Quelle: ÖWF 12. Dezember 2023.

12. Dezember 2023 – Zusammen mit Dr. Laura Jamschon Mac Garry, Professorin an der Universität für internationales Recht Belgrano, Argentinien und Dr. Sergio Camacho Lara, Professor am Instituto Astrofisico, Optica y Electronica de Mexico und vormaliger Direktor des UN Büros für Weltraumangelegenheiten, widmete sich der ÖWF-Experte Dr. Rudolf Albrecht der Frage, welche geopolitischen, wirtschaftlichen und diplomatischen Auswirkungen auf Grund eines drohenden Asteroideneinschlags zu erwarten wären.

Denn bereits ab Bekanntwerden des drohenden Einschlags – bis zu 10 Jahre vor dem tatsächlichen Ereignis – ist im voraussichtlichen Einschlagsgebiet von enormen wirtschaftlichen und demografischen Verwerfungen auszugehen. Unter anderem würden Investitionen ausbleiben, Grundstückspreise drastisch fallen, Banken und Industriebetriebe würden insolvent, die Nahrungsmittelproduktion käme zum Erliegen. Die Bevölkerung würde versuchen, das Gebiet zu verlassen, die öffentliche Sicherheit erodieren. Die drohende Gefahr hätte aber auch Auswirkungen, die über das voraussichtliche Einschlagsgebiet hinausgingen.

Folgen über das Einschlagsgebiet hinaus
Dr. Rudolf Albrecht: „Die Annahme, dass das Leben bis kurz vor dem Einschlag seinen gewohnten Gang nehmen würde, ist vollkommen unrealistisch. Je nach Einschlagsort könnten die wirtschaftlichen Verwerfungen sogar dazu führen, dass technische Gegenmaßnahmen unmöglich werden- etwa durch den Zusammenbruch der Lieferketten und durch die Flucht der erforderlichen Arbeitskräfte. In unserem Artikel beleuchten wir die zu erwartenden möglichen Folgen, die zu erwarten sind und wie die internationale Gemeinschaft im Rahmen des Völkerrechts darauf reagieren könnte. Welche Verpflichtungen haben betroffene und nicht betroffene Staaten? Wie ist umzugehen mit der zu erwartenden riesigen Zahl von Flüchtlingen? Die steigende Bedrohung beeinflusst sicher auch das Wahlverhalten in vielen Ländern. In welche Richtung? Auch geopolitische Rivalitäten könnten eine Rolle spielen.“

Diese Gedanken wurden von Dr. Lindley Johnson, Leiter des NASA Planetary Defense Coordination Office, aufgenommen und sollen zum Gegenstand eines internationalen Koordinationsplans werden.

Der ganze Artikel
Laura Jamschon Mac Garry, Rudolf Albrecht, Sergio Camacho-Lara: „Diplomatic, geopolitical and economic consequences of an impending asteroid threat“ (Diplomatische, geopolitische und wirtschaftliche Folgen eines drohenden Asteroideneinschlags), Acta Astronautica, Volume 214, 2024, Seiten 496 bis 504, ISSN 0094-5765,
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009457652300560X

Was die internationale Gemeinschaft bereits tut
Die potentielle Zerstörungskraft eines Asteroideneinschlags ist nicht zuletzt durch das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren bekannt. 2013 brachte ein 20-Meter großer Gesteinsbrocken fast alle Fensterscheiben in Chelyabinsk zum Bersten als er noch vor seinem Einschlag explodierte. Ähnliche Ereignisse wie vor 65 Millionen Jahren könnten heute unsere gesamte Zivilisation gefährden. Daher richteten die Vereinten Nationen 2013 die Arbeitsgruppen „International Asteroid Warning Network” und „Space Mission Planning Advisory Group” ein, um Konzepte und Strategien zur Planetaren Verteidigung zu entwickeln. Parallel dazu findet alle zwei Jahre die Planetary Defense Conference (PDC) statt, ein Forum von Spezialist*innen, die das breite Spektrum zwischen wissenschaftlicher Forschung, technischer Entwicklung bis hin zum Zivilschutz abdecken.

Über die Autor*innen
Dr. Laura Jamschon Mac Garry hat einen LL.M. Abschluss (Universität Wien) und Ph.D. (Universität Sapienza Rom). Sie ist Professorin an der Universität Belgrano und der Universität del Salvador in Buenos Aires. Als Berufsdiplomatin war sie in Wien stationiert und integrierte die nationale Delegation in COPUOS-Sitzungen von 2013 bis 2019. Sie war amtierende Vorsitzende des Rechtsunterausschusses von COPUOS (Committee on the Peaceful Uses of Outer Space; Ausschuss der Vereinten Nationen für die friedliche Nutzung des Weltraums) und Leiterin der Task Force der Gruppe lateinamerikanischer und karibischer Länder (GRULAC) und der Gruppe der 77+China (G77+China). Sie ist Mitglied des International Institute of Space Law (IISL).

