Quelle: Jet Propulsion Laboratory, 19. Mai 2026

Das Raumschiff steuert nun direkt auf den Asteroiden zu, der sich im Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter befindet. Nach dem Vorbeiflug am Mars analysierte das Flugteam die Funksignale zwischen dem Raumschiff und dem Deep Space Network (DSN) der NASA – dem weltweiten Kommunikationssystem der Behörde für interplanetare Raumfahrzeuge –, um zu bestätigen, dass sich Psyche auf der richtigen Flugbahn befand.

„Obwohl wir von unseren Berechnungen und unserem Flugplan überzeugt waren, war es dennoch spannend, das Doppler-Signal des DSN während des Vorbeiflugs in Echtzeit zu überwachen“, sagte Don Han, Leiter der Navigation für Psyche am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. „Wir haben bestätigt, dass der Mars dem Raumschiff einen Schub von 1.600 Kilometer pro Stunde verliehen und seine Bahnebene um etwa 1 Grad relativ zur Sonne verschoben hat. Wir sind nun auf Kurs für die Ankunft am Asteroiden Psyche im Sommer 2029.“

Einzigartiger Blick auf den Mars

In den Tagen vor und während der nahen Annäherung wurden alle Instrumente von Psyche zur Kalibrierung eingeschaltet, darunter die Kameras, Magnetometer sowie das Gamma- und Neutronenspektrometer. Die Begegnung mit dem Planeten bot der Mission einen wertvollen Probelauf für die Ankunft am Asteroiden Psyche; als Bonus gelang es ihr, Bilder vom Mars aus einer seltenen Perspektive aufzunehmen.

Da sich Psyche dem Mars aus einem hohen Winkel näherte, erschien der Planet in den Tagen vor der größten Annäherung als dünner Halbmond, beleuchtet durch das von seiner Oberfläche reflektierte Sonnenlicht. In den Aufnahmen des Multispektral-Bildgebers des Raumfahrzeugs erschien der Halbmond heller und erstreckte sich weiter um die Planetenscheibe herum als erwartet, was auf die starke Streuung des Sonnenlichts durch die staubige Atmosphäre des Planeten zurückzuführen war. Als Psyche vom nächtlichen Himmel des Mars in den Tag überging, nahm es um den Zeitpunkt der größten Annäherung herum eine schnelle Bilderserie der Oberfläche auf.

„Wir haben Tausende von Bildern von der Annäherung an den Mars sowie von der Oberfläche und der Atmosphäre des Planeten bei der größten Annäherung aufgenommen. Dieser Datensatz bietet uns einzigartige und wichtige Möglichkeiten, die Leistung der Kameras zu kalibrieren und zu charakterisieren sowie die frühen Versionen unserer Bildverarbeitungswerkzeuge zu testen, die für den Einsatz beim Asteroiden Psyche entwickelt werden“, sagte Jim Bell, Leiter des Psyche-Imager-Instruments an der Arizona State University (ASU) in Tempe. „Während das Raumfahrzeug nach dem Vorbeiflug seine Reise fortsetzt, werden wir den Rest des Monats über die Kalibrierungsaufnahmen des Mars fortsetzen, während er sich in die Ferne entfernt.“

Bell leitet außerdem die Mastcam-Z-Bildgebungsuntersuchungen im Team der Perseverance-Marsrover-Mission der NASA, die zu den mehreren Missionen gehörte, die während des Vorbeiflugs ergänzende Oberflächen- und Atmosphärenbilder sowie Navigationsdaten lieferten, um die Kalibrierungsbemühungen zu unterstützen. Zu den weiteren beteiligten Missionen zählen der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA, der Orbiter 2001 Mars Odyssey und der Rover Curiosity sowie Mars Express und der ExoMars Trace Gas Orbiter der ESA.

Neben dem Bildgeber könnten frühe Kalibrierungsmessungen der Magnetometer von Psyche den Stoßwellenbereich des Mars erfasst haben, als das Raumfahrzeug den Planeten passierte. Das Team für das Gamma- und Neutronenspektrometer sammelte ebenfalls zügig Daten zur Kalibrierung des Instruments, indem es seine Messungen mit der umfangreichen Sammlung vorhandener Marsdaten verglich.

Auf zum Asteroiden Psyche

Nachdem der Mars nun im Rückspiegel liegt, wird das Raumschiff bald wieder sein solarelektrisches Antriebssystem nutzen, um direkt auf den Hauptasteroidengürtel zuzusteuern. Bei seiner Ankunft im August 2029 wird es sich in eine Umlaufbahn um den Asteroiden Psyche einfügen, von dem angenommen wird, dass er der Teilkern eines Planetesimal ist, also eines Bausteins eines frühen Planeten. In einer Reihe von kreisförmigen Umlaufbahnen, die um den Asteroiden Psyche – der an seiner breitesten Stelle einen Durchmesser von etwa 280 Kilometern hat – zunächst tiefer und dann höher verlaufen, wird das Raumschiff den Asteroiden kartografieren und wissenschaftliche Daten sammeln. 

Sollte sich der Asteroid als metallischer Kern eines uralten Planetesimalen erweisen, könnte er einen einzigartigen Einblick in das Innere von Gesteinsplaneten wie der Erde bieten.

„Wir haben den Vorbeiflug am Mars schon seit Jahren erwartet, aber nun ist er geschafft. Wir können dem Roten Planeten dafür danken, dass er unserem Raumschiff einen entscheidenden Schwung gegeben hat, um weiter ins Sonnensystem vorzudringen“, sagte Lindy Elkins-Tanton, die leitende Forscherin für die Psyche-Mission an der University of California in Berkeley. „Auf zum Asteroiden Psyche!“

Mehr über Psyche

Die Psyche-Mission wird von der ASU geleitet. Das JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, ist für das Gesamtmanagement der Mission, die Systemtechnik, die Integration und Erprobung sowie den Missionsbetrieb verantwortlich. Intuitive Machines in Palo Alto, Kalifornien, lieferte das Chassis für das Raumfahrzeug mit hochleistungsfähigem solarelektrischem Antrieb. Der Betrieb des Bildgebungsinstruments wird von der ASU geleitet, die bei der Konstruktion, Fertigung und Erprobung der Kameras mit Malin Space Science Systems in San Diego zusammenarbeitet.

Psyche ist die 14. Mission, die im Rahmen des Discovery-Programms der NASA ausgewählt wurde, das vom Marshall Space Flight Center der Behörde in Huntsville, Alabama, verwaltet wird. Das Launch Services Program der NASA mit Sitz im Kennedy Space Center der NASA in Florida war für den Start verantwortlich.

Weitere Informationen zur Psyche-Mission der NASA finden Sie unter: https://science.nasa.gov/mission/psyche/

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• Psyche-Mission auf Falcon Heavy (B1064.4/B1079.1/B1065.4)

Der Beitrag Psyche absolviert Flyby am Mars und steuert auf metallreichen Asteroiden zu erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Beitrag von Anna-Janina Stöhr, Quellen: Britannica, NASA, H. J. Perrotin, BBC Sky At Night Magazine 06. Januar 2026.

Der deutsche Stenograf und Astronom Gustav Witt entdeckte am 13. August 1898 an der Berliner Urania-Sternwarte den Asteroiden 433 Eros. Benannt nach dem griechischen Gott der Liebe, war Eros eine kleine Sensation: Es war die erste Entdeckung eines erdnahen Asteroiden. Das bedeutet, 433 Eros befindet sich nicht im Asteroiden-Hauptgürtel zwischen Mars und Jupiter, sondern seine Bahn verläuft teilweise bis tief innerhalb der Marsbahn. Der Asteroid kann sich der Erde auf eine Entfernung von bis zu 22 Millionen Kilometern nähern¹.

Der Astronom entdeckte 433 Eros rein zufällig bei einer zweistündigen Fotografie des Asteroiden 185 Eunike. Auf dem Bild war zusätzlich eine 0,4 mm lange Spur eines Objekts mit ungewöhnlich hoher scheinbarer Bewegung am Himmel sichtbar, was sich als 433 Eros herausstellte². In derselben Nacht fotografierte auch der französische Astronom Auguste Charlois am Observatoire de Nice den Asteroiden. Er hatte ihn sogar bereits etwa eine Stunde vor Witt fotografiert, die Entdeckung wurde aber erst später bekanntgegeben, da er die Fotoplatte nicht gleich analysierte³.

Zur Zeit der Entdeckung war es bereits etabliert, neue Himmelskörper nach Figuren der römischen oder griechischen Mythologie zu benennen. Dies begann mit der Entdeckung des Zwergplaneten und Asteroiden 1 Ceres durch Giuseppe Piazzi im Jahr 1801. Eros ist der griechische Gott der begehrlichen Liebe, sein Pendant in der römischen Mythologie ist Amor oder auch Cupido. Der Zusatz 433 folgt den offiziellen Regeln der Benennung von Asteroiden und Kometen der Internationalen Astronomischen Union (IAU), die die Reihenfolge der Entdeckungen festhält. Als erster entdeckter Asteroid trägt Ceres somit die Nummer 1, Eros wurde somit als Objekt Nummer 433 entdeckt⁴. Personen, die heutzutage einen Asteroiden entdecken, dürfen Vorschläge für dessen Namen bei der IAU einreichen. Kometen werden heutzutage immer nach der Person benannt, die sie entdeckt haben.

Ein besonderer Valentinstag für 433 Eros

Hier endet die Geschichte des kartoffelförmigen, etwa 34 km × 11 km × 11 km großen Objekts jedoch nicht. Im Jahr 2000 schrieb die NASA durch ihn Raumfahrtgeschichte: Die Sonde NEAR Shoemaker wurde das erste Raumfahrzeug, das einen Asteroiden umkreiste – und das zufällig am Valentinstag! Ein Jahr später wurde die Mission noch bedeutungsträchtiger, da die Sonde auch auf 433 Eros landete. Dies stellte die erste erfolgreiche Landung auf einem Asteroiden dar. Zu diesem Zeitpunkt befand sich 433 Eros 315 Millionen Kilometer von der Erde entfernt⁵.

Die erste detaillierte Untersuchung einer Asteroiden-Oberfläche

Die Raumsonde war mit mehreren wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, darunter ein nahinfrarotes Spektrometer zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung, eine Multispektralkamera und ein Teleskop mit CCD-Sensor zur Vermessung sowie ein Magnetometer zur Suche nach einem Magnetfeld. Mithilfe dieser Geräte fand NEAR Shoemaker heraus, dass 433 Eros ein unregelmäßig geformter Asteroid mit einer Rotationsperiode von 5,27 Stunden, ohne Monde und ohne messbarem Magnetfeld ist. Die Sonde kartierte über 70 % der Oberfläche, machte rund 160.000 hochauflösende Aufnahmen und zeigte eine von Geröll, Rillen und Einschlägen geprägte Oberfläche mit nur sehr wenigen größeren Kratern, was auf ein geologisch vergleichsweise junges Alter hindeutet. Zudem wurden hohe Anteile von Silizium, Magnesium, Eisen sowie radioaktiven Elementen gemessen, eine dichte Regolithschicht nachgewiesen und über Funkexperimente Masse und Dichte bestimmt, die der der irdischen Erdkruste ähnelt⁶. Die Aufnahmen sind teilweise auf der Photojournal-Seite der NASA zu finden.

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• Astrophilie: Über die Romantik des Weltraums

1. https://www.britannica.com/topic/Eros-asteroid ︎
2. https://science.nasa.gov/solar-system/asteroids/433-eros/ ︎
3. H. J. Perrotin: Photographische Aufnahmen kleiner Planeten. In: Astronomische Nachrichten. Band 147, Nr. 3514, 1898, Sp. 175–176 ︎
4. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_minor_planets:_1%E2%80%931000 ︎
5. https://science.nasa.gov/solar-system/asteroids/433-eros/ ︎
6. https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/433-eros-asteroid ︎

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 5. September 2024.

5. September 2024 – Der Zwergplanet Ceres könnte seinen Ursprung im Asteroidengürtel haben – und muss nicht zwingend dorthin vom Rand des Sonnensystems „zugewandert“ sein. Darauf deuten helle, ammoniumreiche Ablagerungen im Consus Krater hin, wie ein Forscherteam unter Leitung des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) heute in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research Planets argumentiert. Die Forschenden haben Messdaten der NASA-Raumsonde Dawn ausgewertet. Dawn hatte schon vor Jahren auf der Ceres-Oberfläche weit verbreitete Ammoniumvorkommen entdeckt. Dies lege nach Meinung einiger Wissenschaftler*innen nahe, dass gefrorenes Ammonium bei der Entstehung des Zwergplaneten eine Rolle gespielt hat. Ammonium ist nur im äußeren Sonnensystem stabil. Die neue Studie findet eine weitere Möglichkeit: Wie auch andere helle Ablagerungen auf Ceres könnte das ammoniumreiche Material im Consus Krater durch Ceres‘ kuriosen Kryovulkanismus aus der Tiefe des Zwergplaneten an die Oberfläche gelangt sein.

Der Zwergplanet Ceres ist ein außergewöhnlicher „Bewohner“ des Asteroidengürtels. Mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern ist er nicht nur der größte Körper zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter; er zeichnet sich auch – anderes als seine eher schlichten „Mitbewohner“ – durch eine äußerst komplexe und vielseitige Geologie aus. Dies weist auf eine bewegte Vergangenheit hin, in der sich Ceres über viele Milliarden Jahre veränderte und weiterentwickelte. Daten der NASA-Raumsonde Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 aus der Nähe untersucht hat, haben unter anderem Hinweise darauf geliefert, dass Ceres bis in jüngste Vergangenheit Schauplatz eines einzigartigen Kryovulkanismus war – und wahrscheinlich noch immer ist. In mehreren Einschlagskratern finden sich helle, weißliche Salzablagerungen. Forschende halten sie für Überbleibsel einer Sole, die über viele Milliarden Jahre aus einer flüssigen Schicht zwischen Mantel und Kruste an die Oberfläche gedrungen ist. Auch in Aufnahmen und Messdaten vom Consus Krater, die das Forscherteam nun so detailliert wie nie zuvor ausgewertet hat, zeigt sich solch helles Material, allerdings zum Teil in gelblicherer Färbung.

