Quelle: ESA 5. April 2024.

5. April 2024 – „Die heutigen Asteroiden sind Kollisionsfragmente der ursprünglichen Bausteine unseres gesamten Sonnensystems. Wenn wir also sehen können, wie das Innere eines Asteroiden strukturiert ist, erhalten wir wertvolle Einblicke in die Entwicklung des Sonnensystems sowie für die planetare Verteidigung“, erklärt Michael Kueppers, Hera-Projektwissenschaftler der ESA. „Ist dieser Asteroid ein fester Monolith oder ein Schutthaufen, der durch seine Schwerkraft zusammengehalten wird? Die Antwort hat praktische Konsequenzen dafür, wie sich annähernde Asteroiden in Zukunft von der Erde abgelenkt werden könnten.“

Der nur 37 x 23 x 10 cm große Juventas CubeSat wird im Auftrag der ESA vom luxemburgischen Unternehmen GomSpace betreut, wobei die Integration der Raumsonde am Hauptsitz von GomSpace in Dänemark stattfand. Das Unternehmen hat sich auf CubeSats spezialisiert – kleine, kostengünstige Satelliten, die aus standardisierten 10 cm-Boxen zusammengebaut werden – obwohl diese in der Regel für den Erdorbit bestimmt sind.

Bauen für den Weltraum
Jan Persson leitet das Juventas-Projekt für GomSpace: „Das ist eine ganz andere Mission im Verlgeich zu den üblichen CubeSats, die wir herstellen und fliegen. Der Weg über die Erdumlaufbahn hinaus und hinaus in den Tiefenraum ist eine seltene Gelegenheit, die eine äußerst genaue Aufmerksamkeit für Details erfordert. Darüber hinaus benötigt Juventas ein ausreichend agiles Navigationssystem, um sich selbst um einen Asteroiden zu fliegen.“

Die ESA Asteroiden-Mission Hera ist Europas Beitrag zu einem internationalen Planetenabwehr- Experiment. Nach dem Einschlag der DART-Mission auf dem Asteroiden Dimorphos, einem Mond des größeren Asteroiden Didymos, im Jahr 2022 – der seine Umlaufbahn um Didymos änderte und eine Wolke von Trümmern Tausende von Kilometern ins All schickte – wird Hera zu Dimorphos zurückkehren, um den von DART hinterlassenen Krater aus nächster Nähe zu vermessen. Die Mission wird außerdem die Masse und Zusammensetzung von Dimorphos sowie die von Didymos messen.

Hera soll im Oktober 2024 starten, an Bord befinden sich zwei CubeSats für Nahaufnahmen des Asteroiden-Paares: Zu Juventas wird die Hyperspektralmission Milani hinzukommen. Das Trio wird über ein innovatives Verbindungssystem zwischen Satelliten rund um die Asteroiden verbunden bleiben.

Kleinstes Radar im Weltraum
Benannt nach dem römischen Namen der Tochter Heras, mag Juventas zwar klein sein, hat aber einen großen technischen Fußabdruck. Das Niederfrequenz-Radarinstrument – das kleinste Radarsystem im Weltraum – wurde vom französischen Institut de Planétologie et d‘ Astrophysique de Grenoble an der Universität Grenoble Alpes und der Technischen Universität Dresden entworfen, wobei die Elektronik von EmTroniX in Luxemburg stammt. Die Radar-Signale werden von einem Quartett von 1,5 m langen Antennen gesendet, die länger sind als die Juventas-Raumsonde selbst und von Astronika in Polen beigesteuert wurden.

„Das Juventas Radar-Instrument (JuRa) ist einzigartig und wird der Wissenschaftsgemeinschaft einen seltenen Einblick in die Entstehung eines Asteroiden geben“, erklärt Jan Persson. „Es wurde hochgradig miniaturisiert, um in die CubeSat-Hülle zu passen. Die größte Herausforderung bestand darin, dass das Instrument im Inneren der Raumsonde viel Wärme erzeugt, worum sich unser Thermaldesignteam bei GomSpace intensiv gekümmert hat.“

Hera-Systemingenieur Franco Perez Lissi fügt hinzu: „Um selbst zu fliegen, hat Juventas außerdem eine Kamera für sichtbares Licht, ein Lidar, Sternsensoren für die Navigation und ein Kaltgas-Antriebssystem sowie die Funkverbindung zwischen Satelliten, um ihre Position und Daten mit Hera zu teilen.“

Für die Radar-Vermessung des kleineren Asteroiden wird Juventas in eine einzigartige “selbststabilisierte Terminator-Umlaufbahn“ um Didymos eintreten. Dazu gehört es, parallel zur Tag-Nacht-Terminator-Linie des Asteroiden zu kreisen und dabei die schwache Gravitation des Asteroiden mit dem schwachen, aber stetigen Druck des Sonnenlichts selbst – dem solaren Strahlungsdruck – auszugleichen.

