13.12.2022

Das Alter kleiner Asteroiden

Ergebnisse des Einschlagexperiments auf der Oberfläche des Asteroiden Ryugu.

Die Datierung der Oberflächen von Himmelskörpern erfolgt durch das Zählen der Größe und Häufigkeit von Kratern. Diese Alters­schätzungen können sehr ungenau sein, da man nicht weiss, wie das Material der Oberfläche eines Asteroiden auf einen Einschlag von einem anderen Himmelskörper reagiert. Um die Geschichte des Asteroiden Ryugu zu erforschen, wurde die Raumsonde Hayabusa2 entwickelt, die auch Proben gesammelt und sie zur Laboranalyse zur Erde zurückgebracht hat. Beteiligt am Projekt sind Martin Jutzi und Sabina Raducan, beide vom Physi­kalischen Institut der Universität Bern. Nun präsentiert das Team unter ihrer Leitung neue Erkennt­nisse zur Entstehung und Entwicklung von Asteroiden.

Abb.: Krater nach dem Einschlag auf der Oberfläche des Asteroiden Ryugu....
Abb.: Krater nach dem Einschlag auf der Oberfläche des Asteroiden Ryugu. (Bild: zvg)

Zur Erkundung der Asteroiden­eigenschaften wurde im Rahmen der Weltraum­mission Hayabusa2 ein Small Carry-on Impactor auf die Oberfläche des Asteroiden Ryugu geschossen. „Der durch den Einschlag erzeugte Krater erwies sich als viel größer als erwartet. Wir haben also versucht, das Ergebnis des Einschlags auf Ryugu anhand von Simu­lationen zu reproduzieren, um heraus­zufinden, welche Eigen­schaften das Material auf der Oberfläche des Asteroiden haben muss“, erklärt Martin Jutzi. Die Beschaffen­heit und die Größe eines Einschlag­kraters auf einem Asteroiden werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Zum einen durch die spezi­fischen Eigenschaften des Projektils, zum anderen durch die Eigenschaften des Asteroiden, beispiels­weise dessen Festigkeit oder Schwerkraft.

„Die Größe und Beschaffenheit des Kraters, der aus dem Einschlag resultiert, kann eine direkte Diagnose der Material­eigenschaften und der oberflächen­nahen Struktur des Asteroiden liefern“, sagt Jutzi. Die Untersuchung des Krater­bildungs­prozesses habe daher wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der geologischen und geophysika­lischen Entwicklung von Asteroiden. „Wie Krater­bildung bei niedriger Schwerkraft funktioniert, blieb bisher weitgehend unerforscht. Das liegt daran, dass diese Einschlags­bedingungen in Labor­experimenten auf der Erde nicht nachgebildet werden können“, sagt Sabina Raducan. Die Forschenden zeigen, dass der Asteroid wahrscheinlich eine sehr lockere innere Struktur hat und nur durch sehr kleine Kohäsions­kräfte und Gravitations­wechselwirkungen zusammen­gehalten wird. „Geht man von diesen Bedingungen aus, sind wir in der Lage, mit unseren numerischen Simu­lationen das Ergebnis des Einschlags auf Ryugu zu reproduzieren“, so Raducan.

Die aus den Ergebnissen abgeleiteten Beziehungen zwischen den Projektil-Eigen­schaften und Krater­größe deuten darauf hin, dass die Oberflächen kleiner Asteroiden sehr jung sein müssen. „Unsere Ergebnisse zeigen zudem, dass eine geringe Kohäsion die Krater­bildung stark beeinflussen kann. Auf Ryugu gibt es verschiedene geologische Oberflächen­einheiten, die ein unter­schiedliches Alter haben. Dies könnte auf den Einfluss der Kohäsion zurück­zuführen sein“, ergänzt Jutzi.

Die Arbeit ist auch für wichtig für die Nasa-Mission „Double Asteroid Redirection Test“ (DART), an der die beiden ebenfalls beteiligt sind. DART ist der weltweit erste vollumfängliche Test zur plane­tarischen Verteidigung gegen mögliche Asteroiden­einschläge auf der Erde. Im Rahmen der DART-Mission ist am 27. September 2022 eine Weltraum­sonde mit dem Asteroiden Dimorphos, um diesen von seiner Umlaufbahn abzulenken. „Die Erkenntnisse der Simu­lationen zum Einschlag auf Ryugu hilft auch bei der Analyse der Resultate der DART Mission weiter“, erklärt Jutzi. „Wir sind daran, die neue entwickelten Modelle auf DART anzuwenden um damit Erkenntnisse über die Eigen­schaften von Dimorphos zu gewinnen. Unsere ersten Simulationen sehen sehr vielver­sprechend aus“, ergänzt Raducan.

U. Bern / JOL

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