Ein Krater im Krater
Der Conus-Krater liegt auf der Südhalbkugel des Zwergplaneten Ceres. Mit einem Durchmesser von etwa 64 Kilometern zählt er nicht zu den besonders großen Einschlagkratern. In Aufnahmen des wissenschaftlichen Kamerasystems von Dawn, das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, zeigt sich eine umlaufende Kraterwand, die etwa 4,5 Kilometer vom Kraterboden in die Höhe ragt und zum Teil nach innen abgerutscht ist. Als auffälligste Struktur umschließt sie einen kleineren Krater, der mit einer Fläche von etwa 15 Kilometern mal elf Kilometern die östliche Hälfte des Consus Kraterbodens dominiert. Das gelbliche, helle Material findet sich in vereinzelten Sprenkeln ausschließlich am Rand des kleineren Kraters und in einem Bereich etwas östlich davon.

Wie die aktuellen Auswertungen von Daten des Kamerasystems und des Spektrometers VIR nahelegen, ist das gelbliche helle Material im Consus-Krater reich an Ammonium. Die Verbindung, die sich von Ammoniak durch eine zusätzliches Wasserstoff-Ion unterscheidet, ist in Form ammoniumreicher Gesteine in Spuren auf der Ceres-Oberfläche beinahe allgegenwärtig. In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler*innen, dass dieses Gestein nur durch Kontakt mit Ammonium-Eis in der Kälte am äußeren Rand des Sonnensystems entstanden sein könne. Nur dort ist gefrorenes Ammonium über längere Zeiträume stabil; in größerer Nähe zur Sonne verdunstet es rasch. Ceres müsse deshalb am Rand des Sonnensystems entstanden und erst später in den Asteroidengürtel „umgesiedelt“ sein. Die aktuelle Studie zeigt nun erstmals eine Verbindung auf zwischen Ammonium und der salzhaltigen Sole aus dem Inneren der Ceres. Der Ursprung des Zwergplaneten, so argumentiert das Team, müsse deshalb nicht zwingend im äußeren Sonnensystem liegen. Ceres könnte auch ein echtes Kind des Asteroidengürtels sein.

Ammonium aus der Tiefe
Die Forschenden gehen davon aus, dass die Bausteine von Ammonium bereits im ursprünglichen Baumaterial der Ceres enthalten waren. Da Ammonium sich nicht mit den typischen Mineralien im Ceres‘ Mantel verbindet, reicherte es sich nach und nach in einer mächtigen Soleschicht an, die sich global zwischen Mantel und Kruste des Zwergplaneten erstreckte. Durch kryovulkanische Aktivität stieg die ammoniumreiche Sole im Laufe der Jahrmilliarden immer wieder auf und das darin enthaltene Ammonium wechselte nach und nach den „Wirt“: Es drang in die großräumig vorhandenen Schichtsilikate der Ceres-Kruste ein. Schichtsilikate, die sich durch eine lagenartige Kristallstruktur auszeichnen, sind auch auf der Erde etwa in tonhaltigen Böden weitverbreitet. In Kontakt mit einer ammoniumreichen Sole lagern sich bevorzugt Ammonium-Ionen an. „Das Gestein könnte das Ammonium über viele Milliarden Jahre wie eine Art Schwamm aufgenommen haben“, erklärt MPS-Wissenschaftler Dr. Andreas Nathues, Erstautor der aktuellen Studie und früherer Leiter des Kamerateams von Dawn.

Vieles spricht dafür, dass die Konzentration des Ammoniums in tieferliegenden Schichten der Kruste größer ist als nahe der Oberfläche. Die wenigen Stellen auf der Ceres-Oberfläche, an denen sich außerhalb des Consus Kraters auffällige Flecken des gelblich-hellen Materials finden, liegen ebenfalls innerhalb tiefer Krater. Im Consus Krater dürfte – wie die aktuelle Studie detailliert zeigt – der Einschlag, der vor nur 280 Millionen Jahren den kleinen östlichen Krater schuf, Material aus den tiefliegenden, besonders ammoniumhaltigen Schichten freigelegt haben. Bei den gelblich-hellen Sprenkeln östlich des kleineren Kraters handelt es sich um Material, das der Einschlag aus großer Tiefe herausgeschleudert hat.

„Mit seinen 450 Millionen Jahren ist der Consus Krater nach geologischen Maßstäben nicht besonders alt, allerdings ist er einer der ältesten noch erhaltenen Strukturen auf Ceres. Durch seinen tiefen Aushub verschafft er uns Zugang zu Prozessen, die sich über viele Milliarden Jahre im Innern der Ceres abgespielt haben – und ist so eine Art Fenster in die Vergangenheit des Zwergplaneten“, so MPS-Forscher Dr. Ranjan Sarkar, ein Co-Autor der Studie.

Originalveröffentlichung
Andreas Nathues et al.:
Consus Crater on Ceres: ammonium-enriched brines in exchange with phyllosilicates?,
Journal of Geophysical Research: Planets, 5. September 2024
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JE008150

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• Zwergplanet Ceres

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Quelle: DLR 24. Mai 2023.

24. Mai 2023 – Am 25. April 2023 leuchtete um 14:14 MESZ für etwa zwei Sekunden eine Tageslicht-Feuerkugel über Schleswig-Holstein auf. Diese helle Leuchterscheinung wurde von zwei Meteorkameras des Allsky7-Netzwerks aufgezeichnet und von einigen Augenzeugen in Deutschland und den Niederlanden beobachtet. Kurz darauf entdeckten drei Einwohner der Stadt Elmshorn Einschläge auf Dächern bzw. in ihren Gärten und fanden Meteorite von einigen hundert Gramm bis mehrere Kilogramm Masse. Journalisten kontaktierten daraufhin Dieter Heinlein aus Augsburg, den Meteoriten-Spezialisten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Dieser konnte bereits anhand von Fotos sicherstellen, dass es sich um echte Steinmeteorite handelt, welche die Schäden an Hausdachpfannen verursacht hatten, und er organisierte die wissenschaftliche Untersuchung der Himmelssteine.

Dankenswerter Weise stellten die Eigentümer der Meteoritenstücke umgehend Material für die Analysen zur Verfügung: Ein Glücksfall für die Meteoriten- und damit auch die Planetenforschung. Mit der raschen Untersuchung können kurzlebige Radioisotope – instabile und schwach strahlende Nuklide oder „Sorten“ von radioaktiven Elementen – untersucht werden und wichtige Hinweise zur Herkunft und Geschichte des Steinmeteoriten liefern.

Das als erstes gefundene Meteoritenstück von 233 Gramm war von seinem Flug durch die Erdatmosphäre sogar noch handwarm. Kreuzen Staubkörner oder eben auch größere Gesteins- und (viel seltener) Metallfragmente die Bahn der Erde um die Sonne und treten im „Kollisionsfall“ dabei in die Erdatmosphäre ein, werden sie bei den hohen Geschwindigkeiten von bis zu 200.000 Kilometern pro Stunde und mehr von der Reibung der dadurch glühend heißen oberen Atmosphäre der Erde oberflächlich stark erhitzt. Dabei verglühen kleine Fragmente vollständig, was als Meteoroid oder „Sternschnuppe“ häufig von der Erde aus sichtbar ist. Größere Eindringlinge aber bilden eine mehrere Sekunden lang am Firmament sichtbare Feuerkugel, die am Ende der Hochtemperaturphase in mehreren Zehntausendmeter Höhe mit lautem Knall zerbersten. Nur bei größeren Fragmenten bleiben Reste mit typischer Schmelzkruste übrig, die nach dem Abbremsen durch die Luftreibung abkühlen und mit Geschwindigkeiten von 150 bis 300 Kilometern pro Stunde als Meteoriten auf den Boden fallen.

DLR leitete sofortige Untersuchung der Meteoriten ein
„Insgesamt wurden in Elmshorn etwa vier Kilogramm Meteoritengestein gefunden“, freut sich Meteoritenexperte Dieter Heinlein, der für das DLR-Institut für Planetenforschung die Funde sofort eindeutig als Meteoriten identifizieren konnte. „Das größte Objekt wiegt 3.724 Gramm. Das allein ist für die Forschung großartig. Das Beste an diesem Meteoritenfall ist aber der Umstand, dass die Funde so schnell gemeldet und dadurch einer sofortigen Untersuchung zugeführt werden konnten. Der Fall von Elmshorn ist wirklich eine kleine Sensation für die Meteoritenforschung!“ Tatsächlich ereignete sich ein fast identischer Meteoritenfall nur zwei Wochen später, am 8. Mai 2023, im Ort Hopewell im US-Bundesstaat New Jersey, als eine Bürgerin im Schlafzimmer ihres Vaters einen 984 Gramm schweren Meteoriten auf dem Boden fand – darüber ein Loch in der Decke, durch das der Bote aus dem All eingedrungen war. Auch in New Jersey wurde kurz vor dem Fund eine Feuerkugel in der Hochatmosphäre gesichtet. Ein ganz außergewöhnlicher Zufall, die beiden Ereignisse stehen aber in keinem astronomischen Zusammenhang.

Dieter Heinlein kontaktierte für die sofortige Untersuchung von „Elmshorn“ das Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und das VKTA – Strahlenschutz, Analytik & Entsorgung Rossendorf e.V. in Dresden. Am VKTA analysiert Dr. Detlev Degering einen der gefundenen Meteorite aktuell im Untertagelabor „Felsenkeller“ per Gammaspektrometrie auf vorrangig kurzlebige kosmogene Radionuklide, die allerdings extrem schwach strahlend sind und keine Gefahr für die Finder darstellten. Eine weitere Probe wird gegenwärtig am Institut für Planetologie in Münster von den Wissenschaftlern Dr. Markus Patzek und Prof. Dr. Addi Bischoff mineralogisch untersucht und klassifiziert. Unter Leitung der beiden Planetologen werden weitere Forschungsarbeiten an dem Elmshorn Meteoriten koordiniert, an denen unter anderem Institute aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz beteiligt sind.

„Elmshorn“ hat eine bewegte Entstehungsgeschichte
Vorläufige Ergebnisse bestätigen die zuvor gemachten Beobachtungen: Bei dem Meteoritenfall von Elmshorn handelt es sich um einen Chondriten vom Typ H, der intensive Brekziierung aufweist. Unter Brekzien versteht man Gesteine, die aus Gesteinsbruchstücken zusammengesetzt oder durch Hitze zusammengebacken wurde. Das bedeutet für den Elmshorn-Meteoriten, dass er ein Zeugnis komplexer Vermischung und Verfestigungsprozesse durch vorherige Impakte im Asteroidengürtel ist. Entstanden sind diese Gesteinsbrocken zusammen mit den Planeten des Sonnensystems vor viereinhalb Milliarden Jahren. Zwischen den Planeten Mars und Jupiter hätte sich aus Millionen dieser Planetesimale noch ein weiterer Planet bilden können, was die Gravitation Jupiters, des mit Abstand massereichsten Körpers des Sonnensystems, verhinderte. Auf zumeist stabilen Bahnen umkreisen diese Überbleibsel der Planetenentstehung die Sonne.

Nach dem Meteoritenfall von Flensburg im Jahr 2019 ist es der nächste beobachtete Meteoritenfall in Deutschland, bei dem Bruchstücke eines fremden Himmelskörpers, der mit der Erde kollidierte, gefunden wurden. Wenige Kilogramm schwere Meteoritenfälle wie „Elmshorn“ oder 2002 „Neuschwanstein“ erzeugen in der Natur einen meist nur wenige Dezimeter tiefen Krater. In besiedeltem Gebiet kann der Fall natürlich Schaden an Gebäuden verursachen. Das ist extrem selten und passierte aufgezeichnet in den vergangenen beiden Jahrhunderten nur wenige Male, so zum Beispiel am 25. April 2023 in Elmshorn.

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• Meteoriten & Co – Boten aus dem Weltall

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Das Jahr 1917 war eine Zeit, als man sich noch nicht mal sicher war, dass es andere Galaxien als unsere eigene gibt. Es war eine Zeit, als unsere Vorfahren mitten im Ersten Weltkrieg steckten, und „Exoplanetenjägerin“ noch keine anerkannte Berufsbezeichnung war: Es war eine Zeit, zu der der Astronom Adriaan van Maanen sein Teleskop gen Himmel richtete und etwas entdeckte, was als Van Maanens Stern bekannt werden sollte.

Diesen ganz besonderen Stern hat er zwar definitiv entdeckt. Aber was sich in der Atmosphäre dieses Sterns wirklich versteckte, zeigte sich erst viel später.

Franzi erzählt die Geschichte von Adriaan van Maanen und seinem Stern. Es ist eine Geschichte über einen Pechvogel der Astronomie und über die Zukunft unseres eigenen Sonnensystems.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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• Weiße Zwerge

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• AstroGeo Podcast

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Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik 6. Mai 2022.

6. Mai 2022 – Während die Astronomen etwa ein Drittel davon identifizieren und bekannten Objekten zuordnen konnten, handelt es sich bei mehr als 1.000 Spuren vermutlich um bisher unbekannte Asteroiden. Diese nicht identifizierten Asteroiden sind schwach und wahrscheinlich kleiner als die Asteroiden, die bei bodengestützten Durchmusterungen entdeckt wurden. Sie könnten den Astronomen wertvolle Hinweise auf die Bedingungen im frühen Sonnensystem geben, als die Planeten entstanden.

Im Juni 2019, dem Internationalen Asteroidentag, veröffentlichte eine internationale Gruppe von Astronomen den „Hubble Asteroid Hunter“, ein Bürgerbeteiligungsprojekt auf der Plattform Zooniverse. Ihr Ziel: die visuelle Identifizierung von Asteroiden in den Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops.

