Simulierte Abwehr von Asteroiden

Die Nasa-Mission „Double Asteroid Redirection Test“ (DART) ist der weltweit erste vollum­fängliche Test zur plane­tarischen Verteidigung gegen mögliche Asteroiden­einschläge auf der Erde. Forschende der Universität Bern und des Nationalen Forschungs­schwerpunkts (NFS) PlanetS zeigen nun, dass der Einschlag der Dart-Raumsonde auf ihrem Ziel statt einen relativ kleinen Krater zu hinter­lassen den Asteroiden nahezu unkenntlich machen könnte.

Vor 66 Millionen Jahren verursachte ein riesiger Asteroiden­einschlag auf der Erde wahr­scheinlich das Aussterben der Dinosaurier. Zwar ist zurzeit kein bekannter Asteroid eine unmittelbare Bedrohung. Doch sollte eines Tages ein großer Asteroid auf Kollisions­kurs mit der Erde entdeckt werden, müsste dieser womöglich von seiner Flugbahn abgelenkt werden um katastrophale Folgen zu verhindern. Im vergangenen November ist die Dart-Raumsonde der US-Raumfahrt­behörde Nasa als erstes Experiment seiner Größenordnung für ein solches Manöver in gestartet: Ihre Aufgabe ist es, mit einem Asteroiden zu kollidieren und ihn aus seiner Umlaufbahn abzulenken. So sollen wertvolle Infor­mationen für die Entwicklung einer solchen planetaren Abwehr­technik gewonnen werden.

In einer neuen Studie haben die Forschenden diesen Einschlag mit einer neuen Methode simuliert. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass er sein Ziel viel stärker deformieren könnte als bisher angenommen. „Im Gegensatz zu dem, was man sich unter einem Asteroiden vorstellt, zeigen direkte Untersuchungen von Raumfahrt­missionen wie der Hayabusa2-Sonde der japanischen Raumfahrt­behörde Jaxa, dass Asteroiden eine sehr lockere innere Struktur haben können – ähnlich wie ein Schutthaufen – die durch Gravitations­wechselwirkungen und kleine Kohäsions­kräfte zusammengehalten wird“, sagt Sabina Raducan. Frühere Simulationen des Einschlags der Dart-Mission gingen jedoch meist von einem viel festeren Inneren des Ziel-Asteroiden Dimorphos aus.

„Dies könnte das Ergebnis des Zusammen­stoßes von Dart und Dimorphos, der für den kommenden September geplant ist, drastisch verändern“, so Raducan. Anstatt einen relativ kleinen Krater auf dem rund 160 Meter großen Asteroiden zu hinter­lassen, könnte der Einschlag von DART mit einer Geschwin­digkeit von ungefähr 24.000 Kilometern pro Stunde Dimorphos vollständig deformieren. Der Asteroid könnte auch viel stärker abgelenkt und größere Mengen an Material heraus­geschleudert werden, als die bisherigen Schätzungen voraussagten.

„Einer der Gründe, warum dieses Szenario einer losen inneren Struktur bisher nicht gründlich untersucht wurde, ist, dass die notwendigen Methoden nicht zur Verfügung standen“, sagt Raducan. „Solche Einschlags­bedingungen können in Labor­experimenten nicht nachgestellt werden, und der relativ lange und komplexe Prozess der Kraterbildung nach einem solchen Einschlag – im Fall von Dart eine Sache von Stunden – machte es bisher unmöglich, diese Einschlags­prozesse realistisch zu simulieren“, so die Forscherin. „Mit unserem neuartigen Modellierungs­ansatz, der die Ausbreitung der Schockwellen, die Verdichtung und den darauf folgenden Material­fluss berück­sichtigt, waren wir erstmals in der Lage, den gesamten Krater­prozess zu modellieren, der bei Einschlägen auf kleinen Asteroiden wie Dimorphos entsteht“, berichtet Raducan. 

Im Jahr 2024 wird die ESA im Rahmen der Weltraum­mission Hera eine Raumsonde zu Dimorphos schicken. Ziel ist es, die Folgen des Einschlags der Dart-Sonde visuell zu untersuchen. „Um das Beste aus der Hera-Mission heraus­zuholen, müssen wir ein gutes Verständnis der möglichen Folgen des Dart-Einschlags haben“, sagt Martin Jutzi. „Unsere Arbeit an den Einschlags­simulationen fügt ein wichtiges potenzielles Szenario hinzu, das uns dazu zwingt, unsere Erwartungen in dieser Hinsicht zu erweitern. Dies ist nicht nur im Zusammenhang mit der Planeten­verteidigung von Bedeutung, sondern fügt auch ein wichtiges Puzzleteil zu unserem Verständnis von Asteroiden im Allgemeinen hinzu“, so Jutzi.

U. Bern / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. D. Raducan et al.: Global-scale Reshaping and Resurfacing of Asteroids by Small-scale Impacts, with Applications to the DART and Hera Missions, Planet. Sci. J. 3, 128 (2022); DOI: 10.3847/PSJ/ac67a7
• Weltraumforschung und Planetologie, Physikalisches Institut, Universität Bern
• Mission DART, NASA, Washington D.C.
• Mission HERA, ESA, Paris