Tatsächlich ist die Schwerkraft von Didymos so gering, dass Juventas mit einer Geschwindigkeit von nur wenigen Zentimetern pro Sekunde in der Umlaufbahn sein wird, und JuRa wird diese niedrige Geschwindigkeit nutzen, um dasselbe kodierte Signal mehrmals zum Asteroiden zu senden, was das Gesamtsignal des Instruments zum Rauschverhältnis erhöht. Die reflektierten Signale werden dekodiert und auf der Erde in ein 3D-Bild umgewandelt.

Gekommen um zu landen
Sobald Juventas ihre Radar-Beobachtung abgeschlossen hat, wird sie in eine Umlaufbahn um Dimorphos einschwenken, um die nächste Phase ihrer Mission zu beginnen: die Landung auf dem kleineren Asteroiden. Jan Persson bemerkt: „Wir analysieren noch, wie das am besten geht, aber unsere Geschwindigkeit sollte gering genug sein, in der Größenordnung von Zentimetern pro Sekunde, dass Juventas herunterkommt, ohne gleich wieder hoch ins All zu hüpfen. Die Beschleunigungsmesser und Gyroskope an Bord werden in diesem Moment Daten sammeln, um mehr über die Oberflächeneigenschaften zu erfahren. Wenn Juventas endlich zur Ruhe kommt, wollen wir, dass sie in stabiler Konfiguration ist, um die zweite wissenschaftliche Nutzlast der Raumsonde, das GRASS Gravimeter zu betreiben.“

Dieses erste Instrument zur direkten Messung der Schwerkraft auf der Oberfläche eines Asteroiden, das Gravimeter for Small Solar System Objects, GRASS, wurde vom Königlichen Observatorium Belgiens (ROB) mit der spanischen Firma EMXYS entwickelt. Es ist geplant zu erfassen, wie sich die Schwerkraft auf Dimorphos im Laufe seiner Umlaufbahn um Didymos verändert.

Sowohl der Juventas als auch der Milani CubeSat haben sich nun ihrem Hera-Mutterschiff angeschlossen, um im ESTEC-Zentrum der ESA in den Niederlanden, der größten Testanlage für Raumfahrzeuge in Europa, getestet zu werden. Das Trio wird in der elektromagnetischen Maxwell-Testkammer untergebracht, um zu überprüfen, ob die Verbindungen zwischen den Satelliten wie geplant funktionieren.

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• HERA (vormals AIDA)

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Quelle: OHB SE 24. August 2023.

Bremen, 24. August 2023. Check! Der Raumfahrtkonzern OHB feiert einen wichtigen Meilenstein für die Asteroidenmission Hera: Das Mating von Plattform und Antriebsmodul ist erfolgreich absolviert worden. Jetzt geht es an die letzten Arbeiten und Transportvorbereitungen, ehe sich das Hera Spacecraft Ende August vom OHB-Standort in Bremen aus auf die Reise zum European Space Research and Technology Centre (ESTEC) nach Noordwijk macht. Dort startet dann die Testkampagne. Die ESA-Mission hat einen sehr straffen Zeitplan, da für Entwicklung, Bau, Test- sowie die Startkampagne gerade einmal vier Jahre zur Verfügung stehen.

„Das Mating, also die Zusammenführung von Satellitenplattform und Antriebsmodul, ist immer eine Herausforderung, da dabei Millimeterarbeit gefragt ist. Das Plattformmodul wurde dazu mit einem Kran über das Antriebsmodul gehoben und dann Stück für Stück langsam abgesenkt, so dass beide Module schließlich miteinander genau abschlossen“, erklärt Dr. Stefan Voegt, Hera-Projektleiter bei OHB.