„Was für den einen Astronomen nur Müll ist, kann für einen anderen Astronomen ein Schatz sein“, scherzt Sandor Kruk, jetzt am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, der die Asteroiden-Studie leitete. Dabei werden Daten gesammelt, die bei den meisten Beobachtungen automatisch als Rauschen oder Störungen herausgefiltert werden. „Die Datenmenge in den Astronomiearchiven wächst exponentiell, und wir wollten uns diese erstaunlichen Daten zunutze machen.“ Die Astronomen identifizierten zwischen dem 30. April 2002 und dem 14. März 2021 mehr als 37.000 zusammengesetzte Bilder aufgenommen mit den ACS- und WFC3-Kameras an Bord des Hubble-Weltraumteleskops, die über den gesamten Himmel verteilt sind. Bei einer typischen Beobachtungszeit von einer halben Stunde sollten die Asteroidenspuren auf diesen Bildern als Streifen zu sehen sein.

„Aufgrund der Umlaufbahn und der Bewegung von Hubble selbst erscheinen die Streifen auf den Bildern gekrümmt, was es schwierig macht, Spuren von Asteroiden auf diesen Bildern zu klassifizieren – oder besser gesagt, es ist schwierig, einem Computer zu sagen, wie er sie automatisch erkennen soll“, erklärt Sandor Kruk. „Deshalb brauchten wir Freiwillige für eine erste Klassifizierung, mit denen wir dann einen Algorithmus für maschinelles Lernen trainierten.“ In Zahlen: Es gab 2 Millionen Klicks auf die „Hubble Asteroid Hunter“-Webseite, 11.482 Freiwillige fanden 1.488 positive Klassifizierungen in etwa 1 % der Bilder. Die Astronomen nutzten diese Klassifizierungen der Laienwissenschaftler*innen, um einen automatisierten Algorithmus für maschinelles Lernen in der Google Cloud zu trainieren und so in den verbleibenden Archivdaten nach weiteren Asteroidenspuren zu suchen. Dies führte zu 900 zusätzlichen Entdeckungen und einer Gesamtzahl von 2.487 möglichen Asteroidenspuren in den Hubble-Archivdaten.

Drei der Autoren, Sandor Kruk, Pablo García Martín von der Autonomen Universität Madrid und Marcel Popescu vom Astronomischen Institut der Rumänischen Akademie, prüften diese Spuren, wobei sie Spuren kosmischer Strahlung und andere Objekte ausschlossen. Der endgültige Datensatz enthielt 1.701 Spuren in 1.316 Hubble-Bildern. Von diesen konnten etwa ein Drittel als bekannte Asteroiden im „Minor Planet Center“, der größten Datenbank für Objekte des Sonnensystems, identifiziert werden, so dass 1.031 nicht identifizierte Spuren übrig blieben.

Für eine eindeutige Identifizierung als Asteroid (mit einer bekannten Umlaufbahn) sind weitere Beobachtungen erforderlich, aber die Stichprobe weist interessante Charakteristiken auf: Diese Objekte sind systematisch schwächer und daher wahrscheinlich kleiner als typische Asteroiden, die vom Boden aus entdeckt werden, haben aber eine ähnliche Geschwindigkeit und Verteilung am Himmel wie die bekannten Asteroiden im sogenannten Asteroidengürtel. In weiteren Arbeiten werden die Astronomen die Krümmung der Spuren, die durch die Bewegung von Hubble entstanden sind, nutzen, um die Entfernung zu den Asteroiden zu bestimmen und ihre Bahnen zu untersuchen.

„Asteroiden sind Überbleibsel aus der Entstehung unseres Sonnensystems; über sie können wir mehr über die Bedingungen bei der Geburt unserer Planeten erfahren“, erklärt Sandor Kruk. „Aber es gab auch andere Zufallsfunde in den Archivbildern, denen wir derzeit nachgehen. Der Einsatz einer solchen Kombination aus menschlicher und künstlicher Intelligenz zur Durchsuchung riesiger Datenmengen ist ein großer Fortschritt, und wir werden diese Techniken auch bei anderen bevorstehenden Durchmusterungen einsetzen, beispielsweise mit dem Euclid-Teleskop.“ Rene Laureijs, Projektwissenschaftler von Euclid und Mitautor der Studie, fügt hinzu: „Obwohl es für die Aufnahme von Galaxien konzipiert wurde, wird Euclid schätzungsweise 150.000 Objekte in unserem Sonnensystem beobachten.“

Originalveröffentlichung
Sandor Kruk et al.
Hubble Asteroid Hunter – I. Identifying asteroid trails in Hubble Space Telescope images
A&A published online 6 May 2022
DOI: https://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202142998 bzw. https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/05/aa42998-21/aa42998-21.html
arXiv pdf: https://arxiv.org/pdf/2202.00246

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• Hubble

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Quelle: VAE.

Dubai – VAE: 5. Oktober 2021 – Die Raumfahrtagentur der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) hat heute den Start einer neuen interplanetarischen Mission der Emirate angekündigt. Die Mission zielt darauf ab, die Fähigkeiten der aufstrebenden Nation in den Bereichen Raumfahrttechnik, wissenschaftliche Forschung und Erkundung weiter auszubauen und die Innovationen und Geschäftsmöglichkeiten im privaten Sektor des Landes zu fördern.

„Wir richten unseren Blick gen Himmel, denn unser Weg zu mehr Fortschritt und Entwicklung kennt keine Grenzen und Beschränkungen. Heute investieren wir in die künftigen Generationen“, sagte Sheikh Mohammed bin Rashid Al Maktoum, Vizepräsident und Premierminister der Vereinigten Arabischen Emirate und Oberhaupt von Dubai. „Mit jedem neuen Fortschritt, den wir in der Raumfahrt erzielen, schaffen wir neue Möglichkeiten für junge Menschen hier auf der Erde.“

Die neue Mission baut auf den Erkenntnissen und Erfahrungen der Emirates Mars Mission (EMM) auf und wird unter maßgeblicher Beteiligung emiratischer Privatunternehmen durchgeführt. Der Start ist für 2028 geplant. Vorrangiges Ziel ist es, den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter zu erforschen. Aus diesem Gürtel stammen die meisten Meteoriten, die auf der Erde einschlagen.

Mohamed Bin Zayed Al Nahyan, Kronprinz von Abu Dhabi und stellvertretender Oberbefehlshaber der Streitkräfte der Vereinigten Arabischen Emirate, sagte: „Diese neue Mission testet und erweitert die Fähigkeiten der jungen Emirati bei der Verwirklichung des Ziels, den Weltraum zu erforschen. Wir sind sicher, dass unsere talentierten ortsansässigen Ingenieure, Hochschul- und Forschungseinrichtungen, die bisher Quantensprünge bei der Entwicklung unseres Raumfahrtsektors gemacht haben, gut gerüstet sind, um diese gewagte neue Herausforderung anzunehmen.“

Die Raumsonde wird eine 3,6 Milliarden Kilometer lange, fünf Jahre dauernde Reise antreten. Dabei umkreist sie zunächst die Venus und dann die Erde. Anschließend erreicht sie die erforderliche Geschwindigkeit, um zu dem Asteroidengürtel zwischen Jupiter und Mars zu gelangen. Dabei führt sie Schwerkraftmanöver durch. Auf ihrer Flugbahn um die Venus wird sie sich der Sonne auf 109 Millionen Kilometer nähern, was einen erheblichen Wärmeschutz erfordert. Sie wird eine maximale Entfernung von der Sonne von 448 Millionen Kilometern erreichen Dies erfordert ein hohes Maß an Isolierung und den Einsatz des Raumfahrzeugs mit einem Minimum an verfügbarer Sonnenenergie.

Auf ihrer Reise wird sie sieben Asteroiden des Hauptgürtels erforschen. Für den Bau der Sonde wird das umfangreiche Wissen aus der Entwicklung der Emirates Mars Mission und ihrer Hope Probe genutzt, die derzeit den Mars umkreist und einzigartige Daten über die Zusammensetzung der Marsatmosphäre und deren Wechselwirkungen sammelt.

Sarah Al Amiri, Vorsitzender der VAE-Raumfahrtbehörde, sagt: „Unser Ziel ist klar: Wir wollen die Entwicklung von Innovationen und wissenschaftsbasierten Unternehmen in den Emiraten beschleunigen. Dies ist nicht möglich, indem wir einfach so weitermachen wie bisher, sondern erfordert Vorstellungskraft, Vertrauen und die Verfolgung von Zielen, die über das normale Maß hinausgehen. Als wir mit der Emirates Mars Mission starteten, nahmen wir eine sechsjährige Mission in Angriff, die in ihrer Größenordnung etwa fünfmal so komplex war wie die Satelliten zur Erdbeobachtung, die wir damals entwickelten. Diese Mission ist etwa fünfmal komplexer als EMM“.

Die neue Mission wird Mitte 2028 ihre erste nahe Annäherung an den Planeten Venus vollziehen, gefolgt von einer nahen Umkreisung der Erde Mitte 2029. Der erste nahe Vorbeiflug an einem Objekt des Asteroidengürtels ist für 2030 geplant, wobei insgesamt sieben Asteroiden des Hauptgürtels untersucht werden sollen, bevor die Mission im Jahr 2033 auf einem 560 Millionen Kilometer von der Erde entfernten Asteroiden landet. Damit werden die Emirate die vierte Nation sein, die ein Raumschiff auf einem Asteroiden landet.

Die Mission bringt umfangreiche Herausforderungen mit sich, die über die EMM hinausgehen. Dies vor allem im Hinblick auf den Entwurf und die technische Entwicklung des Raumfahrzeugs, die interplanetare Navigation und die Integration komplexer Systeme, die den Kommunikations-, Energie- und Antriebssystemen ein neues Höchstmaß an Leistung abverlangen sowie eine intensive Steuerung der Mission erfordern. Die genauen wissenschaftlichen Ziele und Instrumente, die bei der Mission eingesetzt werden sollen, werden Mitte 2022 bekannt gegeben.

Die Mission wird in Zusammenarbeit mit dem Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) an der University of Colorado, Boulder, entwickelt. Das LASP war bereits bei EMM der wichtigste Partner für den Wissenstransfer und brachte mehr als siebzig Jahre Erfahrung in der Konzeption und Entwicklung von Raumfahrzeugen und Instrumenten ein und half bei der Beratung, Schulung und Entwicklung des Teams aus emiratischen Ingenieuren, Softwareentwicklern und Wissenschaftlern, die an EMM gearbeitet haben und von denen viele auch bei der neuen Mission mitarbeiten werden.

Rund um die neue Mission werden von der VAE-Raumfahrtbehörde fünf Initiativen gestartet, um die Expansion des Raumfahrtsektors in den VAE zu beschleunigen:

• vollständig finanziertes Programm zur Gründung emiratischer Unternehmen im Raumfahrtsektor.
• Bevorzugter Zugang zu Verträgen und Aufträgen für die Mission für emiratische Unternehmen.
• Berufsbildungsprogramm zur Ausbildung junger Emiratis in den Bereichen Komponentenmontage und Raumfahrtsubsystemtechnik.
• Programm, das lokale und internationale Universitäten und Forschungszentren zusammenbringt, um an der Mission zu arbeiten, einschließlich LASP und Emirates University

Über die Emirate im Weltraum
Die Reise der Emirate in den Weltraum begann 1997 mit dem Start des ersten Kommunikationssatelliten des Landes, Thuraya. Mit der Gründung des heutigen Mohammed bin Rashid Space Centre (MBRSC) und dem Beginn einer Partnerschaft mit dem südkoreanischen Unternehmen Satrec-I zum Wissenstransfer wurden die Emirate 2006 vom Satellitenbetreiber zum Entwickler von eigenen Satelliten. Nach der Entwicklung von zwei Erdbeobachtungssatelliten mit Satrec startete das MBRSC 2018 seinen ersten zu 100 % von Emiratern entwickelten und gebauten Satelliten, Khalifasat.

Im Jahr 2014 wurde die Emirates Mars Mission (EMM) angekündigt, die den Raumfahrtsektor der Vereinigten Arabischen Emirate durch die Bildung einer wissenschaftlichen Gemeinschaft und die Förderung der emiratischen Forschung und Innovation in den Bereichen Hochtechnologie und Weltraumwissenschaften revolutionieren und beschleunigen soll. Die EMM-Sonde Hope Probe soll das erste vollständige Bild des Marsklimas während des gesamten Marsjahres erstellen und die Marsumlaufbahn im Jahr 2021 erreichen, dem 50. Jahrestag der Gründung der VAE, die am 2. Dezember 1971 unabhängig wurden.
Die VAE-Raumfahrtbehörde wurde 2014 ins Leben gerufen, um den Raumfahrtsektor in den Emiraten zu organisieren, zu regulieren und zu unterstützen. Sie ist die Finanzierungseinrichtung hinter der EMM und der neuen Mission der Emirate zum Hauptasteroidengürtel.

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• UAE Emirate Dubai

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Sieben Jahre lang hat die Raumsonde Dawn den Asteroidengürtel erforscht und mit ihren Messdaten unsere Vorstellungen von dieser Region des Sonnensystems erheblich erweitert. Für seine wissenschaftlichen Beiträge zur Erforschung des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres hat die amerikanische Weltraumagentur NASA Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) jetzt mit der NASA Exceptional Scientific Achievement Medaille, der höchsten NASA-Auszeichnung für wissenschaftliche Leistungen, geehrt. Der MPS-Forscher leitet das Team um das Kamerasystem von Dawn, das in den vergangenen Jahren die mehr als 100.000 Aufnahmen des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres ausgewertet hat. Darin entdeckten die Forscherinnen und Forscher Hinweise auf den inneren Aufbau beider Körper sowie im Falle von Ceres Belege für Kryovulkanismus und Ansammlungen organischen Materials.

