophe verhindern zu können, sagt Tom Statler, DART-Programmwissenschaftler im NASA-Hauptquartier in Washington, DC.

Die möglichen Änderungen der Umlaufbahn von Dimorphos wurden gut untersucht. Aber bis jetzt wissen wir nicht viel darüber, was mit Dimorphos selbst nach dem Einschlag passieren wird. Ein Papier veröffentlicht in der Zeitschrift Icarus dokumentiert die ersten Simulationen, um dies herauszufinden.

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Dieses Raumschiff wird für eine Einwegmission vorbereitet, um einen Asteroiden abzulenken Kann das Aufprallen auf einen Weltraumfelsen mit 15.000 Meilen pro Stunde verhindern, dass er die Erde trifft? Die DART-Mission will es herausfinden.

Unter der Leitung von Harrison Agrusa von der University of Maryland modellierten Forscher, wie stark DART den Spin oder die Rotation von Dimorphos verändern könnte, indem sie berechneten, wie der Impuls des Aufpralls das Rollen, Neigen und Gieren des Asteroiden verändern wird. Die Ergebnisse könnten dramatisch sein. Es könnte anfangen zu taumeln und in einen chaotischen Zustand übergehen, sagt Agrusa. Das war wirklich eine ziemlich große Überraschung.

Das unerwartete Drehen bringt einige interessante Herausforderungen mit sich. Es wird die Landung auf dem Asteroiden noch schwieriger machen, was die ESA mit zwei kleinen Raumfahrzeugen auf ihrer Hera-Mission zu versuchen hofft. Es könnte auch zukünftige Versuche, einen erdgebundenen Asteroiden abzulenken, komplizierter machen, da jede Drehung den Weg eines Asteroiden durch den Weltraum beeinflussen kann.

Wenn DART auf Dimorphos trifft, ist die Energie des Aufpralls vergleichbar mit der Explosion von drei Tonnen TNT, die Tausende Trümmerteile verschleudert in den Weltraum spucken . Statler beschreibt es als einen Golfwagen, der mit 24.000 km/h gegen die Seite eines Fußballstadions prallt. Die Wucht des Aufpralls wird keine unmittelbaren Änderungen an Dimorphos‘ Drehung bewirken, aber laut Agrusa und seinem Team werden sich die Dinge innerhalb weniger Tage ändern.

Bald wird Dimorphos anfangen, ganz leicht zu wackeln. Dieses Wackeln wird größer und größer, wenn der Schwung des Aufpralls die Rotation von Dimorphos aus dem Gleichgewicht bringt, ohne dass Reibung im Vakuum des Weltraums sie verlangsamt. Dimorphos können anfangen, sich auf die eine oder andere Weise zu drehen. Es kann beginnen, sich wie ein Drehspieß um seine Längsachse zu drehen. Für einen Beobachter auf Didymos, der in den Himmel blickt, wird dieser scheinbar ruhige Satellit eine neue Form annehmen – er beginnt wild hin und her zu schwingen, wobei seine zuvor verborgenen Seiten nun sichtbar werden.

Innerhalb von Wochen könnte sich Dimorphos so stark drehen, dass es in einen chaotischen Taumelzustand gerät, in dem es sich unkontrolliert um seine Achsen dreht. In extremeren Szenarien könnte die Gezeitensperre mit Didymos vollständig brechen und Dimorphos könnte Hals über Kopf überschlagen, sagt Agrusa.

Was genau passieren wird, hängt von einigen Dingen ab. Die Form des Dimorphos spielt eine wichtige Rolle – wenn er eher länglich als kugelförmig ist, dreht er sich chaotischer. Bisherige Radarbeobachtungen deuten darauf hin, dass es länglich ist, aber wir werden es erst wenige Stunden vor dem Einschlag von DART wissen, wenn es seine ersten Ansichten seines kleinen Ziels erhält.