Für das Projektteam steht als nächste Herausforderung die rund siebenmonatige Testkampagne an. Nach erfolgreichem Abschluss der Umwelttests wird Hera zum Startplatz Cape Canaveral in Florida gebracht. Das knapp dreiwöchige Startfenster der Mission wird sich am 7. Oktober 2024 öffnen. Dann wird sich Hera mit einer Falcon-9 auf den Weg zum Doppelasteroiden Didymos/Dimorphos machen.

Hera ist der zweite Teil der gemeinsam von der NASA und der ESA durchgeführten Mission AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment) deren erster Teil DART (Double Asteroid Redirection Test) bereits einen Impact auf Didymos/Dimorphos durchgeführt hat. Der zweite Teil ist die europäische Sonde Hera, deren Entwicklung von OHB als Hauptauftragnehmer geführt wird. Nach zweijährigem Flug wird die Sonde voraussichtlich am 16. Oktober 2026 am Didymos-System ankommen und eine genaue Untersuchung der Einschlagstelle und der Eigenschaften von Dimorphos durchführen. Dazu führt Hera neben den eigenen Instrumenten noch zwei Minisatelliten mit, die sich nach Ankunft am Didymos-System von der Sonde lösen und unabhängig Experimente durchführen. Erst diese von Hera bereitgestellten Daten erlauben eine umfassende Interpretation der Auswirkungen des Einschlags von DART und damit eine Beurteilung der grundsätzlichen Wirksamkeit der angewendeten Methodik zur Asteroidenabwehr.

Video zum Hera Mating

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• HERA (vormals AIDA)

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Quelle: ESON 21. März 2023.

21. März 2023 – Der kontrollierte Einschlag war ein Test für die Planetenabwehr, bot den Astronomen aber auch die einzigartige Gelegenheit, anhand des ausgestoßenen Materials mehr über die Zusammensetzung des Asteroiden zu erfahren.

Am 26. September 2022 kollidierte die DART-Raumsonde mit dem Asteroiden Dimorphos in einem kontrollierten Test unserer Fähigkeiten zur Ablenkung von Asteroiden. Der Einschlag fand 11 Millionen Kilometer von der Erde entfernt statt, nahe genug, um mit vielen Teleskopen im Detail beobachtet zu werden. Alle vier 8,2-Meter-Teleskope des VLT der ESO in Chile haben die Nachwirkungen des Einschlags beobachtet, und die ersten Ergebnisse dieser VLT-Beobachtungen wurden nun in zwei Publikationen veröffentlicht.

„Asteroiden sind einige der grundlegendsten Relikte, aus denen alle Planeten und Monde in unserem Sonnensystem entstanden sind“, sagt Brian Murphy, Doktorand an der Universität von Edinburgh in Großbritannien und Mitautor einer der Studien. Die Untersuchung der Materialwolke, die nach dem Einschlag von DART ausgestoßen wurde, kann uns daher Aufschluss darüber geben, wie unser Sonnensystem entstanden ist. „Einschläge zwischen Asteroiden kommen natürlich vor, aber man weiß es nie im Voraus“, fährt Cyrielle Opitom fort, ebenfalls eine Astronomin an der Universität von Edinburgh und Hauptautorin eines der Artikel. „DART ist eine wirklich großartige Gelegenheit, einen kontrollierten Einschlag zu untersuchen, fast wie in einem Labor.“

Opitom und ihr Team verfolgten die Entwicklung der Trümmerwolke einen Monat lang mit dem Instrument Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am VLT der ESO. Sie stellten fest, dass die ausgeworfene Wolke blauer war als der Asteroid selbst vor dem Einschlag, was darauf hindeutet, dass die Wolke aus sehr feinen Partikeln bestehen könnte. In den Stunden und Tagen nach dem Einschlag entwickelten sich weitere Strukturen: Klumpen, Spiralen und ein langer Schweif, der von der Sonnenstrahlung fortgestoßen wurde. Die Spiralen und der Schweif waren röter als die ursprüngliche Wolke und könnten daher aus größeren Partikeln bestehen.

