Quelle: ESA.

Aus größerer Entfernung sehen die Asteroiden zunächst ziemlich gleich aus. Beim direkten Vergleich werden die Unterschiede dann aber deutlich. Auf der von der Planetary Society herausgegebenen Karte sämtlicher bisher von Raumfahrzeugen beobachteten Asteroiden und Kometen ist der größere Didymos-Asteroid ein mäßig großer Punkt, während sein kleinerer Bruder noch nicht mal einen Pixel ausfüllt.

Der große Zwilling hat einen Durchmesser von gerade mal 780 Metern und gehört damit bereits zu den kleinsten Asteroiden, die jemals von einer Sonde erforscht wurden – gemeinsam mit dem Himmelskörper Itokawa mit einem Durchmesser von 350 Metern, der vom japanischen Hayabusa-Raumschiff besucht wurde, und dem Asteroiden Bennu mit 500 Metern Durchmesser, der derzeit von der NASA-Raumsonde OSIRIS-REx umkreist wird.

Sein kleiner Bruder „Didymoon“, mit einem Durchmesser von gerade einmal 160 Metern, wird damit zum kleinsten jemals von einer Sonde erforschten Asteroiden.

„Didymoon ist winzig – das wird besonders deutlich, wenn man ihn mit anderen Asteroiden vergleicht“, sagt Patrick Michel, leitender Wissenschaftler der Hera-Mission sowie CNRS-Forschungsdirektor am Côte-d’Azur-Observatorium.

Michel ist darüber hinaus als Forscher und interdisziplinärer Wissenschaftler an der japanischen Mission Hayabusa2 beteiligt. Diese untersucht den Asteroiden Ryugu, der einen Durchmesser von etwa einem Kilometer hat. „Die Bilder von Hayabusa2 zeigen einen großen Felsbrocken in der Nähe des Ryugu-Nordpols. Und dieser Brocken ist etwa so groß wie der gesamte Didymoon.“

Zum ersten Mal testen wir eine mögliche Verteidigung unseres Planeten
Didymoon wurde gerade wegen seiner Zwergengröße für den Schauplatz eines bahnbrechenden Erdverteidigungs-Experiments ausgewählt. Im Jahr 2022 wird das NASA-Raumfahrzeug DART versuchen, auf Didymoon aufzuprallen. So soll seine Umlaufbahn um den größeren Bruder verändert und damit getestet werden, inwieweit wir in der Lage sind, einen Asteroiden von seiner Flugbahn abzubringen.

„Dass ein Raumfahrzeug einen Einschlag auf einem solchen Himmelskörper auslösen kann, wurde bereits demonstriert“, fügt Michel hinzu, „die NASA-Sonde Deep Impact hat 2005 einen Impaktor auf dem Kometen Tempel 1 einschlagen lassen, allerdings nicht, um dessen Flugbahn zu verändern, sondern um unter der Oberfläche liegendes Material freizusetzen. Der Komet hatte einen Durchmesser von 6 Kilometern und war damit viel zu groß. Doch Didymoon ist klein genug und braucht darüber hinaus nur 12 Stunden, um seinen größeren Zwillingsbruder zu umkreisen. Eine solche Umlaufzeit kann in der Tat messbar verändert werden.“

Nach dem Einschlag wird die Raumsonde Hera die Didymos-Asteroiden im Jahr 2026 beobachten, um die Informationen zu sammeln, die für erdbasierte Observatorien unerreichbar sind. Dazu gehören Didymoons Masse, seine Oberflächenbeschaffenheit sowie die Form des DART-Kraters.

„Anhand dieser Daten können wir die Impulsübertragung des Einschlags solide abschätzen und dann beurteilen, ob es sich hierbei um eine gute Technik zur Flugbahnveränderung handelt“, sagt Michael Küppers, ESA-Projektwissenschaftler für die Hera-Mission. „Diese Parameter sind unerlässlich, um verlässliche numerische Einschlagsmodelle für zukünftige Missionen zu entwerfen. Wir werden besser verstehen, ob sich diese Technik vielleicht sogar auch für größere Asteroiden eignet. Damit hätten wir dann auch die Gewissheit, dass wir unseren Heimatplaneten effektiv vor einem Asteroideneinschlag schützen könnten.“

Didymoon ist perfekt geeignet für einen solchen Test. Denn aufgrund seiner winzigen Größe gehört er zu den gefährlichsten erdnahen Asteroiden. Größere Asteroiden können leichter entdeckt werden. Noch kleinere Himmelskörper verglühen entweder in der Erdatmosphäre oder richten nur kleinere Schäden an. Ein Asteroid von der Größe Didymoons könnte allerdings eine ganze Region auf unserem Planeten verwüsten.