Die mehr als eine Million „Bewohner“ des Asteroidengürtels, der Region zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, gelten gemeinhin als eher schlichte Körper: unregelmäßig geformte Brocken, die sich in einer frühen Phase des Sonnensystems bildeten und danach kaum weiterentwickelten. Dass diese Vorstellung längst nicht auf alle Asteroiden zutrifft, hat die NASA-Mission Dawn, die von 2011 bis 2018 vor Ort Messdaten sammelte, bewiesen. Die beiden Ziele der Mission, der Asteroid Vesta und der Zwergplanet Ceres (der ebenfalls im Asteroidengürtel seine Bahnen zieht), entpuppten sich als komplexe Mini-Welten, die eher an Planeten denn an primitive Gesteinsbrocken erinnern. Entscheidende Messdaten lieferten die beiden wissenschaftlichen Kameras an Bord, die unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut sowie während der Mission betrieben wurden.

„Die beiden baugleichen Kameras von Dawn lieferten mehr als nur Fotos“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, der das Kamerateam von Dawn seit 2010 leitet. Beide Instrumente sind mit mehreren Farbfiltern ausgestattet. Mit ihrer Hilfe lassen sich wellenlängenabhängig die Intensitäten des Lichtes, das Vesta und Ceres ins All reflektieren, bestimmen. Das erlaubt Rückschlüsse auf mineralogische Zusammensetzung und die Beschaffenheit der Oberfläche. Andreas Nathues und sein Team konnten so erstmals von beiden Körpern hochaufgelöste geologische Karten anfertigen.

Wie sich zeigt, sind besonders Krater auf den Oberflächen interessant. Durch die zum Teil sehr heftigen Einschläge liegt dort mancherorts Material aus tieferen Schichten frei und erlaubt einen Blick in das „Innenleben“ beider Körper. Für Vesta ließ sich auf diese Weise eine innere Schichtstruktur aus Mantel und Gesteinskruste nachweisen, ganz ähnlich wie die der Erde. Der etwa 530 Kilometer große Körper muss nach seiner Entstehung zunächst eine vergleichbare Entwicklung durchlaufen haben wie die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars.

Ceres lieferte noch größere Überraschungen. In einigen Gebieten findet sich dort organisches Material, das möglicherweise von einem Kometeneinschlag stammt. Zudem zeigen die Kameradaten Kryovulkane, aus denen bis vor geologisch kurzer Zeit salzhaltige Lösung austrat. Ceres beherbergt offenbar stellenweise Wasserreservoirs unter ihrer Oberfläche – und gleicht damit eher den wasserreichen Jupiter- und Saturnmonden, die eigentlich in deutlich größerer Entfernung zur Sonne zuhause sind. „Der Nachweis, dass es auf Ceres zumindest Reste eines unterirdischen Ozeans gibt, hat unsere Sicht auf den Asteroidengürtel und seine Entstehung deutlich verändert“, so Nathues. Möglicherweise nahm Ceres ihren Ursprung weiter draußen im Sonnensystem und wanderte erst später in den Asteroidengürtel ein.

Trotz des Endes der Mission vor einem Jahr gehen die wissenschaftlichen Arbeiten weiter. Dem Team um Andreas Nathues ist es zuletzt gelungen, den vorliegenden Daten neue und detailliertere Informationen zu entlocken. Schlüssel dazu waren Kalibrationsmessungen, die in der letzten Missionsphase aus einer Umlaufbahn um Ceres möglich wurden.

Bereits vor dem Start ins All untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie alle Pixel des Kamera-CCDs auf dieselbe Lichtmenge und –art reagieren. Nur so lassen sich die aufgenommenen Bilder später wissenschaftlich exakt interpretieren. Doch der mehr als zehnjährige Flug durchs All geht an dem CCD der Kamera nicht spurlos vorüber; das Verhalten einzelner Pixel verändert sich. In den letzten Monaten der Mission konnte das MPS-Team ihre Kameras durch Aufnahmen eines bekannten Sternes neu eichen. Die Datenauswertungen, die auf dieser aktualisierten Eichung beruhen, präzisieren die bisher bekannten Karten beider besuchten Objekte, offenbaren viele zusätzliche Details – und zeigen Vesta und Ceres in beeindruckender Schönheit.

Dr. Andreas Nathues hat an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster Geophysik studiert und an der Freien Universität Berlin promoviert. Seit 1999 arbeitet er am MPS. Andreas Nathues war an den Mondmissionen SMART-1 und Chandrayaan-1 beteiligt und leitet seit 2010 das Kamerateam der Asteroidenmission Dawn.

Die NASA vergibt die Exceptional Scientific Achievement Medaille jährlich an ausgewählte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die durch ihre Arbeiten grundlegende neue wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert haben und ihr Forschungsfeld fundamental verändert haben. Die Medaille ist die höchste Auszeichnung der NASA für wissenschaftliche Leistungen.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, NASA Science, HST.

Bei den Asteroiden handelt es sich um relativ unveränderliche Objekte, welche die Sonne auf lediglich leicht exzentrischen Keplerbahnen umkreisen und über Jahrmilliarden von Jahren hinweg im Allgemeinen ein eher eintöniges Dasein fristen. Der Großteil der Asteroiden bewegt sich dabei in dem zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter angesiedelten Asteroidengürtel um das Zentralgestirn unseres Sonnensystems. Da die Asteroiden bereits vor Milliarden von Jahren unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung ihre leichtflüchtigen Bestandteile wie zum Beispiel Wassereis oder gefrorene Gase verloren haben, verändert sich das Erscheinungsbild dieser Objekte mittlerweile nur noch geringfügig. Zwar können durch Kollisionen mit kleineren Objekten gelegentlich weitere Impaktkrater auf deren Oberflächen erzeugt werden – grundlegende Veränderungen sind jedoch normalerweise nicht mehr zu erwarten.

Bei den Kometen handelt es sich dagegen um Objekte, welche die Sonne in der Regel auf stark elliptischen Umlaufbahnen umkreisen, welche größtenteils weit von der Sonne entfernt verlaufen. Bei deren in regelmäßigen Abständen erfolgenden Annäherungen an die Sonne wird die Oberfläche dieser Himmelskörper jedoch so stark erwärmt, dass dort abgelagerte leichtflüchtige Stoffe wie gefrorenes Wassereis oder Kohlenstoffdioxid (Trockeneis) verdampfen und bei dem anschließenden Entweichen von der Oberfläche Staub und kleinere Gesteinspartikel mit sich reißen. Im Rahmen dieses Prozesses bilden Kometen nach dem Erreichen des inneren Sonnensystems zunächst eine aus Gas und Staub bestehende Koma aus, welche bei einer noch größeren Annäherung an die Sonne durch den Strahlungsdruck der Sonne und durch Sonnenwinde in Form eines Kometenschweifs vom Kern des Kometen „weggeweht“ wird.

Während den Astronomen zahlreiche Kometen bekannt sind, die auf ihrem Weg durch das Sonnensystem aufgrund der auf sie einwirkenden starken Temperaturschwankungen oder durch Gezeitenkräften in mehrere Teile zerbrachen, galten die Asteroiden bisher als recht stabile Objekte. Der Asteroid P/2013 R3 scheint diesen Erfahrungswert jetzt allerdings auf die Probe zu stellen, denn als dieser Himmelskörper am 15. September 2013 im Rahmen einer Himmelsdurchmusterung durch das Pan-STARRS-Projekt entdeckt wurde, existierte er streng genommen bereits nicht mehr. Dies legen Beobachtungen aus den Folgemonaten nahe, welche ein Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen jetzt ausgewertet hat.

Auf den Aufnahmen, die dem von Dr. David Jewitt von der University of California geleitetet Team zwischen Anfang Oktober 2013 und Mitte Januar 2014 mit Hilfe des Keck-Teleskops auf Mauna Kea in Hawaii und des Hubble-Weltraumteleskops (kurz „HST“) gelangen, sind eine zunehmende Anzahl von Bruchstücken erkennen. Zum Schluss der Aufnahmesequenzen handelte es sich um mindestens zehn einzelne Objekte, von denen die größten über einen Durchmesser von etwa 400 Metern verfügen. Besonders auffällig ist dabei, dass die einzelnen Fragmente von langgestreckten Staubschweifen „verziert“ sind, wodurch die Überreste von P/2013 R3 wie ein Kometen-Schwarm erscheinen.

Der Zerfall dieses Asteroiden muss bereits vor seiner Entdeckung eingesetzt haben. Die dabei entstehende Staubwolke verdeckte allerdings den meisten erdgebundenen Teleskopen die direkte Sicht auf die kleineren Bruchstücke. Mit Hilfe des HST ist es den Astronomen trotzdem gelungen, den fortschreitenden Zerfall über Monate hinweg zu dokumentieren und rückblickend zu rekonstruieren. P/2013 R3, so das Ergebnis der Auswertungen, ist damit der erste bekannte Asteroid, welcher auseinander gebrochen ist, ohne vorher mit einem anderen Himmelskörper zusammengestoßen zu sein.

Die Wissenschaftler zählen P/2013 R3 deshalb zu den sogenannten „aktiven Asteroiden“, eine Art Zwitter zwischen Asteroid und Komet. Diese Körper kreisen zwar innerhalb des Haupt-Asteroidengürtels um die Sonne, setzen dabei jedoch – wie auch Kometen – Staub frei. Die Ursache für dieses ungewöhnliche Verhalten ist in den meisten Fällen unbekannt. Im Fall von P/2013 R3 konnten die an den Untersuchungen beteiligten Astronomen jedoch durch ein Ausschlussverfahren eine Erklärung finden. Basierend auf den angefertigten Aufnahmen rekonstruierten sie den genauen Hergang des Zerfalls.

„Die einzelnen Bruchstücke driften mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von gerade einmal 1,5 Kilometern pro Stunde auseinander“, fasst Dr. Jessica Agarwal vom MPS eines der dabei gewonnenen Resultate zusammen. Neben dem schrittweise erfolgenden Auseinanderbrechen des Asteroiden spricht auch diese ausgesprochen niedrige Geschwindigkeit gegen eine Kollision, denn nach heftigen Zusammenstößen streben die verbleibenden Trümmerstücke in der Regel mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten auseinander.

Auch das im Inneren des Asteroiden – wie von Kometen bekannt – gefrorene Gase verdampft sind und das Objekt somit durch einen sich immer weiter aufbauenden Druck „von innen heraus“ gesprengt haben, kann ausgeschlossen werden. Dafür, so die Wissenschaftler, sei es im Asteroidengürtel schlichtweg zu kalt. Die gewonnenen Daten enthalten zudem keinerlei Hinweise auf eine nennenswerte Freisetzung von Gasen. Vielmehr, so die wahrscheinlichste Erklärung, wurde dem Asteroiden P/2013 R3 seine im Laufe der Zeit immer weiter zunehmende Drehgeschwindigkeit zum Verhängnis.

Der YORP-Effekt
„Die einzige mögliche Erklärung liefert der Strahlungsdruck der Sonne“, so Dr. Jessica Agarwal. Dieser Effekt wird als YORP-Effekt (kurz für „Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack-Effekt“) bezeichnet.

Das von der Sonne ausgehende Licht trifft unter verschiedenen Einfallswinkeln auf die Oberfläche eines Asteroiden, was zu einer minimalen, allerdings nicht gleichmäßig verlaufenden Erwärmung von dessen Oberfläche führt. Dort wird diese Wärme zunächst gespeichert. Sobald die zuvor von der Sonne erwärmten Oberflächenbereiche nicht mehr der Strahlung der Sonne ausgesetzt sind, wird die dort zuvor absorbierte Energie wieder in das umgebende Weltall freigegeben. Ist der betreffende Asteroid unregelmäßig geformt, so erfolgt die Freisetzung der Wärmeenergie – genau so wie auch die vorherige Speicherung – nicht gleichmäßig. Dies hat zur Folge, dass sich unter dem Strich ein zwar nur minimaler, auf Dauer jedoch deutlich spürbarer Drehmoment ergibt.

Einerseits kann sich dadurch die Ausrichtung der Rotationsachse des Asteroiden verändern. Ein weiterer Effekt ist, dass auch die Geschwindigkeit, mit der ein Asteroid um seine eigene Achse rotiert, auf diese Weise im Laufe von Millionen von Jahren immer weiter ab- oder auch zunehmen kann. Letzteres hat dann zur Folge, dass die auftretenden Fliehkräfte den Asteroiden letztendlich nach und nach förmlich auseinander reißen können. Kleinere Bruchstücke und Staubpartikel, welche dabei freigesetzt werden, speisen die sich im Rahmen dieses Vorgangs – wie jetzt aktuell bei P/2013 R3 beobachtet – bildenden kometenartigen Schweife.

Erst im vergangenen Jahr hatten die Astronomen bereits ein anderes Objekt entdeckt, dessen Äußeres ebenfalls von dem YORP-Effekt bestimmt wird. Der aktive Asteroid P/2013 P5 verlor immer wieder Material in das ihn umgebende Weltall. Teleskopaufnahmen zeigen diesen Asteroiden von gleich mehreren ausgeprägten Staubschweifen umgeben (Raumfahrer.net berichtete).

„Warum der eine Körper nur eine überschaubare Menge an Staub verliert, der andere aber völlig auseinander bricht, ist noch unklar“, so Dr. Jessica Agarwal. Sehr wahrscheinlich ist jedoch, dass der innere Aufbau der Himmelskörper dabei eine entscheidende Rolle spielt. „Seit einigen Jahren mehren sich die Hinweise, dass einige Asteroiden nicht kosmischen Felsbrocken gleichen, sondern sich eher als eine Art lockerer Schutthaufen beschreiben lassen“, so die Physikerin. Die neuen Ergebnisse sprechen dafür, dass dies auch auf den Asteroiden P/2013 R3 zutrifft, bei dem es sich demzufolge um einen weiteren Rubble Pile – eine kosmische Ansammlung von Staub und Gesteinsfragmenten, welche letztendlich lediglich durch die gegenseitig wirkenden Gravitationskräfte zusammengehalten wird – handeln muss.

„Der YORP-Effekt könnte uns helfen, in Zukunft mehr über den Aufbau der Asteroiden zu erfahren“, fügt Jessica Agarwal hinzu.