MUSE ermöglichte es dem Team von Opitom, das Licht der Wolke in ein regenbogenartiges Muster aufzubrechen und nach den chemischen Fingerabdrücken verschiedener Gase zu suchen. Insbesondere suchten sie nach Sauerstoff und Wasser aus dem Eis, das durch den Einschlag freigelegt wurde. Aber sie fanden nichts. „Man geht nicht davon aus, dass Asteroiden nennenswerte Mengen an Eis enthalten, so dass die Entdeckung einer Spur von Wasser eine echte Überraschung gewesen wäre“, erklärt Opitom. Sie suchten auch nach Spuren des Treibstoffs des DART-Raumschiffs, fanden aber keine. „Wir wussten, dass es weit hergeholt war“, sagt sie, „denn die Menge an Gas, die in den Tanks des Antriebssystems zurückbleiben würde, wäre nicht sehr groß. Außerdem wäre ein Teil des Gases bereits so weit verstreut gewesen, dass wir es mit MUSE nicht mehr nachweisen konnten, als wir mit der Beobachtung begannen.“

Ein anderes Team unter der Leitung von Stefano Bagnulo, einem Astronomen am Armagh Observatory and Planetarium in Nordirland, UK, untersuchte, wie der DART-Einschlag die Oberfläche des Asteroiden verändert hat.

„Wenn wir die Objekte in unserem Sonnensystem beobachten, schauen wir auf das Sonnenlicht, das von ihrer Oberfläche oder ihrer Atmosphäre gestreut wird und dabei teilweise polarisiert wird“, erklärt Bagnulo. Das bedeutet, dass die Lichtwellen nicht mehr zufällig, sondern entlang einer bevorzugten Richtung schwingen. „Wenn wir verfolgen, wie sich die Polarisation mit der Ausrichtung des Asteroiden relativ zu uns und der Sonne verändert, können wir die Struktur und Zusammensetzung seiner Oberfläche erkennen.“

Bagnulo und seine Kollegen nutzten den FOcal Reducer/low dispersion Spectrograph 2 (FORS2) am VLT, um den Asteroiden zu beobachten, und stellten fest, dass die Polarisation nach dem Einschlag plötzlich abnahm. Gleichzeitig nahm die Gesamthelligkeit des Systems zu. Eine mögliche Erklärung ist, dass der Einschlag mehr ursprüngliches Material aus dem Inneren des Asteroiden freigelegt hat. „Vielleicht war das durch den Einschlag ausgehobene Material von Natur aus heller und weniger polarisierend als das Material auf der Oberfläche, weil es nie dem Sonnenwind und der Sonnenstrahlung ausgesetzt war“, sagt Bagnulo.

Eine andere Möglichkeit ist, dass der Einschlag Partikel auf der Oberfläche zerstört hat und dadurch viel kleinere Partikel in die Trümmerwolke geschleudert wurden. „Wir wissen, dass kleinere Fragmente unter bestimmten Umständen das Licht besser reflektieren und weniger gut polarisieren“, erklärt Zuri Gray, ebenfalls Doktorand am Armagh Observatory and Planetarium.

Die Studien der von Bagnulo und Opitom geleiteten Teams zeigen das Potenzial des VLT, wenn seine verschiedenen Instrumente zusammenarbeiten. Zusätzlich zu MUSE und FORS2 wurden die Folgen des Einschlags mit zwei weiteren VLT-Instrumenten beobachtet, und die Analyse dieser Daten ist noch nicht abgeschlossen. „Diese Forschungsarbeiten nutzten eine einmalige Gelegenheit, als die NASA einen Asteroiden rammte“, fasst Opitom zusammen, „und können daher von keiner zukünftigen Einrichtung wiederholt werden. Das macht die Daten, die mit dem VLT zum Zeitpunkt des Einschlags gewonnen wurden, extrem wertvoll für ein besseres Verständnis der Natur von Asteroiden.“

Weitere Informationen
Die im ersten Teil dieser Pressemitteilung vorgestellten Forschungsarbeiten wurden in der Veröffentlichung „Morphology and spectral properties of the DART impact ejecta with VLT/MUSE“ vorgestellt, die in Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202345960) erscheint. Der zweite Teil dieser Veröffentlichung bezieht sich auf die Studie „Optical spectropolarimetry of binary asteroid Didymos-Dimorphos before and after the DART impact“, die in Astrophysical Journal Letters (doi:XXX) erscheinen wird.