Dr. Rudolf Albrecht promovierte in Astrophysik an der Universität Wien, Österreich. Er arbeitete in Wien, am Lowell Observatory in Flagstaff, Arizona, am European Southern Observatory und am Cerro Tololo Interamerican Observatory in Chile. Er war Gründungsmitglied des Space Telescope Science Institute und ordentlicher Professor an der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland. Nach seinem Ausscheiden aus der Europäischen Weltraumorganisation ESA als Leiter der Space Telescope European Coordinating Facility wechselte er als Senior Science Advisor zum Österreichischen Weltraum Forum ÖWF. Er fungiert als technischer Experte in der österreichischen Delegation bei UN-COPUOS und in der Space Mission Planning Advisory Group (SMPAG).

Dr. Sergio Camacho ist Professor im Graduiertenprogramm für Weltraumwissenschaft und -technologie am Nationalen Institut für Astrophysik, Optik und Elektronik in Mexiko und ehemaliger Direktor des Büros der Vereinten Nationen für Weltraumfragen UNOOSA. Er war Vorsitzender der Arbeitsgruppe des Wissenschaftlich-Technischen Unterausschusses von COPUOS, der 2013 die Einrichtung des International Asteroid Warning Network IAWN und der Space Mission Planning Advisory Group SMPAG empfahl. Die Empfehlungen wurden von COPUOS unterstützt. Die Generalversammlung begrüßte diese Empfehlungen im Dezember 2013, dies führte 2014 zur Gründung von IAWN und SMPAG.

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Quelle: DESY 7. Februar 2023.

7. Februar 2023 – Zum ersten Mal haben Forscher live verfolgt, was bei einem Asteroideneinschlag in dem getroffenen Material genau vor sich geht. Das Team von Falko Langenhorst von der Universität Jena und Hanns-Peter Liermann von DESY hat dazu einen Asteroideneinschlag mit Quarz im Labor nachgestellt und quasi in Zeitlupe in einer Hochdruckzelle ablaufen lassen. Dabei verfolgten die Forscher das Ereignis mit DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III. Die Beobachtung enthüllt einen Zwischenzustand in dem untersuchten Quarz und löst damit ein Jahrzehnte altes Rätsel über die Entstehung charakteristischer Strukturen in dem an der Erdoberfläche allgegenwärtigen Mineral. Die Analyse hilft, Spuren vergangener Einschläge besser zu verstehen, und hat möglicherweise darüber hinaus auch Bedeutung für ganz andere Materialien. Die Forscher stellen ihre Ergebnisse im Fachblatt „Nature Communications“ vor.

Indikator-Mineral
Asteroideneinschläge sind katastrophale Ereignisse, bei denen riesige Krater entstehen und manchmal Teile des Erdgesteins aufgeschmolzen werden. „Dennoch sind Krater erdgeschichtlich oft schwer nachzuweisen, denn durch Erosion, Verwitterung und Plattentektonik verschwinden sie im Laufe von Jahrmillionen“, erläutert Langenhorst. Daher dienen als Nachweis für einen Einschlag häufig Minerale, die durch die Wucht des Einschlags charakteristische Veränderungen erfahren. So wandelt sich der auf der Erdoberfläche allgegenwärtige Quarzsand (Siliziumdioxid, SiO₂) durch so einen Einschlag schrittweise in Glas um, wobei die Quarzkörner dann von mikroskopischen Lamellen durchzogen werden. Diese Struktur lässt sich erst unter dem Elektronenmikroskop detailliert erkunden und ist beispielsweise in Material aus dem relativ jungen Barringer-Krater in Arizona (USA) zu finden.

„Seit mehr als 60 Jahren dient dieses lamellenartige Glas als Indikator für einen Asteroideneinschlag, aber niemand wusste bisher, wie es überhaupt zu dieser Struktur kommt“, sagt Liermann. „Dieses Jahrzehnte alte Rätsel haben wir nun gelöst.“ Die Forscher hatten dazu jahrelang Techniken weiterentwickelt, mit denen sich Materialien unter Hochdruck im Labor untersuchen lassen. Dazu wird die Probe in der Regel in einer sogenannten Stempelzelle zwischen zwei kleinen Diamanten zusammengepresst. So lassen sich kontrolliert extreme Drücke wie im Erdinneren – oder wie bei einem Asteroideneinschlag – erzeugen.

Charakteristische Lamellen
Für seine Versuche verwendete das Team eine dynamische Diamantstempelzelle, in der sich der Druck während der Messung sehr schnell verändern lässt. Darin pressten die Forscher kleine Siliziumdioxid-Kristalle mit sehr regelmäßigem Kristallgitter immer stärker zusammen und durchleuchteten sie währenddessen mit dem intensiven Röntgenlicht von PETRA III, um ihre innere Struktur zu erkunden. „Die Kunst ist, den simulierten Asteroideneinschlag langsam genug ablaufen zu lassen, um ihn im Röntgenlicht verfolgen zu können, aber nicht zu langsam, so dass die für einen Asteroideneinschlag typischen Effekte noch entstehen können“, sagt Liermann. Als richtige Zeitdauer erwiesen sich dabei Experimente im Sekundenmaßstab.

