09.07.2026 • Sonnensystemforschung

Lucy sieht erdnussförmigen Asteroiden taumeln

Vorbeiflug an Donaldjohanson zeigt einen Binärkörper mit ungewöhnlichen, durch Sonneneinstrahlung verursachten, komplexen Rotationseigenschaften.

Selbst kleine Asteroiden führen manchmal ein komplexes „Eigenleben“. Bei ihrem Vorbeiflug am Asteroiden Donaldjohanson im vergangenen Jahr entdeckte die NASA-Raumsonde Lucy, dass es sich um einen etwas taumelnden, erdnussförmigen Binärkörper handelt, der in seiner relativ kurzen Geschichte schon viel durchgemacht hat. Der Asteroid entstand aus Fragmenten, die nach einer heftigen Kollision vor 155 Millionen Jahren zusammenwuchsen. Durch die geringe, aber kontinuierliche Kraft der Sonnenstrahlung wurde er verändert, während er gleichzeitig Anzeichen für die kurze Anwesenheit von flüssigem Wasser in seiner fernen Vergangenheit bewahrte. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist an der Mission beteiligt.

Dieses Bild ist eine Aufnahme der L’LORRI-Kamera auf Lucy mit der höchsten Auflösung und zeigt aus etwa 1000 km Entfernung Merkmale von bis zu 50 m Größe.

Die Rotation von Donaldjohanson zeigt ein ungewöhnliches Muster, das darauf hindeutet, dass sich der Körper wie ein präzedierender Kreisel alle 10,5 Erdentage um zwei Achsen dreht.

Donaldjohanson rotiert langsam in einer taumelnden Bewegung, bei der die Rotation um die kürzeste Achse, hier in blau markiert, präzediert. Dadurch ergibt sich eine komplexe Oberflächenbeschleunigung.

Lucy hat am 20. April 2025 den acht Kilometer großen (52246) Donaldjohanson mit einer Geschwindigkeit von 13,4 km/s passiert als Generalprobe für die spätere Untersuchung der „Trojaner“-Asteroiden auf der Jupiterbahn.

Die Raumsonde Lucy, die 2021 startete und durch den Asteroidengürtel in Richtung einer der beiden Gruppen der Jupiter-Trojaner-Asteroiden fliegt, sammelte am 20. April 2025 Bilder und viele weitere Daten über Donaldjohanson, als sie in einer Entfernung von etwas mehr als tausend Kilometern an dem Asteroiden vorbeiflog. Die Daten zeigten, dass Donaldjohanson („DJ“) sich nicht wie die meisten anderen Asteroiden und Planeten nur um eine fest im Raum stehende Hauptachse dreht, sondern scheinbar zusätzlich um eine weitere Achse, die einen komplizierten Kreis im Raum beschreibt – eine zweiachsige Rotation. Die Forschenden sahen auch die langgestreckte Form eines Binärkörpers bei DJ und die Krater und Erhebungen auf seiner Oberfläche. Stefano Mottola und Frank Preusker vom DLR-Institut für Weltraumforschung haben zu den Berechnungen der Rotationsparameter, des dreidimensionalen digitalen Formmodells und des Gravitationsfeldes beigetragen.

Lucys Begegnung mit dem Asteroiden war als Generalprobe für den teilweise autonomen Vorbeiflugmodus der Raumsonde und als Teamtest für den Betrieb der Instrumente der Raumsonde vor ihren nächsten Begegnungen geplant. Der Hauptteil der Mission wird mit Lucys Vorbeiflug am „trojanischen“, dem Jupiter vorauseilenden Asteroiden Eurybates am 12. August 2027 beginnen. Die Instrumente und Abläufe funktionierten wie erwartet und als Bonus erhielten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die seltene Gelegenheit, einen bisher unerforschten Asteroiden aus der Nähe zu betrachten und ihn mit zwei Asteroiden mit ähnlicher Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Geschichte zu vergleichen: Bennu, das 500 Meter große Ziel der OSIRIS-REx-Mission der NASA 2018 – 2021 zur Rückführung von Proben, und Ryugu, ein tausend Meter großer Asteroid, der von der Mission Hayabusa2 der Japan Aerospace Exploration Agency JAXA zur Rückführung von Proben zwischen 2018 und 2019 besucht wurde – eine Mission, an der das DLR mit dem Landemodul MASCOT und darauf zwei Experimenten beteiligt war.