Das Team, das die erste Studie durchgeführt hat, besteht aus C. Opitom (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, UK [Edinburgh]), B. Murphy (Edinburgh), C. Snodgrass (Edinburgh), S. Bagnulo (Armagh Observatory & Planetarium, UK [Armagh]), S. F. Green (School of Physical Sciences, The Open University, UK), M. M. Knight (United States Naval Academy, USA), J. de Léon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanien), J.- Y. Li (Planetary Science Institute, USA), und D. Gardener (Edinburgh).

Das Team, das die zweite Studie durchgeführt hat, besteht aus S. Bagnulo (Armagh), Z. Gray (Armagh), M. Granvik (Department of Physics, University of Helsinki, Finnland [Helsinki]; Asteroid Engineering Laboratory, Luleå University of Technology, Schweden), A. Cellino (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Italien), L. Kolokolova (Department of Astronomy, University of Maryland, USA), K. Muinonen (Helsinki), O. Muñoz (Instituto de Astrofísica de Andalucía, CSIC, Spanien), C. Opitom (Edinburgh), A. Penttila (Helsinki), und Colin Snodgrass (Edinburgh).

Das Johns Hopkins Applied Physics Lab hat das DART-Raumschiff gebaut und betrieben und leitet die DART-Mission für das Planetary Defense Coordination Office der NASA als ein Projekt des Planetary Missions Program Office der Behörde. LICIACube ist ein Projekt der italienischen Raumfahrtbehörde (ASI), das von Argotec durchgeführt wird. Für weitere Informationen über die DART-Mission besuchen Sie https://science.nasa.gov/planetary-defense-dart/ oder https://dart.jhuapl.edu.

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt.

Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope, VISTA, das im Infraroten arbeitet, und das VLT Survey Telescope für sichtbares Licht. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Forschungsarbeiten:
Bagnulo et al., Astrophysical Journal Letters
Opitom et al., Astronomy & Astrophysics Letters

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• DART auf Falcon 9 (B1063.3) von Vandenberg

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Quelle: DLR 23. September 2022.

23. September 2022 – Die im letzten Jahr gestartete NASA-Raumsonde DART soll in der Nacht von Montag auf Dienstag erproben, ob es möglich ist, den Kurs eines Asteroiden zu verändern. DART wird dann das Asteroiden-Binärsystem Didymos-Dimorphos erreichen und gezielt auf dem 170 Meter großen Planetoiden Dimorphos einschlagen. Durch den dabei übertragenen „kinetischen Impuls“ soll die Bahn dieses Asteroiden um Didymos verändert werden. Es ist das erste Mal in der Geschichte der Raumfahrt, dass versucht wird, die Bahn eines Himmelskörpers durch einen menschengemachten Körper zu beeinflussen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist an der Analyse des Impakts beteiligt. 2026 soll die ESA Mission Hera, an der Deutschland wesentlich über die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR beteiligt ist, das Asteroidensystem und dessen Veränderung erkunden.

Die Erde wird von jeher durch Asteroiden bedroht. Zwar bewegen sich fast alle der ungefähr eine Million bekannten, über einhundert Meter großen Himmelskörper auf stabilen Bahnen zwischen Mars und Jupiter. Doch haben davon etwa dreißigtausend Asteroiden solche Bahnen, die sich mit der Umlaufbahn der Erde um die Sonne schneiden und diese Körper mit Planeten kollidieren können. Bei einer Kollision eines auch nur wenige hundert Meter großen Körpers mit der Erde würde es zu ganz erheblichen Schäden kommen. Mit Raumsonden könnte diese Gefahr abgewendet werden, indem der Kurs eines solchen erdbahnkreuzenden Asteroiden sehr frühzeitig so verändert wird, dass er an der Erde vorbeifliegt.

„Wir leben im Zeitalter der Raumfahrt. Dadurch haben wir die Möglichkeit, mit Raumsonden die Bahn eines Asteroiden, der auf die Erde zu stürzen droht, zu verändern“, sagt Dr. Jean-Baptiste Vincent vom DLR-Institut für Planetenforschung. Das DLR beobachtet und charakterisiert seit Jahrzehnten erdbahnkreuzende Asteroiden. „Zum einen versuchen wir, diese kleinen, aber manchmal eben auch gefährlichen Himmelskörper zu charakterisieren, ihre physikalischen Eigenschaften zu verstehen, und zum anderen daraus Schlüsse zu ziehen, wie wir sie abwehren könnten, sollten die Berechnungen ergeben, dass sie in der Zukunft mit der Erde zusammenstoßen“, erklärt Dr. Stephan Ulamec vom DLR-Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) in Köln.