Auch der Ort des Aufpralls spielt eine Rolle. DART wird auf das Zentrum von Dimorphos zielen, wobei das Ziel darin besteht, die größtmögliche Kraft auszuüben, um seine Umlaufbahn zu verändern, aber je außermittig es ist, desto chaotischer wird die resultierende Drehung sein. In den meisten Szenarien sollte Dimorphos jedoch innerhalb von Wochen dramatisch hin und her schwingen oder in viele Richtungen taumeln.

Wenn die Hera-Mission der ESA fünf Jahre später eintrifft, könnte die Szene ziemlich dramatisch sein, wenn Dimorphos sich aufgrund des Einflusses der Menschheit wild in seiner Umlaufbahn um Didymos dreht. Es wird wahrscheinlich Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte dauern, bis der Gravitationszug von Didymos Dimorphos in seinen ursprünglichen, vermutlich gezeitengesperrten Zustand zurückversetzt. Die Möglichkeit, dass Hera Dimorphos in einem chaotisch taumelnden Zustand finden könnte, ist wirklich interessant und wirklich aufregend, sagt Statler.

Heras Ankunft wird der einzige Weg sein, um sicher zu wissen, was mit der Drehung von Dimorphos passiert ist, da DART durch den Aufprall zerstört wird und Dimorphos zu klein ist, um von der Erde aus im Detail gesehen zu werden. Ein kleiner, in Italien hergestellter Satellit rief LICIACube wird vor dem Aufprall eingesetzt und während des Vorbeirauschens Bilder aufnehmen, aber nur für ein paar Minuten – nicht lange genug, um zu beobachten, wie das Wackeln Einzug hält.

Hera plant außerdem, zwei kleinere Satelliten einzusetzen, die versuchen werden, auf der Oberfläche von Dimorphos zu landen. Es wird nicht erwartet, dass die Taumelbewegung diese Bemühungen behindert, aber sie könnte sie erschweren. Ohne die richtige Planung der chaotischen Rotation könnten die beiden kleinen Fahrzeuge herumhüpfen und nicht ganz dort landen, wo die Wissenschaftler es wollen. Auf einem so kleinen Körper zu landen ist sowieso schwierig, sagt Patrick Michel vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS), einer der Missionsleiter für Hera und Mitautor von Agrusas Artikel. Aber [das] macht es nicht einfacher.

Es wird nicht erwartet, dass die taumelnde Bewegung von Dimorphos die Generalprobe von DART für einen Tag zur Rettung der Erde beeinflusst, noch wird sie eine Gefahr für uns auf dem Planeten darstellen, aber es könnten einige wissenschaftlich nützliche Informationen aus dem Ereignis gewonnen werden. Der Rotationszustand von Asteroiden könnte andere Eigenschaften beeinflussen, z. B. wie viel Sonnenlicht sie reflektieren, was sich auf ihre Bahnen auswirken kann – möglicherweise etwas, das bei einer zukünftigen Asteroidenablenkungsmission berücksichtigt werden sollte. Es ist nicht so einfach, ein Raumschiff einfach in den Asteroiden zu stürzen, sagt der Astronom Paul Wiegert von der University of Western Ontario. Es gibt eine Menge Physik, die Sie verstehen müssen.

Die Beobachtung des Systems über Jahre, Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte wird uns auch eine beispiellose Gelegenheit geben, zu sehen, wie sich ein binäres Asteroidensystem entwickelt, nachdem es einen solchen Einschlag erlebt hat. Hera allein könnte uns einen Hinweis darauf geben, wie stark der Gezeiteneffekt das System in seinen normalen Zustand zurückversetzt, und uns dabei helfen, die Gravitationsbeziehung zwischen zwei Asteroiden wie diesen zu verstehen.

Wir werden gleich sehen, was passiert, wenn wir einen Golfwagen in ein Stadion rammen. Die Ergebnisse könnten, nun ja, ziemlich chaotisch sein. Es ist sehr cool, sagt Federica Spoto, die Asteroidendynamik am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Massachusetts studiert. Wir modifizieren wirklich ein System.

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