Bereits mit erdgebundenen Teleskopen sahen die Beobachtenden Schwankungen im Sonnenlicht, das DJ reflektiert, die auf ein Taumeln hindeuteten. Das Team stellte ein regelmäßiges Muster von Spitzen und Tälern im Helligkeitsverlauf fest, das typisch für ein längliches Objekt ist, und das sich, so wurde angenommen, alle 10,5 Erdtage einmal um sich selbst dreht. Erst mit den Lichtkurven und vor allem den Bilddaten von Lucy wurde es jedoch möglich, die Rotation quantitativ zu verstehen und zu modellieren.

Als sie sich die aus der Nähe gemessenen Helligkeitsveränderungen und die sich mit der Rotation verändernde Lage von DJ im Raum genauer ansahen, entdeckten sie ein ungewöhnliches Muster, das darauf hindeutet, dass sich DJ scheinbar wie ein wackelnder, „präzedierender“ Kreisel um zwei Achsen dreht, was zu einem leichten Schwanken führt. DJ scheint also eher zu taumeln, anstatt sich wie die meisten Himmelskörper stabil um ihre Rotationsachse zu drehen. Diese Achse steht bei DJ jedoch nicht fest im Raum, sondern präzediert, das heißt, sie beschreibt im Raum eine komplexe Bahn.

Die Animation zeigt einen der ungewöhnlichsten Aspekte von Donaldjohanson: seine Rotation. Anstatt sich um eine einzige Achse zu drehen, vollführt er eine taumelnde Rotation um seine kürzeste Achse (blau). Die Richtung dieser Achse ist jedoch nicht fest im Raum, sondern sie beschreibt eine komplexe Bewegung. Donaldjohanson vollführt eine Umdrehung etwa alle 10,5 Tage und eine weitere um die blaue Achse in etwa 26,4 Tagen, was ein langsames, ungleichmäßiges Wackeln zur Folge hat. Quelle: NASA, GSFC / SWRI / JHU-APL

Wie das Team berichtet, dreht sich der Asteroid alle 26,4 Erdtage um seine kürzeste Achse, die sich wiederum alle 7,5 Tage um die Achse bewegt, die die Gesamtdrehung des Asteroiden im Raum bestimmt. Diese beiden Perioden überlagern sich und erzeugen eine nur scheinbare Periode von 10,5 Tagen. Der 8,8 Kilometer lange und maximal 3,5 Kilometer breite Körper braucht also mehr als 26 Tage für eine vollständige Rotation um seine kürzeste Körperachse. Die beobachteten Helligkeitsschwankungen entstehen durch die sich ständig verändernde Orientierung des Asteroiden.

Die Forschenden vermuten, dass die Rotation des Asteroiden durch den sogenannten YORP-Effekt – benannt nach den Wissenschaftlern Yarkovsky, O’Keefe, Radzievskii und Paddack – beeinflusst wird. Dabei übt die von der Sonne erwärmte und wieder abgestrahlte Energie über sehr lange Zeiträume winzige Kräfte auf den Himmelskörper aus. Diese können seine Rotation allmählich beschleunigen oder abbremsen wie im Fall von Bennu (einmal alle vier Stunden) und Ryugu (einmal alle sieben Stunden), die sich beide früher wahrscheinlich viel langsamer drehten als heute.

Als Lucy mit fast 50.000 Kilometern pro Stunde an DJ vorbeiflog, registrierte die Sonde mit ihren spektroskopischen Sensoren Signaturen von eisenhaltigen Schichtsilikaten auf der Oberfläche: Tonminerale, wie sie auch auf der Erde bekannt sind. Diese Tonminerale müssen sich in der fernen Vergangenheit mit Hilfe von flüssigem Wasser gebildet haben, wenn eisenhaltige Minerale in Kontakt mit Wassermolekülen kommen. Das Lucy-Team kam allerdings zu dem Schluss, dass die Einwirkung nur relativ kurz gewesen sein muss, da Eisen in Tonmineralien dazu neigt, durch andere Elemente wie Magnesium ersetzt zu werden, wenn das Wasser über längere Zeiträume anwesend ist – was hier nicht der Fall ist. [DLR / dre]

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