Veränderung der Umlaufzeit um einige Minuten
Die beiden DLR-Wissenschaftler sind an der NASA-Mission DART („Double Asteroid Redirection Test“) beteiligt. DART ist ein würfelförmiger Satellit mit knapp zwei Metern Kantenlänge und einer Masse von 610 Kilogramm. Die Mission wurde am 24. November 2021 gestartet und auf einer ellipsenförmigen Bahn zu ihrem Ziel, dem Asteroidenpaar Didymos und Dimorphos gelenkt. Didymos, der größere der beiden Körper, hat einen unregelmäßigen Durchmesser von knapp 800 Metern, Dimorphos von etwa 170 Metern. Dimorphos umkreist Didymos – griechisch für Zwilling – in zwölf Stunden in einer Entfernung von 1.200 Metern. Die beiden Asteroiden umrunden zusammen in 25 Monaten die Sonne auf einem Orbit, der sich mit der Erdbahn kreuzt und sie zu potentiell gefährlichen „NEOs“ (Near-Earth Objects) macht. Im Jahre 2003 kamen die beiden Asteroiden der Erde bis auf sechs Millionen Kilometer nahe.

„Wir gehen davon aus, dass sich die Umlaufzeit von Dimorphos um Didymos durch den Impuls von DART um einige Minuten verändert“, prognostiziert DLR-Forscher Stephan Ulamec. „Allerdings wissen wir nicht, wie Dimorphos beschaffen ist“, ergänzt Jean-Baptiste Vincent. „Ist es ein kompakter Körper oder sind seine Bestandteile nur ganz lose zusammengefügt? Ist Dimorphos also eine Art Schutthaufen aus Gesteinsfragmenten, ein ‚Rubble Pile‘, wie wir in der Asteroidenforschung sagen?“ Die Aufgabe der beiden DLR-Wissenschaftler im DART-Team besteht in der Bestimmung der genauen Form des kleinen Asteroiden, seiner genauen Masse und der Analyse des Kraters und der Übertragung des Impulses und der Auswürfe, die beim Einschlag entstehen.

Die Raumsonde wird dabei natürlich vollständig zerstört, aber der Einschlag von DART auf Dimorphos wird von zwei bereits am 11. September erfolgreich ausgesetzten Kleinsatelliten beobachtet. Die beiden LICIACube-Würfel wurden von der Italienischen Weltraumorganisation ASI entwickelt, um nach dem Einschlag von DART im Vorbeiflug Beobachtungen des Asteroiden-Binärsystems Didymos machen zu können. Die Kleinsatelliten werden vor, während und nach dem Impakt direkt mit der Erde kommunizieren. Jeweils zwei Kameras (LUKE und LEIA) sollen den Einschlag bestätigen und Bilder der Auswurfswolke und möglicherweise eines Kraters festhalten. Drei Minuten nach dem Impakt von DART werden sie an Dimorphos vorbeigeflogen sein, sich drehen und noch Aufnahmen der Rückseite von Dimorphos machen, die DART natürlich nicht aus der Nähe zu sehen bekommt. LICIACube ist die erste rein italienische autonome Raumsonde im Weltraum. Auch die im vergangenen Jahr zu den „Trojaner“-Asteroiden auf der Jupiterbahn gestartete NASA-Mission Lucy wird den Einschlag aus 19 Millionen Kilometer Entfernung beobachten.

Können wir in Zukunft Asteroiden ablenken?
Der gezielte Zusammenstoß der DART-Raumsonde mit Dimorphos wird am 27. September 2022 um 1.14 Uhr MESZ in knapp über elf Millionen Kilometer Entfernung von der Erde geschehen, der kürzesten Entfernung, die das Doppelasteroidensystem in unserer Zeit mit der Erde haben kann (erst 2062 wird das Asteroidenpaar in einer ähnlich geringen Entfernung an der Erde vorbeikommen). Damit sind auch gute Beobachtungsmöglichkeiten für Teleskope auf der Nachtseite der Erde, insbesondere von Europa aus gegeben, die für begleitende Untersuchungen während und nach der Kollision genutzt werden. Auch in den Nächten nach dem Ereignis werden Teleskope Lichtkurven des Binärsystems aufzeichnen, um Daten zu der Bahnveränderung von Dimorphos in die Analyse einzubringen.