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Der innere Aufbau des Asteroiden Itokawa (5. Februar 2014)
• P/2013 P5 – Ein Sonderfall im Asteroidengürtel (8. November 2013)
• Ist der Asteroid Don Quixote eigentlich ein Komet? (10. September 2013)
• Kollision zeigt – Sheila ist ein Asteroid (30. April 2011)
• Kleinplanet (596) Sheila ein Komet? (15. Dezember 2010)

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• Kometen

Fachartikel von David Jewitt et al:

• Disintegrating Asteroid P/2013 R3 (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, JPL, DAWN-Journal.

Mit einem Durchmesser von durchschnittlich 525 Kilometern und einer unregelmäßigen Form ist Vesta weder ein Zwergplanet, noch – streng betrachtet – ein Asteroid. Stattdessen wird Vesta von den Wissenschaftlern als ein „Protoplanet“ bezeichnet, eine Art „Vorplanet“, welcher vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem „vollwertigen“ Planeten stecken geblieben ist. Vesta ist somit eine regelrechte Zeitkapsel aus einer sehr frühen Entwicklungsphase unseres Sonnensystems.

Am 16. Juli 2011 schwenkte die knapp vier Jahre zuvor gestartete Raumsonde DAWN in eine Umlaufbahn um Vesta ein. In den folgenden 13 Monaten wurde dieses drittgrößte Objekt im Haupt-Asteroidengürtel des Sonnensystems mit den drei wissenschaftlichen Instrumenten der Raumsonde, darunter ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau entwickeltes und gebautes Kamerasystem, intensiv erforscht.

Die Aufnahmen dieser „Framing Camera“ zeigten, dass Vesta über eine bewegte Vergangenheit verfügt. Neben einer Vielzahl von Asteroideneinschlägen, bei denen sich im Laufe der Jahrmilliarden unzählige Impaktkrater unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Alters bildeten, wurde die Südpolregion von Vesta in der Vergangenheit von zwei gewaltigen Einschlägen erschüttert, wobei sich zwei sich teilweise überlagernde Impaktbassins mit Durchmessern von jeweils mehreren hundert Kilometern bildeten. Der Zentralberg im Inneren des jüngeren Impaktbassins erreicht dabei eine Höhe von rund 20 Kilometern und gehört somit zu den höchsten Bergen im derzeit bekannten Sonnensystem.

Doch diese gigantischen Einschläge haben anscheinend nicht nur die Form der Oberfläche, sondern auch die mineralogische Komposition von Vesta dauerhaft verändert, denn die Aufnahmen der Raumsonde zeigen ausgeprägte Unterschiede in Helligkeit und Zusammensetzung der Oberfläche. Es gibt auf Vesta Ablagerungen eines sehr helles Materials, welches ein ähnliches Rückstrahlvermögen (Albedo) wie Schnee aufweist, und dunkle Bereiche, die so schwarz wie Kohle erscheinen. Speziell die Untersuchung dieses rätselhaften, dunklen Materials könnte den Planetenforschern weiteren Erkenntnisse über die Entwicklungsgeschichte von Vesta – und somit des gesamten Sonnensystems – liefern.

Eine Forschergruppe unter der Leitung des MPS konnte jetzt nachweisen, dass dieses Material nicht ursprünglich von Vesta stammt, sondern vielmehr erst nach der Formung des Protoplaneten durch die Einschläge von Asteroiden auf die Oberfläche von Vesta verfrachtet wurde.

„Vieles spricht dafür, dass das dunkle Material sehr reich an Kohlenstoff ist“, so Prof. Dr. Vishnu Reddy vom MPS und der Universität von North Dakota in den USA und Erstautor einer neuen Studie. In der Fachzeitschrift „Icarus“ haben er und seine Kollegen die bisher umfassendste Analyse dieses Materials vorgelegt. Die detaillierten Untersuchungen legen einen Zusammenhang zwischen dem dunklen Material und den beiden Asteroideneinschlägen nahe, welche die Südpolregion von Vesta prägten.

„In einem ersten Schritt haben wir eine genaue Übersichtskarte erstellt, welche die Verteilung des dunklen Materials zeigt“, erläutert Dr. Lucille Le Corre vom MPS. „Dabei haben wir etwas Erstaunliches entdeckt.“

Das auf den Aufnahmen der Framing Camera erkennbare dunkle Material gruppiert sich laut diesen Analysen in erster Linie um die Ränder der beiden großen Impaktkrater auf der Südhemisphäre. Genauere Untersuchungen zeigten, dass dieses dunkle Gestein wahrscheinlich mit dem ersten der beiden Einschläge, welcher vor etwa zwei bis drei Milliarden Jahren das Veneneia-Becken bildete, auf den Protoplaneten gelangte. Der zweite Einschlag, in dessen Folge vor rund einer Milliarde Jahren das rund 505 Kilometer durchmessende Rheasilvia-Becken entstand, hat dann einen Teil dieses Materials überdeckt.

Umfangreiche Modellrechnungen der MPS-Wissenschaftler unterstützen diese Theorie der zwei Einschläge und erlauben zudem einen genaueren Aufschluss über deren Verlauf. So konnten die Wissenschaftler in Computersimulationen ermitteln, welche Aufprallgeschwindigkeiten mit den gefundenen Konzentrationen des dunklen Materials vereinbar sind. „Alles spricht für einen vergleichsweise langsamen Zusammenstoß mit Geschwindigkeiten von weniger als zwei Kilometern pro Sekunde“, so Vishnu Reddy.

Nähere Informationen über das dunkle Material lieferten auch die so genannten HED-Meteoriten, welche laut einer allgemein anerkannten Theorie von Vesta stammen. Das Kürzel „HED“ steht dabei für die Gesteinsarten Howardit, Eucrit und Diogenit, aus denen sich diese Meteoriten in erster Linie zusammensetzen. Einige dieser auf der Erde aufgefundenen Meteoriten zeigen dunkle Einschlüsse, welche ebenfalls reich an Kohlenstoff sind. „Durch genaue Analysen des dunklen Materials auf der Vesta und Vergleichen mit Laboruntersuchungen dieser Meteoriten konnten wir nun den ersten direkten Beweis liefern, dass die HED-Meteoriten tatsächlich Bruchstücke von Vesta sind“, so Lucille Le Corre.

„Bei unseren Analysen geht es längst nicht nur darum, die genaue Entwicklungsgeschichte der Vesta zu rekonstruieren“, so Dr. Holger Sierks, Co-Investigator der DAWN-Mission am MPS. Vielmehr wollen die Planetologen die Bedingungen verstehen, welche in der Vergangenheit in unserem Sonnensystem herrschten und die zur Bildung von Planeten und letztendlich zu der Entstehung von Leben führten. Ähnliche Ereignisse wie die Impakte auf Vesta könnten in der Frühzeit unseres Sonnensystems auch die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars mit Kohlenstoff, einem Grundbaustein organischer Verbindungen, versorgt haben. Als Quellen kommen hierfür die Asteroiden des C-Typs und kohlige Chondriten in Frage.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im Sommer 2012 setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort. Im Jahr 2015 wird DAWN ihr zweites Reiseziel, den Zwergplaneten Ceres – das größte und massereichste Objekt im Asteroiden-Hauptgürtel – erreichen und aus einem Orbit heraus über mehrere Monate hinweg untersuchen.

Gegenwärtig befindet sich DAWN in einer Entfernung von rund 2,7 Millionen Kilometern zu Vesta und 57 Millionen Kilometern zu Ceres. Die Entfernung zur Erde beträgt rund 247 Millionen Kilometer, was in etwa 1,65 Astronomischen Einheiten entspricht. Die gegenwärtige Signallaufzeit zwischen der Raumsonde und dem Kontrollzentrum auf der Erde beträgt 27 Minuten.

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• Mission DAWN

Verwandte Internetseite:

• Missionsseite des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft, ESA, Science, EPSC-DPS 2011.

Vor rund 4,5 Milliarden Jahren präsentierte sich unser Sonnensystem noch völlig anders als in der Gegenwart. Statt der acht großen Planeten umrundete erst eine Wolke, später eine sogenannte protoplanetare Scheibe aus Gas und Staubpartikeln die gerade entstandene Sonne. Nach und nach ballte sich die in dieser Scheibe enthaltene Materie in den folgenden Jahrmillionen zu unregelmäßig geformten Klumpen, den sogenannten Planetesimalen, zusammen. Einige von diesen Planetesimalen verschmolzen zu noch größeren Brocken, den Protoplaneten. Diese waren zwar noch kleiner als die heutigen Planeten, aber sie verfügten bereits über eine Kugelform und eine innere Schichtstruktur – einen Kern, einen Mantel und eine Kruste.

Die meisten dieser Planetesimale und Protoplaneten, welche sich aus unterschiedlichen Gründen nicht zu echten Planeten weiterentwickelten konnten, zerbrachen in der Folgezeit aufgrund heftiger Kollisionen mit anderen Körpern wieder in unzählige Einzelfragmente und ballten sich anschließend zu sogenannten „Rubble Piles“ zusammen. Diese Fragmente bilden in der Gegenwart den Hauptasteroidengürtel unseres Sonnensystems, welcher sich zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet.

Am 2. März 2004 startete die von der europäischen Weltraumorganisation ESA betriebene Raumsonde Rosetta, um durch die Untersuchung der kleinsten Objekte unseres Sonnensystems weitere Details aus der Frühgeschichte von dessen Entwicklung zu entschlüsseln. Das eigentliche Ziel der Sonde ist der Komet 67-P/ Tschurjumow-Gerasimenko, welcher im Jahr 2014 erreicht werden soll. Auf dem Weg zu ihrem Ziel durchquerte Rosetta in den vergangenen Jahren auch den Asteroidengürtel und passierte dabei am 5. September 2008 und am 10. Juli 2010 die dort befindlichen Asteroiden (2867) Steins und (21) Lutetia.

Die an der Mission beteiligten Wissenschaftler nutzten diese sich bietenden Gelegenheiten und führten im Rahmen der Vorbeiflüge Studien an den beiden Asteroiden durch. Nach mehr als einem Jahr ist die Auswertung der Daten von dem Lutetia-Vorbeiflug jetzt weit genug fortgeschritten, um erste Ergebnisse zu präsentieren. Nach der erstmaligen Vorstellung dieser Ergebnisse auf dem EPSC-DPS Joint Meeting 2011, einem Anfang Oktober 2011 abgehaltenen internationalen Fachkongress zur Planetenforschung, wurden die Resultate jetzt auch in der Fachzeitschrift „Science“ publiziert.

Der maximal 121 Kilometer durchmessende Asteroid (24) Lutetia, so die Schlussfolgerung der an der Auswertung beteiligten Wissenschaftler, ist demzufolge offenbar ein wahres Fossil aus der Entstehungszeit unseres Planetensystems. „Lutetia hat uns völlig überrascht“, so Dr. Holger Sierks vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung im niedersächsischen Katlenburg-Lindau, welches für den Betrieb der OSIRIS-Kamera an Bord von Rosetta zuständig ist. „Anstelle eines einheitlichen und vergleichsweise unauffälligen Asteroiden haben wir eine eigene kleine Welt vorgefunden, welche über eine komplexe Geografie verfügt.“ So entdeckten die Wissenschaftler auf den Kamera-Bildern nicht nur gewaltige Krater mit Durchmessern von teilweise mehr als 55 Kilometern, sondern auch Anzeichen für Erdrutsche sowie tiefe Rillen und Bergketten. Insgesamt konnten die Planetologen sieben Regionen identifizieren, welche sich aufgrund ihrer morphologischen Merkmale deutlich voneinander unterscheiden und auch unterschiedliche Alter aufweisen.

Die Größe von Lutetia, die dabei gegebene unregelmäßige Form – die Abmessungen betragen etwa 121 x 101 x 75 Kilometer – und vor allem die hohe Dichte deuten zudem darauf hin, dass es sich bei diesem Asteroiden um ein Planetesimal handelt. „Aus den Aufnahmen konnten wir jetzt sehr genau das Volumen von Lutetia und dann in einem zweiten Schritt die Dichte bestimmen“, so Dr. Sierks. Laut den Berechnungen der Wissenschaftler liegt das Volumen des Asteroiden bei rund 500.000 Quadratkilometern. Während des Vorbeifluges von Rosetta an (21) Lutetia konnten die Wissenschaftler zudem die Masse des Asteroiden auf einen Wert von 1,7^.10¹⁸ Kilogramm bestimmen.

Dieser Wert ergab sich durch eine geringfügige Ablenkung der Flugbahn der Raumsonde von dem vorhergesehenen Kurs, welche durch die gravitative Anziehungskraft des Asteroiden auf die Raumsonde verursacht wurde. Aus der Masse ergibt sich für Lutetia eine mittlere Dichte von etwa 3,4 Gramm pro Kubikzentimeter. „Die meisten anderen Kleinplaneten, die wir genauer kennen, haben eine viel geringere Dichte“, so Dr. Sierks weiter. „Wir halten diese Asteroiden für eine Art kosmische Bruchstücke – also relativ lose, poröse Ansammlungen von Körpern aus jüngeren Zusammenstößen.“ Lutetia hingegen scheint kein solches „Rubble Pile“ zu sein. Vielmehr dürfte der Asteroid über eine deutlich kompaktere Zusammensetzung zu verfügen, was wiederum ein Indiz für ein höheres Alter von Lutetia wäre.

Neben einer geringen Porösität deutet die hohe Dichte von Lutetia zudem auf größere Mengen von Metallen wie zum Beispiel Eisen hin, welche sich im Inneren des Asteroiden angesammelt haben. Unklar ist allerdings noch, ob Lutetia in der Vergangenheit auch einen richtigen Eisenkern ausgebildet hat wie dies bei dem Asteroiden (4) Vesta der Fall ist, welcher gegenwärtig von der Raumsonde DAWN untersucht wird. Ein solcher Eisenkern setzt voraus, dass der gesamte Asteroid in der Vergangenheit komplett aufgescholzen gewesen wäre. Auf der Oberfläche von Lutetia konnten allerdings keine Spuren entdeckt werden, welche auf die dafür erforderlichen Schmelzprozesse hindeuten. Zur Beantwortung dieser Frage, so die an der Mission beteiligten Wissenschaftler, bedarf es weiterer Auswertungen der gesammelten Daten. Trotzdem wird Lutetia wegen seiner hohen Dichte von den Wissenschaftlern bereits jetzt als ein Planetesimal angesehen.