Himmelskörper mit geringer Gravitation
Das Didymos-Asteroidenpaar ist in vielerlei Hinsicht von wissenschaftlichem Interesse. So kann es zum Beispiel auch Erkenntnisse darüber liefern, wie solche binären Systeme entstehen. Immerhin machen diese rund 15 Prozent der bekannten Asteroiden aus.

„Didymos dreht sich sehr schnell und schafft eine vollständige Umdrehung in zwei Stunden“, sagt Michel. „Die schwache Gravitationsanziehung rund um seinen Äquator könnte von der Zentrifugalkraft überstiegen werden. So könnte Material von der Oberfläche aufsteigen, was übrigens die überzeugendste Theorie für Didymoons Entstehung ist. Es ist also unmöglich, auf dem Äquator zu landen. Stattdessen sind die Bereiche um die Pole herum interessant.

Weil Didymoon so klein ist, wissen wir nur wenig über den Asteroiden. Wir nehmen allerdings an, dass sein Verhältnis zum großen Bruder dem der gebundenen Rotation von Erde und Mond gleicht, seine Eigenumdrehung also langsamer ist als seine Umlaufzeit um Didymos. Wir planen, mindestens einen CubeSat auf Didymoon zu landen, doch hierfür muss extrem präzise navigiert werden. Die Gravitation des Asteroiden beträgt in etwa ein Millionstel der Erdgravitation, mit einer geschätzten Fluchtgeschwindigkeit von lediglich 6 cm pro Sekunde. Eine der Gefahren ist also, dass der CubeSat schlichtweg abprallt und zurück ins All geworfen wird.“

Michel geht außerdem davon aus, dass Objekte der Didymoon-Klasse optimal für den geplanten Asteroidenbergbau sein könnten. Größere Himmelskörper gibt es vergleichsweise selten, während kleinere Asteroiden dazu tendieren, sich sehr schnell um sich selbst zu drehen – hervorgerufen von einer sukzessiven Erwärmung durch das Sonnenlicht.

Die Hera-Mission wird derzeit geprüft und Space19+, dem nächsten Ministerrat der europäischen Raumfahrtminister, zur Genehmigung vorgelegt. Der Start der Mission ist für 2023 vorgesehen.

Nach der Kometenmission Rosetta wäre Hera damit die nächste ESA-Mission zu einem kleinen Himmelskörper. Die Erfahrungen, die in der 12 Jahre langen Rosetta-Mission gesammelt wurden, kämen Hera direkt zugute. Eine langfristige Planung ist für das Realisieren zukünftiger Missionen, die Sicherung der fortwährenden Entwicklung innovativer Technologien sowie für die Motivation neuer Generationen europäischer Wissenschaftler und Ingenieure unerlässlich.

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• HERA (bisher AIDA)

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA.

Diagnose ist das eine, eine erfolgversprechende Therapie das andere. Bei der Identifizierung erdnaher Asteroiden scheint man inzwischen doch ziemlich weit gekommen zu sein, auch wenn das Überraschungen wie dem Tscheljabinsker Meteoriten 2013 nicht ausschließt. Die Frage, was man aber bei einem Befund „Kollisionskurs“ machen könnte, ist noch immer nur Gegenstand theoretischer Überlegungen. Praktische Erfahrungen sollen 2022 im Rahmen eines internationalen Projektes von NASA und ESA gewonnen werden. Die Gesamtmission läuft unter dem Namen „Asteroid Impact & Deflection Assessment“ (AIDA), zu deutsch etwa Mission zur Bewertung eines Asteroiden Einschlag- und Ablenkversuches. Der von der ESA übernommene Part heißt „Asteroid Impact Mission“ (AIM) und dient der Zieluntersuchung. Ende März 2015 war Startschuss für die ersten Entwurfsarbeiten. Der Beitrag der US-Amerikaner ist der „Double Asteroid Redirection Test“ (DART) und stellt den eigentlichen Einschlagversuch dar.

Ziel des Versuchs ist der Doppelasteroid Didymos. Der größere der beiden Himmelskörper hat einen Durchmesser von 800 Metern und wird von einem 170 Meter durchmessenden Mond umkreist, der zur Unterscheidung inoffiziell häufig Didymoon genannt wird. Das Doppelsystem wurde unter anderem deshalb aufgewählt, weil feine Störungen oder Auslenkungen der Didymoon-Umlaufbahn leichter zur registrieren sind als der Einfluss eines solchen Einschlags auf die Sonnenumlaufbahn eines Asteroiden. Im Jahr 2022 wird Didymos bis auf 11 Millionen Kilometer und damit vergleichsweise nahe an die Erde herabkommen. Das ermöglicht zusätzlich die Beobachtung und Analyse des Einschlags und seiner Wirkung von der Erde aus.