Beim Einschlag von DART auf Dimorphos werden fast 140 Millionen Kilojoule Energie umgesetzt. Die Forscher gehen davon aus, dass der Impakt einen Krater von wenigen Zehnermetern Durchmesser erzeugt und sich die Umlaufzeit des Asteroiden messbar, um wenige Minuten verändert. Das entspricht in etwa einer Geschwindigkeitsänderung von einem halben Millimeter pro Sekunde. „Wie effizient die Ablenkung eines Asteroiden durch den Zusammenstoß mit einer Raumsonde ist, wird entscheidend durch die physikalischen Eigenschaften des Körpers beeinflusst, also wie porös und fest das Gestein ist“, erläutert Prof. Dr. Kai Wünnemann vom Museum für Naturkunde Berlin, der mit seinem Team Computersimulationen des Einschlagprozesses erstellt, um möglichst präzise Vorhersagen zu treffen. Am Museum für Naturkunde Berlin werden verschiedene Szenarien der Beschaffenheit von Dimorphos durchgespielt und simuliert, um unter anderem die Kratergrößer zu prognostizieren.

Für die genaue Untersuchung des Einschlags und seiner Folgen wird im Oktober 2024 die mit der NASA abgestimmte Mission Hera der Europäischen Weltraumorganisation ESA gestartet, die maßgeblich in Deutschland entwickelt und gebaut wird. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Sitz in Bonn managt die deutschen ESA-Beiträge für Hera. Im Dezember 2026 wird Hera das Doppelasteroidensystem erreichen, also etwa vier Jahre nach dem Aufprall von DART. Heras detaillierte Untersuchungen werden dann das Wissen über die Möglichkeiten einer Asteroidenabwehr erheblich erweitern. DART und Hera sind Missionen des internationalen Forschungsprojekts AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment).

Immer wieder Asteroidentreffer in der Erdgeschichte
Für die vor uns liegenden Jahrzehnte gibt es gegenwärtig keinen Anlass zur Sorge, dass ein Asteroid die Erde trifft. Doch dies geschah in der viereinhalb Milliarden Jahre langen Geschichte der Erde immer wieder. Spuren davon sind Krater, die beim Einschlag von Asteroiden zurückbleiben, wie das Nördlinger Ries in Süddeutschland oder der Barringer-Krater in Arizona. Der von Einschlagskratern übersäte Mond macht deutlich, dass Asteroidenkollisionen früher viel häufiger waren – auf der dynamisch sich ständig verändernden Erde sind fast alle Spuren von Einschlägen ausgelöscht. Das Aussterben der Dinosaurier ist vor 65 Millionen Jahren durch einen Asteroidentreffer ausgelöst worden.

Dass die Gefahr von Asteroidentreffern auf der Erde auch heute, wenn auch in viel geringerem Maße, real bleibt, wurde am 15. Februar 2013 deutlich. Damals trat ein unbekannter Asteroid in die Erdatmosphäre ein und explodierte über der russischen Stadt Tscheljabinsk. Die Schockwelle der komprimierten Luft der Erdatmosphäre verursachte erhebliche Schäden in der Stadt. Tausende von Fensterscheiben barsten, dabei wurden mehr als 1.600 Menschen verletzt. Der Gesamtschaden wurde auf 30 Millionen Euro geschätzt. Dabei war das Objekt in Tscheljabinsk nur etwa 18 Meter groß.

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• DART auf Falcon 9 (B1063.3) von Vandenberg

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Quelle: ESA 20. September 2022.

20. September 2022 – Der angepeilte Asteroid Dimorphos stellt keine Bedrohung für die Erde dar, und keine Sorge – der kinetische Aufprall von DART kann den Asteroiden nicht auf eine erdnahe Bahn bringen. Mit diesem Experiment soll die Umlaufbahn des Asteroiden leicht verändert werden, damit die Wissenschaftler*innen mehr über die Ablenkungsmöglichkeiten erfahren, falls ein gefährlicher Asteroid entdeckt wird.

Verfolgen Sie den Einschlag live, während die Daten von DART an Bodenstationen auf der ganzen Welt, einschließlich der ESA-Station New Norcia in Australien, übertragen werden. Das NASA-Programm beginnt um Mitternacht MESZ und wird auf ESA Web TV mit Beiträgen des Hera-Missionsteams der ESA ausgestrahlt. Verfolgen Sie die Updates der ESA Mission Control, zu der Estrack und das Space Safety Programm gehören, über @esaoperations auf Twitter.