Ein deutlich sichtbares Merkmal von Lutetia ist hingegen das offensichtlich unterschiedliche Alter der Asteroidenoberfläche. Das Alter der Oberfläche eines terrestrischen Objektes lässt sich anhand der Kraterzählungs-Methode relativ zuverlässig bestimmen, denn je älter ein bestimmter Bereich der Oberfläche ist, desto mehr Krater muss es in diesem Gebiet geben. Einige Bereiche der Oberfläche von Lutetia gehören demzufolge mit einem Alter von rund 3,6 Milliarden Jahren zu den ältesten bisher bekannten Oberflächenformationen innerhalb unseres Sonnensystems. Andere Bereiche verfügen dagegen anscheinend über ein Alter von lediglich 50 bis 80 Millionen Jahren. Bei diesen geologisch jüngeren Regionen handelt es sich um Gebiete, in denen offenbar in der Vergangenheit Erdrutsche aufgetreten sind. Durch die unzähligen Impakte ist die Oberfläche von Lutetia von einer rund einen Kilometer dicken Schicht aus feinkörnigem Gestein, dem so genannten Regolith, überzogen. Dieses entstand dadurch, dass die ursprüngliche Oberfläche des Asteroiden durch die Einschläge mehrfach im wahrsten Sinne des Wortes pulverisiert wurde. Auch die Verteilung der Krater auf der Asteroidenoberfläche deutet auf einen kompakten inneren Aufbau hin.

Ein weiteres Merkmal der Oberfläche sind die dort sichtbaren Felsbrocken mit teilweise 300 bis 400 Metern Durchmesser. Einige der in der Vergangenheit erfolgten Impakte müssen so gewaltig gewesen sein, dass sie ganze Teile aus dem Asteroiden herausgeschlagen haben, welche sich anschließend wieder auf dessen Oberfläche ablagerten.

Raumcon-Forum:

• Mission Rosetta
• Mission DAWN
• Asteroidengürtel

Science:

• Images of Asteroid 21 Lutetia: A Remnant Planetesimal from the Early Solar System
• Asteroid 21 Lutetia: Low Mass, High Density

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, DLR, MPS, NASA Science, DAWN Journal.

Der zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter gelegene Asteroidengürtel stellt für die Planetologen ein Zeitfenster in die frühe Entstehungsphase unseres Sonnensystems dar. Die dort befindlichen Objekte sind Relikte aus einer fernen Vergangenheit und jeder Asteroid hat den Wissenschaftlern seine eigene Geschichte über die Anfänge des Sonnensystems zu erzählen. Um diese Geheimnisse näher zu ergründen, entschloss sich die amerikanische Weltraumbehörde NASA dazu, die Asteroidenmission DAWN durchzuführen, in deren Rahmen der Asteroid (4) Vesta und der Zwergplanet (1) Ceres näher untersucht werden sollen. Die DAWN-Mission ist die neunte des Discovery-Programms der NASA, welches Wissenschaftlern die Möglichkeit bietet, die Rätsel unseres Sonnensystems mit relativ preisgünstigen und innovativen Missionen zu entschlüsseln. Nach mehreren Startverschiebungen hob am 27. September 2007 eine Delta II-Rakete von ihrem Startplatz in Cape Canaveral/ Florida ab und beförderte die Raumsonde DAWN ins Weltall (Raumfahrer.net berichtete).

Auf ihrer spiralförmigen Flugbahn durch das innere Sonnensystem wird die Raumsonde durch ein Ionentriebwerk angetrieben. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Antriebssystemen entwickeln die drei mit Xenon betriebenen NSTAR-Ionentriebwerke der Raumsonde DAWN einen eher geringen Schubeffekt von maximal 91 Millinewton. Dies entspricht in etwa der Kraft, welche ein herabschwebendes Blatt Papier auf eine Schreibtischfläche ausübt. Durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit der Ionen und eine deutlich längere Wirkdauer kann ein Ionentriebwerk die Flugbahn einer Raumsonde jedoch im Rahmen eines über Monate und Jahre erfolgenden durchgehenden Betriebes viel stärker und letztendlich effizienter verändern, als dies mit chemischen Triebwerken möglich ist.

Beim Betrieb der Ionentriebwerke werden die Atome des Edelgases Xenon durch elektrischen Strom angeregt, so dass sie durch den Verlust eines Elektrons ionisiert werden. Die positiv geladenen Xenon-Ionen werden durch ein elektrisches Feld auf die sechs- bis zehnfache Geschwindigkeit eines chemischen Raketenstrahls beschleunigt und der Ionenstrahl wird auf die Austrittsdüsen fokussiert. Dabei werden von den DAWN-Triebwerken pro Sekunde nur 3,25 Milligramm Xenon verbraucht. Zum Startzeitpunkt standen 425 Kilogramm Xenon zur Verfügung.
Auf dem Flug zu ihrem ersten Forschungsziel, dem Asteroiden Vesta, führte DAWN am 17. Februar 2009 ein Swing-By-Manöver am Mars durch. Durch dieses Manöver war es der Raumsonde möglich, zusätzlichen „Schwung“ zu holen und so nochmals an Geschwindigkeit zuzulegen. Zusätzlich bot der nahe Vorbeiflug an unserem Nachbarplaneten eine willkommene Gelegenheit, um die wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde an einem vergleichsweise nahen Objekt zu testen und zu kalibrieren. Zudem konnte die Flugbahn der Raumsonde im Rahmen dieses Manövers um fünf Grad verändert und auf den angepeilten Rendezvous-Punkt mit Vesta ausgerichtet werden. Ein vergleichbares Manöver ohne die Unterstützung des Schwerkraft des Mars hätte einen zusätzlichen Treibstoffverbrauch von rund 104 Kilogramm Xenon zur Folge gehabt.

Der etwa 560 x 544 x 488 Kilometer durchmessende Asteroid (4) Vesta, welcher am 29. März 1807 von dem Astronomen Heinrich Olbers in Bremen entdeckt und nach der römischen Göttin von Heim und Herd benannt wurde, ist nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand der Wissenschaft ein einzigartiges Objekt in unserem Sonnensystem. Anders als alle anderen Kleinkörper, welche im sogenannten Asteroiden-Hauptgürtel zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, weist dieser Asteroid eine differenzierte innere Struktur auf. Eine Kruste aus erkalteter Lava überdeckt dabei eine tieferliegende Gesteinsschicht und einen darunter befindlichen Eisen-Nickel-Kern. Ein solcher innerer Aufbau ist vergleichbar mit der Struktur der sogenannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Kurz nach seiner Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren muss der Asteroid vollkommen geschmolzen gewesen sein. In den folgenden 50 Millionen Jahren kühlte Vesta ab und die Gesteine trennten sich nach ihrer unterschiedlichen Dichte, wobei das schwerere Material nach innen wanderte und sich im Kern des Asteroiden ablagerte.

Nachdem die Raumsonde innerhalb von 43 Monaten rund 2,6 Milliarden Kilometer im Weltall zurückgelegt hatte, begann am 3. Mai 2011 die letzte Phase der Annäherung von DAWN an den Asteroiden Vesta. An diesem Tag konnte die Framing Camera, eines der drei wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde, erstmals den Asteroiden erfassen. In den folgenden Wochen und Monaten fertigte das Kamerasystem in regelmäßigen Abständen weitere Aufnahmen des Zielasteroiden an. Diese Aufnahmen dienten in erster Linie der Navigation der Raumsonde, da mit ihrer Hilfe die Flugbahn von DAWN und die relative Position zu Vesta bestimmt werden konnte. Durch die so gewonnenen Daten wurde die Steuerung von DAWN in der Folgezeit erheblich erleichtert.

Neben der Unterstützung der Navigation dienten die während der letzten Wochen angefertigten Bilder aber auch bereits rein wissenschaftlichen Zwecken. Neben einem ersten Überblick über die Oberflächenstrukturen auf Vesta werden die seit dem 9. Juli angefertigten Aufnahmen von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern dazu genutzt, um nach kleinen Monden zu suchen, welche sich eventuell in der Nähe von Vesta befinden.

„Sollte sich dort ein Mond befinden, so wird er in den Aufnahmen im Gegensatz zu den fest fixierten Hintergrundsternen als ein sich bewegender Punkt erkennbar sein“, so Mark Sykes, Direktor des Planetary Science Instituts. „Durch die Verwendung kurzer Belichtungszeiten sollte wir in der Lage sein, Monde mit einem Durchmesser von bis zu etwa 27 Metern zu identifizieren. Durch längere Belichtungszeiten könnten wir sogar Monde mit nur wenigen Metern Durchmesser erkennen. Hierbei besteht aber das Risiko, dass die Aufnahmen durch den hellen Schein des Asteroiden überbelichtet werden.“ Bisherige Suchkampagnen mit verschiedenen erdgebundenen Teleskopen und dem Weltraumteleskop Hubble erbrachten keine Hinweise auf eventuelle Vesta-Begleiter. Durch die Suche mit dem Hubble Space Telescope sollte es theoretisch allerdings nur möglich gewesen sein, Monde mit einem Durchmesser von mehr als rund 44 Metern nachzuweisen.

Aber auch die beiden anderen Instrumente an Bord der Asteroidensonde, ein Mapping Spectrometer (VIR) und ein Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer (GRAND), haben während der Annäherungsphase Daten gesammelt, welche der Kalibrierung dieser beiden Instrumente und der Gewinnung von Vergleichsdaten dienten.

Während der gesamten finalen Anflugphase zu Vesta war der Ionenantrieb von DAWN fast durchgehend aktiv und bremste die Raumsonde relativ zu Vesta langsam aber stetig ab. Dieser Anflug erfolgte mit einer sehr geringen Relativgeschwindigkeit zum Asteroiden, so dass DAWN für die letzten 1,2 Millionen Kilometer der Annäherung rund zehn Wochen benötigte. Mittlerweile beträgt der Abstand zwischen Vesta und der Raumsonde nur noch rund 16.900 Kilometer. Der Asteroid und die Raumsonde bewegen sich dabei gegenwärtig mit fast identischen Geschwindigkeiten und in die gleiche Richtung. Sobald sich DAWN der Oberfläche von Vesta bis auf eine Distanz von etwa 16.000 Kilometer genähert hat, wird Vesta die Raumsonde schließlich durch die Gravitationskraft „einfangen“ und in eine Umlaufbahn zwingen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Planetenmissionen muss DAWN also kein spezielles Bremsmanöver mit chemischen Raketentriebwerken durchführen, um zu einem künstlichen Begleiter von seinem Zielobjekt zu werden.

Dies hat aber auch zur Folge, dass der genaue Zeitpunkt des Orbiteintritts nicht minutiös vorhergesagt werden kann. Der endgültige Zeitpunkt hängt von den Masseverhältnissen von Vesta und den daraus resultierenden Gravitationskräften ab. Die für die Kontrolle der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/ Kalifornien gehen allerdings davon aus, dass DAWN am heutigen Samstag gegen 7:00 MESZ in den Vesta-Orbit eintreten wird. Zu diesem Zeitpunkt werden sich der Asteroid und die Raumsonde in einer Entfernung von rund 188 Millionen Kilometern zur Erde befinden. Eine Bestätigung dieses hoffentlich erfolgreichen Orbiteintritts wird frühestens am darauffolgenden Tag erfolgen. Der nächste Datentransfer von DAWN ist für den 17. Juli vorgesehen und wird um 8:30 MESZ beginnen. Erst nach der anschließend erfolgenden Auswertung der Telemetriedaten können wieder detaillierte Aussagen über den aktuellen Status von DAWN getätigt werden.

„Es hat fast vier Jahre gedauert, um an diesen Punkt zu gelangen“, so Robert Mase, der DAWN-Projektmanager des JPL. „Unsere letzten Tests und Überprüfungen haben gezeigt, dass sich DAWN genau auf Kurs befindet und einwandfrei funktioniert.“ In den folgenden Wochen soll die Höhe der Umlaufbahn von DAWN noch weiter abgesenkt werden. Ab Anfang August 2011 soll dann die eigentliche wissenschaftliche Untersuchung von Vesta beginnen. Zu diesem Zweck wird die Framing Camera die Oberfläche von Vesta zuerst aus einer Höhe von 2.400 Kilometern vermessen.

„Dann schrauben wir uns langsam auf eine Höhe von 660 Kilometern hinunter“, erläutert der DLR-Wissenschaftler Dr. Thomas Roatsch, der für die Planung und Prozessierung der Vesta-Aufnahmen zuständig ist, die weitere Vorgehensweise. „Von dort aus können wir noch detailliertere Bilder mit einer Auflösung von 60 Metern pro Bildpunkt aufnehmen.“ Zum Ende ihres Besuchs bei Vesta umrundet DAWN den Asteroiden dann in nur noch 200 Kilometern Entfernung zur Oberfläche. Während dieser Phase der Mission bestimmt der Gammastrahlen- und Neutronendetektor die chemische Zusammensetzung des Himmelkörpers. Parallel dazu wird das Schwerefeld von Vesta vermessen, um die innere Struktur des Asteroiden zu entschlüsseln.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen von Vesta im Juli 2012 ist die lange Reise der Raumsonde allerdings noch nicht beendet. Vielmehr wird DAWN anschließend den rund 975 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten Ceres ansteuern, welcher im Februar 2015 erreicht werden soll. Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand stellt Ceres einen kompletten Gegensatz zu Vesta dar. Dieses größte Objekt im Asteroidenhauptgürtel ist bis zu 450 Millionen Kilometer – und somit deutlich weiter als Vesta – von der Sonne entfernt und besteht unter seiner Kruste, so die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler, sehr wahrscheinlich aus Gasen und zu 25 Prozent aus gefrorenem Wasser.