Der kleinere Didymoon ist das eigentliche Ziel des Demonstrationsversuches zur Asteroidenabwehr. Die AIM-Sonde der ESA startet voraussichtlich im Oktober 2020 und wird im August 2022 dort ankommen, um den Mond vorab für spätere Vorher-/Nachher-Vergleiche untersuchen zu können. Sowohl die Oberfläche wie auch der innere Aufbau sollen mit Hilfe hochauflösender Instrumente optisch, thermisch sowie mit Hilfe eines Radars kartiert werden. Das Konzept sieht weiterhin vor, auf Didymoon eine Landeeinheit abzusetzen. Der AIM-Lander könnte damit zumindest teilweise aus den Erfahrungen der Philae-Landung profitieren. Doch damit nicht genug. Denkbar sind auch zwei oder mehr Cube-Satelliten an Bord der Muttersonde, die zusätzliche Daten aus der nächsten Umgebung des Mondes liefern könnten. Die Datenübermittlung zur Erde soll Laser-gestützt zur entsprechend ausgerüsteten ESA-Bodenstation auf Tenerifa erfolgen.

Die DART-Sonde soll im Oktober 2022 bei Didymos ankommen und direkt mit einer Geschwindigkeit von sechs Kilometern pro Sekunde in Didymoon einschlagen. Wegen ihres beschränkten Daseinszweckes wird sie ausschließlich für einen kurzen Präzisionsendanflug konzipiert und keine wissenschaftliche Ausrüstung mit sich führen. Die optische Navigation im Endanflug soll älteren Konzeptionen aus dem Jahr 2012 zu Folge das aus der Plutosonde New Horizons bekannte LORRI-Teleskop in Verbindung mit bewährten autonomen Flugkorrekturalgorithmen leisten. Die Masse der Einschlagsonde soll rund 330 Kilogramm betragen. Abhängig von der Dichte von Didymoon dürfte das nach damaliger Schätzung die Umlaufzeit um bis zu etwa ein Prozent ändern.

Neben den erdgebundenen Teleskopen wird AIM den Einschlag aus sicherer Entfernung möglichst genau beobachten. Laut ESA-Missions-Manager Ian Carnelli sollen so die Veränderungen an der Einschlagstelle dokumentiert und die Auswirkungen auf den Orbit des Mondes analysiert werden. Der Erfassung der aufsteigenden Staub- und Gesteinswolke kommt dabei besondere Bedeutung zu. Von der Analyse des Materialauswurfes aus dem Einschlagkrater erhofft man sich Antworten auf die wegen ihrer vielen Unbekannten seit zwei Jahrzehnten diskutierte Frage der Dichte von Asteroiden und der damit möglichen tatsächlichen Impulsübertragung. Mit dem Wissen über die Reaktion eines Asteroiden auf die Aufschlagenergie eines vergleichsweise kleinen Einschlagkörpers sollen vorhandene Labormodelle kalibriert und verbessert werden. Auch wenn so ein einzelner Versuch keine breite statistische Basis liefert, ist Carnelli optimistisch. Der Versuch sei Grundlage für alle weiteren Planungen von Abwehrstrategien. Man werde erstmals die Kraft ermitteln, die notwendig ist, um einen Erd-bedrohenden Asteroiden mit Didymoon-Charakeristika aus seiner Bahn zu lenken.

Didymoon ist nicht der erste Beschuss eines Himmelkörpers. 2005 wurde der Komet Tempel-1 von der Sonde Deep Impact aus mit einem 372 Kilogramm schweren und auf 10,3 Kilometer pro Sekunde beschleunigten Kupferprojektil beschossen. Tempel-1 ist mit 7,6 mal 4,9 Kilometern jedoch erheblich größer als Didymoon und blieb völlig unbeeindruckt auf seiner Umlaufbahn. Beim kleineren Didymoon ist die Wahrscheinlichkeit einer messbaren Auswirkung auf den Orbit entsprechend höher. Umgekehrt ist aber eine erheblich größere Präzision beim Zielanflug gefordert. Falls alles gelingt, wäre die Beeinflussung des Orbits eines natürlichen Himmelskörpers die eigentliche Premiere in der Geschichte der Raumfahrt. Die Versuchsplaner weisen vorsichtshalber auch darauf hin, dass der Zwillingsasteroid Didymos den Erdorbit nicht kreuzt und daher auch keine Gefahr bestehe, dass der Ablenkungsversuch zu einer Einschlaggefahr auf der Erde führen könnte.

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