„Wir konnten beobachten, dass sich die Quarzstruktur bei einem Druck von ungefähr 180.000 Atmosphären plötzlich in eine enger gepackte Übergangsstruktur umwandelt, die wir Rosiait-artig nennen“, berichtet Erstautor Christoph Otzen, der seine Doktorarbeit über diese Untersuchungen schreibt. „In dieser Kristallstruktur schrumpft der Quarz um ein Drittel seines Volumens. Die charakteristischen Lamellen formen sich genau dort, wo der Quarz diese sogenannte metastabile Phase bildet, die vor uns noch niemand in Quarz hat identifizieren können.“ Rosiait ist ein oxidisches Mineral, nach dem die auch bei anderen Materialien bekannte Kristallstruktur benannt worden ist. Es besteht nicht aus Siliziumdioxid, sondern ist ein Bleiantimonat (eine Verbindung aus Blei, Antimon und Sauerstoff).

Kollaps in ungeordnete Struktur
„Je höher der Druck steigt, desto größer wird der Anteil mit Rosiait-artiger Struktur im Quarz“, erläutert Otzen. „Lässt der Druck wieder nach, wandeln sich die Rosiait-artigen Lamellen aber nicht in die ursprüngliche Struktur von Quarz zurück, sondern sie kollabieren zu Glaslamellen mit ungeordneter Struktur. Diese Lamellen sehen wir auch in Quarzkörnern aus Ablagerungen von Asteroideneinschlägen.“ Menge und Orientierung der Lamellen lassen dabei Rückschlüsse auf den Druck beim Einschlag zu. „Seit Jahrzehnten werden solche Lamellen zum Nachweis und zur Analyse von Asteroideneinschlägen genutzt“, betont Langenhorst. „Aber erst jetzt können wir ihre Entstehung genau erklären und verstehen.“

Für die Untersuchung haben die Forscher nicht die größten technisch möglichen Drücke verwendet. „Im Bereich der höchsten Drücke entsteht so viel Hitze, dass das Material schmilzt oder verdampft“, erläutert Langenhorst. „Aufgeschmolzenes Material, das wieder zu Gestein erstarrt, gibt uns erstmal keine nützliche Auskunft. Wichtig ist jedoch genau der Druckbereich, in dem Minerale charakteristische Veränderungen im festen Zustand durchlaufen, und genau das haben wir in diesem Fall untersucht.“

Bedeutung für andere Materialien?
Die Ergebnisse könnten über die Erforschung von Asteroideneinschlägen hinaus Bedeutung haben. „Was wir beobachtet haben, könnte eine Modellstudie für die Glasbildung auch ganz anderer Materialien wie beispielsweise Eis sein“, betont Langenhorst. „Eventuell ist es ein typischer Weg, dass eine Kristallstruktur sich bei schneller Kompression in einem Zwischenschritt in eine metastabilen Phase umwandelt, die dann in die ungeordnete Glasstruktur übergeht. Auch das wollen wir weiter untersuchen, denn das wäre von großer Bedeutung für die Materialforschung.“

Mit dem bei DESY geplanten Ausbau von PETRA III zum weltbesten Röntgenmikroskop PETRA IV werden solche Untersuchungen in Zukunft noch realistischer möglich sein. „Die 200mal höhere Intensität der Röntgenstrahlung wird uns erlauben, diese Experimente 200 Mal schneller ablaufen zu lassen, so dass wir einen Asteroideneinschlag noch realistischer simulieren können“, sagt Liermann.

Über DESY:
DESY zählt zu den weltweit führenden Teilchenbeschleuniger-Zentren und erforscht die Struktur und Funktion von Materie – vom Wechselspiel kleinster Elementarteilchen, dem Verhalten neuartiger Nanowerkstoffe und lebenswichtiger Biomoleküle bis hin zu den großen Rätseln des Universums. Die Teilchenbeschleuniger und die Nachweisinstrumente, die DESY an seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen entwickelt und baut, sind einzigartige Werkzeuge für die Forschung: Sie erzeugen das stärkste Röntgenlicht der Welt, bringen Teilchen auf Rekordenergien und öffnen neue Fenster ins Universum. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands, und wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert.

Originalveröffentlichung:
Evidence for a rosiaite-structured high-pressure silica phase and its relation to lamellar amorphization in quartz; Christoph Otzen, Hanns-Peter Liermann, Falko Langenhorst; „Nature Communications“, 2023; DOI: 10.1038/s41467-023-36320-7
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36320-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-023-36320-7.pdf

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