Eventuell könnte Ceres sogar über eine extrem dünne Atmosphäre, eine sogenannte Exosphäre verfügen, wie sie auch in der unmittelbaren Umgebung des innersten Planeten unseres Sonnensystems, dem Merkur, zu finden ist. Über die Oberflächenstruktur von Ceres kann bisher noch keine Aussage getätigt werden. „Mit der Dawn-Mission werden wir uns ein Bild davon machen, was in den ersten Millionen Jahren nach der Entstehung der Planeten geschah“, so Prof. Ralf Jaumann. „Wir fliegen sozusagen in die Morgendämmerung des Sonnensystems.“

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Technische Beschreibung der Framing Camera:

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Der Beitrag DAWN erreicht Vesta erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, MPS, JPL, Planetary Society. Vertont von Peter Rittinger.

Der etwa 560 x 544 x 488 Kilometer durchmessende Asteroid (4) Vesta, welcher am 29. März 1807 von dem Astronomen Heinrich Olbers in Bremen entdeckt und nach der römischen Göttin von Heim und Herd benannt wurde, ist nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand der Wissenschaft ein einzigartiges Objekt in unserem Sonnensystem. Anders als alle anderen Kleinkörper, welche im sogenannten Asteroiden-Hauptgürtel zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, weist dieser Asteroid eine differenzierte innere Struktur auf. Eine Kruste aus erkalteter Lava überdeckt dabei eine tieferliegende Gesteinsschicht und einen darunter befindlichen Eisen-Nickel-Kern. Ein solcher innerer Aufbau ist vergleichbar mit der Struktur der sogenannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Kurz nach seiner Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren muss der Asteroid vollkommen geschmolzen gewesen sein. In den folgenden 50 Millionen Jahren kühlte Vesta ab und die Gesteine trennten sich nach ihrer unterschiedlichen Dichte, wobei das schwerere Material nach innen wanderte und sich im Kern des Asteroiden ablagerte.

Im Juli dieses Jahres wird Vesta erstmals Besuch von der Erde erhalten. Nach einer Flugzeit von fast vier Jahren wird die Raumsonde DAWN den Asteroiden erreichen, ihn anschließend etwa ein Jahr lang auf seinem Orbit um unsere Sonne begleiten und dabei mit drei Instrumenten ausführlich untersuchen. Die in diesem Zeitraum gewonnenen Daten sollen neue Erkenntnisse über die Oberflächengestalt, die innere Struktur und die chemische Zusammensetzung des Asteroiden liefern. Zu diesem Zweck wurden am 3. Mai 2011, die Raumsonde war zu diesem Zeitpunkt noch rund 1,21 Millionen Kilometer von Vesta entfernt, die wissenschaftlichen Instrumente von DAWN in Betrieb genommen. Die ab diesem Tag erfolgenden Messungen des Mapping Spectrometers (VIR) und des Gammastrahlen- und Neutronenspektrometers (GRAND) dienen der Kalibrierung dieser beiden Instrumente und der Gewinnung von Vergleichsdaten.

Am selben Tag hat auch das Kamerasystem an Bord der Raumsonde, die aus zwei baugleichen Kameras bestehende „Framing Camera“, eine erste Aufnahme des Zielasteroiden angefertigt. Der auf diesem Foto als heller, runder Fleck erkennbare Protoplanet setzt sich in der Bildmitte deutlich erkennbar von dem Sternenhintergrund ab. In dieser frühen Anflugphase dienen solche Aufnahmen in erster Linie der Navigation der Raumsonde. In den kommenden drei Monaten werden sie die Annäherung an den Asteroiden und das Einschwenken in die Umlaufbahn um Vesta unterstützen, indem sie dabei helfen, die Flugbahn der Sonde exakt zu bestimmen und dadurch die Steuerung von DAWN erheblich verbessern. „Wir fliegen ab jetzt mit Sichtkontakt auf unser Ziel zu“, so Prof. Ralf Jaumann vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. „Die Kamera funktioniert und erfüllt ihre Aufgabe als Navigator.“

„Bisher verfügt Vesta auf unseren Navigationsbildern zwar nur über einen Durchmesser von etwa fünf Pixeln“, so Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau, der als der wissenschaftliche Leiter des Kamera-Teams fungiert. „Doch das wird sich in den kommenden Monaten dramatisch ändern“. Gegenwärtig liefert noch das Hubble Space Telescope die besten Ansichten des Asteroiden. Auf dessen Aufnahmen ist unter anderem ein gewaltiger Impaktkrater auf der südlichen Hemisphäre des Asteroiden erkennbar. Die genaue Oberflächenbeschaffenheit von Vesta wird jedoch erst mittels der Nahaufnahmen von DAWN bestimmt werden können. Diese Bilddaten sollen es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern ermöglichen, das Rätsel um die Entstehungsgeschichte dieses Protoplaneten zu lösen. „Wir können es kaum erwarten, endlich mit unseren Erkundungen zu beginnen“, so Dr. Carol Raymond, DAWN-Wissenschaftlerin am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien.
Bis zur endgültigen Ankunft der Raumsonde bei Vesta erwarten die Wissenschaftler noch deutlich detailreichere Aufnahmen von der Oberfläche des Asteroiden. Am 16. Juli 2011, so die aktuellen Berechnungen, wird Vestas Anziehungskraft die Sonde dann in eine Umlaufbahn um den Asteroiden ziehen. Ab Anfang August 2011 soll die Kamera die Oberfläche von Vesta zuerst aus einer Höhe von 2.400 Kilometern vermessen.

„Dann schrauben wir uns langsam auf eine Höhe von 660 Kilometern hinunter“, erläutert der DLR-Wissenschaftler Dr. Thomas Roatsch, der für die Planung und Prozessierung der Vesta-Aufnahmen zuständig ist, die weitere Vorgehensweise. „Von dort aus können wir noch detailliertere Bilder mit einer Auflösung von 60 Metern pro Bildpunkt aufnehmen.“ Zum Ende ihres Besuchs bei Vesta umrundet DAWN den Asteroiden dann in nur noch 200 Kilometern Entfernung zur Oberfläche. Während dieser Phase der Mission bestimmt der Gammastrahlen- und Neutronendetektor die chemische Zusammensetzung des Himmelkörpers. Parallel dazu wird das Schwerefeld von Vesta vermessen, um die innere Struktur des Asteroiden zu entschlüsseln.

Bisher ist noch nicht bekannt, wie sich die Oberfläche von Vesta im Detail gestaltet. Der innere Aufbau mit einer sehr wahrscheinlich festen Kruste dürfte dagegen eine große Ähnlichkeit mit dem Erdmond aufweisen. Während sich andere große Asteroiden vor etwa 4,6 Milliarden Jahren zu den Planeten unseres Sonnensystem zusammenballten, blieb Vesta in ihrer Entwicklung als ein „unfertiger“ Protoplanet stehen. Das Kamerasystem der Raumsonde DAWN soll nun erstmals Informationen über die mineralogische Zusammensetzung und die Beschaffenheit der Oberfläche von Vesta liefern und das Erstellen von topographischen Karten und 3D-Modellen ermöglichen.

„Aus der Anzahl der Krater werden wir auf das Alter der Asteroidenoberfläche schließen können“, so Prof. Dr. Harald Hiesinger vom Institut für Planetologie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der ebenso wie Prof. Dr. Gerhard Neukum von der Freien Universität Berlin mit seinem Team an der Auswertung der Kamerabilder beteiligt ist. „Von den Kameradaten erhoffen wir uns zudem Erkenntnisse über die vulkanische Entwicklung von Vesta“, ergänzt Dr. Andreas Nathues. Die zugrundeliegenden Techniken der Framing Kamera wurden bereits erfolgreich bei den ESA-Missionen Rosetta, Venus Express und Mars Express getestet und angewandt.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im Juli 2012 ist die lange Reise der Raumsonde allerdings noch nicht beendet. Vielmehr wird DAWN anschließend den rund 975 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten Ceres ansteuern, welcher einen kompletten Gegensatz zu Vesta darstellt. Dieses größte Objekt im Asteroidenhauptgürtel ist bis zu 450 Millionen Kilometer – und somit weiter als Vesta – von der Sonne entfernt und besteht unter seiner Kruste, so die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler, sehr wahrscheinlich aus Gasen und zu 25 Prozent aus gefrorenem Wasser.

Eventuell könnte Ceres sogar über eine extrem dünne Atmosphäre, eine sogenannte Exosphäre verfügen, wie sie auch in der unmittelbaren Umgebung des innersten Planeten unseres Sonnensystems, dem Merkur, zu finden ist. Über die Oberflächenstruktur von Ceres kann bisher noch keine Aussage getätigt werden. „Mit der Dawn-Mission werden wir uns ein Bild davon machen, was in den ersten Millionen Jahren nach der Entstehung der Planeten geschah“, so Prof. Ralf Jaumann. „Wir fliegen sozusagen in die Morgendämmerung des Sonnensystems.“

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Technische Beschreibung der Framing Camera:

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Der Beitrag Raumsonde DAWN liefert erste Aufnahme von Vesta erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, MPS, JPL. Vertont von Peter Rittinger.

Der etwa 560 x 544 x 488 Kilometer durchmessende Asteroid (4) Vesta, welcher am 29. März 1807 von dem Astronomen Heinrich Olbers in Bremen entdeckt und nach der römischen Göttin von Heim und Herd benannt wurde, ist nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand der Wissenschaft einzigartig in unserem Sonnensystem. Anders als alle anderen Kleinkörper, welche im sogenannten Asteroiden-Hauptgürtel zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, weist dieser Asteroid eine differenzierte innere Struktur auf. Eine Kruste aus erkalteter Lava überdeckt dabei eine tiefer liegende Gesteinsschicht und einen darunter befindlichen Eisen-Nickel-Kern. Ein solcher Aufbau ist vergleichbar mit der Struktur der sogenannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Kurz nach seiner Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren muss der Asteroid vollkommen geschmolzen gewesen sein. In den folgenden 50 Millionen Jahren kühlte Vesta ab und die Gesteine trennten sich nach ihrer unterschiedlichen Dichte, wobei das schwere Material nach innen wanderte.

Im Juli dieses Jahres wird Vesta erstmals Besuch von der Erde bekommen. Nach einer Flugzeit von fast vier Jahren wird die Raumsonde DAWN den Asteroiden erreichen, ihn anschließend etwa ein Jahr lang auf seinem Orbit um unsere Sonne begleiten und dabei ausführlich untersuchen. Die gewonnenen Daten sollen Erkenntnisse über die Oberflächengestalt, die innere Struktur und die chemische Zusammensetzung des Asteroiden liefern.

Zu diesem Zweck befinden sich neben einem Mapping Spectrometer und einem Gammastrahlen- und Neutronendetektor zwei Kameras an Bord der Sonde, welche unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut wurden.

„Es ist das erste Mal, dass wir so nah an einen so alten Himmelskörper gelangen“, so Prof. Ralf Jaumann vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. „Mit Vesta haben wir die Chance zu lernen, was passierte, als sich aus einer Staubwolke die ersten Planeten bildeten.“ Dabei bietet sich den Wissenschaftlern eine Möglichkeit, eine Art „Zeitreise“ zu den Anfängen unseres Sonnensystems zu unternehmen.

Hierbei wird es sich als hilfreich erweisen, dass auf der Erde sehr wahrscheinlich bereits eine Vielzahl kleiner Bruchstücke des Asteroiden gefunden wurden. Vor allem in der Sahara und der Antarktis stießen die Wissenschaftler in der Vergangenheit auf Meteoriten, deren chemische Zusammensetzung mit den Bestandteilen von Vesta übereinstimmen. Diese Annahme beruht auf Spektralanalysen, welche von der Erde aus bei Vesta sowie an den entdeckten Meteoriten durchgeführt wurden. „Wir sind ziemlich sicher, dass wir Proben von Vesta hier auf der Erde haben“, so Prof. Ralf Jaumann weiter.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass einstmals ein anderer Asteroid mit Vesta kollidierte. Bei diesem gewaltigen Zusammenstoß entstand ein rund 13 Kilometer tiefer Krater auf der Oberfläche von Vesta. Zusätzlich sind bei dieser Kollision laut der Computermodelle auch etwa 50 neue, allerdings deutlich kleinere Asteroiden entstanden. Bisher können aus der Vielzahl von Meteoriten, welche auf der Erde aufgefunden wurden, nur sehr wenige aufgrund ihrer Zusammensetzung eindeutig dem Mond, dem Mars und eben dem Asteroiden Vesta zugeordnet werden. Der Ursprung aller anderen Meteoriten ist dagegen bisher noch ungewiss. Dass die Planetenforscher einige Proben Vesta zuordnen können, stellt sich jetzt als ein Glücksfall für die Erforschung unseres Sonnensystems heraus.

Das Kamerasystem von DAWN, die sogenannte Framing Camera, soll ab dem August 2011 den Asteroiden zunächst aus einer Umlaufbahn in rund 2.400 Kilometern Höhe abbilden und dabei Daten liefern, welche anschließend am DLR-Institut für Planetenforschung zu einem vorläufigen dreidimensionalen Geländemodell von Vesta verarbeitet werden. „Dann schrauben wir uns langsam auf eine Höhe von 660 Kilometern hinunter“, erläutert der DLR-Wissenschaftler Dr. Thomas Roatsch, der für die Planung und Prozessierung der dreidimensionalen Vesta-Aufnahmen zuständig ist, die weitere Vorgehensweise. „Von dort aus können wir noch detailliertere Bilder mit einer Auflösung von 60 Metern pro Bildpunkt aufnehmen.“ Zum Ende ihres Besuchs bei Vesta umrundet DAWN den Asteroiden dann in nur noch 200 Kilometern Entfernung zur Oberfläche. Während dieser Phase der Mission bestimmt der Gammastrahlen- und Neutronendetektor die chemische Zusammensetzung des Himmelkörpers. Parallel dazu wird das Schwerefeld von Vesta vermessen, um die innere Struktur des Asteroiden zu entschlüsseln.

Um sicherzustellen, dass die geplante Erstellung eines dreidimensionalen Geländemodells von Vesta ohne Probleme funktioniert, testeten die Wissenschaftler des DLR jetzt ihre Stereo-Software. „Wir haben diese Software zwar schon für Mond, Mars und Merkur eingesetzt, aber jede Mission hat nun einmal ihre Eigenheiten“, so Dr. Thomas Roatsch.

Für ihren Test verwendeten die DLR-Mitarbeiter „simulierte“ Aufnahmen der Asteroiden-Oberfläche, welche zuvor von Nick Mastrodemos vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/ Kalifornien erstellt wurden. Nick Mastrodemos war seit dem August 2009 damit beschäftigt, Computersimulationen des zukünftigen Orbits von DAWN zu erstellen, welche für die Planung der anzufertigenden Bilder des Asteroiden verwendet wurden. Diese simulierten Aufnahmen beruhen auf Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble sowie auf verschiedenen Abbildungen erdgestützter Teleskope. Aus dem von Nick Mastrodemos gelieferten Material berechneten Dr. Roatsch und sein Team, über welche Gestalt Vesta sehr wahrscheinlich verfügt. Demzufolge ist die Form des Asteroiden unregelmäßig. Auf seiner Oberfläche befinden sich eine Vielzahl von Einschlagskratern in unterschiedlichen Größen und am Südpol ist eine leichte Einbuchtung erkennbar.

Bis Vesta sich jedoch mit all seinen Oberflächenstrukturen in einer dreidimensionalen Form darstellte, mussten die DLR-Wissenschaftler mehrere Wochen an Arbeitszeit investieren. Zur gleichen Zeit erarbeitete ein amerikanisches Team des Planetary Science Institute in Tuscon/ Arizona ebenfalls ein dreidimensionales Modell von Vesta. Die Unterschiede zwischen den beiden computergenerierten Geländemodellen waren nur geringfügig. „Wir wissen jetzt, dass unsere Datenverarbeitung die erforderliche Genauigkeit leisten kann“, betont Dr. Roatsch die Bedeutung dieser Arbeit.

Allerdings ist den Planetenforschern bewusst, dass die bisherigen Simulationen lediglich Testläufe für die eigentliche Mission sind. „Wir werden erst dann wirklich wissen, wie Vesta aussieht, wenn DAWN am Asteroiden ankommt“, sagt auch Carol Raymond vom JPL. Die beteiligten Wissenschaftler hoffen, Vesta möglichst vollständig kartografieren zu können. Etwa 80 Prozent der Oberfläche des Asteroiden werden sich im Blickfeld der Raumsonde befinden. Lediglich die Nordpolregion von Vesta wird während des einjährigen Besuchs im Dunkeln liegen.

Zur Vorbereitung der anstehenden Ankunft bei Vesta wurde das Kamerasystem von DAWN in den vergangenen Tagen nach einer etwa halbjährigen Ruhephase jetzt wieder aktiviert. Diese Tests, bei denen die Wissenschaftler sowohl die mechanischen, als auch die elektrischen Komponenten des Systems gründlich überprüften, erfolgten über einen Zeitraum von drei Tagen. „Solche Untersuchungen führen wir seit dem Start der Raumsonde im September 2007 routinemäßig zweimal im Jahr durch“, erklärt Pablo Gutierrez-Marques vom Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) im niedersächsischen Katlenburg-Lindau.

„Das Kamerasystem funktioniert einwandfrei. Die Generalprobe war ein voller Erfolg“, urteilt Dr. Andreas Nathues, der Leiter des Kamerateams. Zudem boten die erfolgten Tests die Gelegenheit, das Kamera-Experiment mit einer neuer Software zu versehen. „Im Laufe der vergangenen vier Jahre konnten wir einige Abläufe beim Gewinnen und Verarbeiten der Bilddaten optimieren. Mit der neuen Software reagieren wir auf diese veränderten Anforderungen“, so Gutierrez-Marques.

In den kommenden Monaten wird das Kamerasystem entscheidend zum Erfolg der Mission beitragen. Bereits beim Anflug auf den Asteroiden Vesta werden die beiden Kameras die Raumsonde bei der Navigation zu ihrem Ziel unterstützen. Am Ziel angekommen wird die Framing Camera detaillierte Aufnahmen der Asteroidenoberfläche ermöglichen. Neben den zu erstellenden dreidimensionalen Geländemodelle des Asteroiden erlauben diese Aufnahmen erste Ruckschlüsse auf seine mineralogische Zusammensetzung. Zudem werden die Kameras nach Monden in der Umgebung von Vesta sowie nach Anzeichen einer vulkanischen Aktivität auf der Oberfläche des Asteroiden Ausschau halten.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen bei Vesta im Juli 2012 ist die lange Reise der Raumsonde allerdings noch nicht beendet. Vielmehr wird DAWN anschließend den Zwergplaneten Ceres ansteuern, welcher einen kompletten Gegensatz zu Vesta darstellt. Dieses größte Objekt im Asteroidenhauptgürtel ist bis zu 450 Millionen Kilometer – und somit weiter als Vesta – von der Sonne entfernt und besteht unter seiner Kruste, so die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler, sehr wahrscheinlich aus Gasen und zu 25 Prozent aus gefrorenem Wasser.

Eventuell könnte Ceres sogar über eine extrem dünne Atmosphäre, eine sogenannte Exosphäre verfügen, wie sie auch in der unmittelbaren Umgebung des innersten Planeten unseres Sonnensystems, dem Merkur, zu finden ist. Über die Oberflächenstruktur von Ceres kann bisher noch keine Aussage getätigt werden. „Mit der Dawn-Mission werden wir uns ein Bild davon machen, was in den ersten Millionen Jahren nach der Entstehung der Planeten geschah“, so Prof. Ralf Jaumann. „Wir fliegen sozusagen in die Morgendämmerung des Sonnensystems.“

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Der Beitrag Raumsonde DAWN – Vorbereitung auf Vesta erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Gesellschaft, JPL, Wikipedia.

Der etwa 560 x 544 x 488 Kilometer durchmessende Asteroid (4) Vesta, welcher am 29. März 1807 von dem Astronomen Heinrich Olbers in Bremen entdeckt und nach der römischen Göttin von Heim und Herd benannt wurde, ist nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand der Wissenschaft einzigartig in unserem Sonnensystem. Anders als alle anderen Kleinkörper, welche im sogenannten Asteroiden-Hauptgürtel zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, weist dieser Asteroid eine differenzierte innere Struktur auf. Eine Kruste aus erkalteter Lava überdeckt dabei eine tiefer liegende Gesteinsschicht und einen darunter befindlichen Eisen-Nickel-Kern. Ein solcher Aufbau ist vergleichbar mit der Struktur der sogenannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars.

Die Wissenschaftler halten diesen zwiebelartig aufgebauten Asteroiden deshalb auch für einen Protoplaneten, ein Überbleibsel aus der frühen Entwicklungsphase unseres Sonnensystems vor mehr als viereinhalb Milliarden Jahren. Als sich in der Bildungsphase unseres Sonnensystems der Großteil der in einer Materiekonzentration enthaltenen Gas- und Staubteilchen zu einer Protosonne verdichtete, formten die im Umkreis verbliebenen Moleküle aus Gas und Staub eine zirkumsolare Akkretionsscheibe. In dieser protoplanetaren Scheibe, so die gängige Theorie über die Entstehung von Planeten, haben sich in der Folgezeit Staubteilchen durch Akkretion zu bis zu etwa kilometergroßen Planetesimalen zusammengeballt.

Diese wiederum vereinten sich daraufhin durch ihre Anziehungskräfte zu noch größeren Materieverdichtungen, den Protoplaneten, welche in etwa die Größe des Mondes erlangen konnten. Sie waren jetzt bereits genügend massereich, um durch ein hydrostatisches Gleichgewicht eine annähernde Kugelform zu erlangen und durch Differentiation ihres Inneren einen Schalenaufbau auszubilden. Allerdings war das weitere Anwachsen dieser Protoplaneten bis zu einem „ausgewachsenen“ Planeten nicht allein durch die Gravitation möglich. Dieses erfolgte erst durch spätere Kollisionen der verschiedenen Protoplaneten, welche sich auf sich kreuzenden Umlaufbahnen um die Sonne bewegten.

Solche Kollisionen führten jedoch nicht zwingend zu einer Zusammenballung der verschiedenen Protoplaneten. Vielmehr wurden die einzelnen Protoplaneten durch die Wucht der Kollisionen auch oftmals wieder auseinandergerissen. Auch der Asteroid (4) Vesta scheint in der Vergangenheit einen gewaltigen Aufprall durchlebt zu haben. Darauf deutet ein gewaltiger Krater auf der südlichen Hemisphäre hin.

Die Vestoiden, eine Gruppe von Asteroiden, deren Zusammensetzung spektroskopischen Untersuchungen zufolge dem Krustengestein von Vesta gleicht, sind höchstwahrscheinlich bei diesem Einschlag entstanden. Zudem nehmen die Planetenforscher an, dass die zugrundeliegende gewaltige Kollision auch tiefer unter der Vesta-Oberfläche liegendes Material ins All schleuderte. Als Indiz für diese Annahme gelten einige Meteoriten, welche auf der Erde gefunden wurden. Diese Meteorite der HED-Gruppe, einer Untergruppe der Achondrit-Meteoriten, bestehen aus einem ähnlichem Gestein wie Vestas innere Schicht.

Bisher bestanden jedoch immer noch Zweifel an dieser Theorie. Der Hauptkritikpunkt war, dass sich in unserem Sonnensystem bisher kein vergleichbarer Körper aus Vestas Mantel finden ließ.

Erst der kürzlich näher untersuchte erdnahe Asteroid 1999 TA10 schließt nun anscheinend diese Lücke. Mit Hilfe eines Teleskops der amerikanischen Weltraumbehörde NASA auf Hawaii haben die Forscher die Infrarot-Strahlung analysiert, die 1999 TA10 in das Weltall reflektiert. In diesem Wellenlängenbereich hinterlassen die Gesteine, die für die Zuordnung zu Vesta in Frage kommen, im Spektrum ihre charakteristischen Fingerabdrücke. Neben kalziumhaltigem Wollastonit deuten die Messungen vor allem auf das Vorhandensein von Ferrosilit hin, dessen geringerer Eisenanteil auf die Herkunft aus tieferen Schichten von Vesta hindeutet. Dies wiederum würde bedeuten, dass der Ursprungskörper in der Vergangenheit aufgeschmolzen wurde, so dass schwere Elemente in den Kern absinken konnten.

„Diese Stoffe kommen zwar sowohl in der Kruste, als auch im Mantel von Vesta vor“, so Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau. „Entscheidend ist jedoch das Verhältnis.“ Im Fall von 1999 TA10 ist der atomare Eisengehalt dabei deutlich geringer als etwa bei den bereits bekannten Vestoiden. „Vieles spricht dafür, dass wir es bei 1999 TA10 mit einem Stück aus dem Innern von Vesta zu tun haben“, so Nathues. 1999 TA10 erlaubt somit auch Rückschlüsse auf seinen Ursprungskörper. Computermodelle der Oberfläche von Vesta, die auf Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubblezurückgehen, beziffern die Tiefe des Südpolkraters mit maximal 25 Kilometern. Der neue Fund beweist nun, dass dies gleichzeitig der maximalen Dicke der äußeren Gesteinskruste von Vesta entspricht.
Um die Vorgänge bei der Planetenbildung vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren zu rekonstruieren, sind die Planetenwissenschaftler darauf angewiesen, die Dicke der einzelnen Schichten von Vesta möglichst exakt zu bestimmen. Nur mit diesen Daten lässt sich letztendlich berechnen, aus welchem Materialgemisch der Protoplanet einstmals entstanden ist. Damit lassen sich dann wiederum Rückschlüsse darauf ziehen, welche Materialien bei der Entstehung unseres Sonnensystems in welchem Verhältnis zur Verfügung standen.

Die Ergebnisse der zugrunde liegenden Studie wurden am 5. Dezember 2010 von dem Team um Vishnu Reddy in der Fachzeitschrift ICARUS veröffentlicht. Weitere Informationen über den inneren Aufbau des Asteroiden (4) Vesta erhoffen sich die Wissenschaftler in naher Zukunft von der Asteroiden-Mission DAWN der NASA. DAWN wird Vesta im Juli 2011 erreichen und anschließend etwa ein Jahr lang auf seinem Orbit um unsere Sonne begleiten. Neben anderen Instrumenten befinden sich zwei Kameras an Bord der Sonde, welche unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des DLR und des IDA entwickelt und gebaut wurden.

Während der einjährigen Untersuchung des Asteroiden wird DAWN Vesta mit seinen Instrumenten eingehend untersuchen. In einer ersten Phase ist dabei eine Kartierung der Oberfläche aus einem Orbit von etwa 660 Kilometern Höhe vorgesehen. Der sich dabei ergebende Blickwinkel ermöglicht eine nahezu lückenlose Erfassung der Oberfläche mit den Kameras und des „Visible and Infrared Mapping Spectrometer“ (VIR) der Raumsonde. Speziell mit letzterem soll dabei die mineralogische Zusammensetzung des Asteroiden analysiert werden.

Nach Beendigung der Untersuchungen aus diesem sogenannten „High Altitude Mapping Orbit“ (HAMO) wird DAWN im Verlauf von mehreren Wochen die Umlaufbahn um Vesta absenken und in einen niedrigeren Orbit um den Asteroiden eintreten. Aus einer Höhe von dann nur noch etwa 180 Kilometern können einzelne Details der Oberfläche noch deutlich besser aufgelöst werden. Während dieser etwa zwei Monate andauernden Phase der „Low Altitude Mapping Orbits“ (LAMO) wird DAWN nur noch etwa vier Stunden für eine komplette Umrundung von Vesta benötigen.

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