Ein Einschlag auf einem Asteroiden, bevor ein Asteroid auf uns trifft
Der Double Asteroid Redirection Test (DART) der NASA saust derzeit durch den Weltraum zu einem Paar von durch Schwerkraft gebundenen Asteroiden in einer Umlaufbahn um die Sonne. Das binäre Asteroidensystem ist unter dem Namen Didymos bekannt, und der kleinere „Minimond“ des Paares, Dimorphos, wird der erste Asteroid im Sonnensystem sein, der zum Ziel eines vom Menschen gebauten „kinetischen Impaktors“ wird.

Nach dem Einschlag fliegt die ESA-Mission Hera zu dem getroffenen Felsen, um eine gründliche Analyse des entstandenen Kraters, der Masse des Asteroiden und vieles mehr vorzunehmen und aus diesem großartigen Experiment eine verständliche und wiederholbare Technik zur Planetenverteidigung zu schaffen.

Allerdings hängt all dies davon ab, ob DART sein Ziel trifft. Das Raumfahrzeug wird mit einer Geschwindigkeit von 22.000 km/h durch den Weltraum rasen und sich in einer Entfernung von 11 Millionen Kilometern von der Erde einem beweglichen Objekt nähern, das etwa so groß ist wie die Cheops-Pyramide – alles andere als eine leichte Aufgabe also.

DART wird sogar erst in der letzten Stunde vor dem Einschlag in der Lage sein, Dimorphos von dem größeren zentralen Asteroiden zu unterscheiden, wobei es mithilfe seines hochentwickelten bordeigenen Leit-, Navigations- und Kontrollsystems selbstständig zu seinem unbekannten Ziel manövriert.

Estrack, das Netzwerk der ESA zur Kommunikation mit Satelliten, unterstützt die NASA in den Wochen vor dem Einschlag, indem es DART verfolgt, Daten über seinen Status, seinen Standort und seine Geschwindigkeit liefert – insbesondere während der letzten 12 Stunden, in denen ein Live-Stream von Bildern auf die Erde gesendet wird. Diese können von unzähligen Personen weltweit „live“ verfolgt werden, um eine permanente Überwachung zu gewährleisten.

Riesige Antennen sorgen für eine ultrapräzise Navigation
Die 35 Meter große Deep Space-Antenne der ESA in Malargüe, Argentinien, liefert seit Mai ultrapräzise Messungen der Position von DART und ist in den Monaten vor dem Einschlag regelmäßig für die Mission im Einsatz.

Gemeinsam mit den NASA-Antennen in Canberra, Australien, und Goldstone in Kalifornien bildet die Station ein geografisches Dreieck auf der Erde. Durch die gleichzeitige Verfolgung von DART von jedem Standort aus lassen sich seine Position, Richtung und Geschwindigkeit äußerst präzise bestimmen. Diese Methode der Verfolgung ist als Delta-DOR (Delta – Differential One-Way Range) bekannt.

Die Weltraumantenne der ESA in Australien hat ebenfalls monatlich Statusberichte von DART empfangen. Diese Berichte werden vom Raumfahrzeug per Downlink zur Erde gesendet und enthalten Details über den Status, den Standort und alle empfangenen Befehle – wichtige Informationen für die Mission Control der NASA.

In den letzten zehn Tagen vor dem Einschlag hat sich die Überwachung noch weiter intensiviert, da das Estrack-Netzwerk der ESA die Lücken im Deep Space Network der NASA durch tägliche Kontakte mit dem Raumfahrzeug schließt. Diese „Überflüge“, d. h. der Zeitraum, in dem das Raumfahrzeug sichtbar ist und mit der Antenne am Boden kommuniziert, dauern jeden Tag etwa eine Stunde, solange bis DART die letzte Phase seiner Mission beginnt.

Volltreffer: Der erste Non-Fiction „Film“ über die Ablenkung eines Asteroiden wird live übertragen
In den letzten Stunden seines Lebens wird DART ständig Bilder zur Erde senden, die zeigen, wie sich das Ziel von einer verschwommenen Masse zu einem kleinen Asteroiden wandelt und dramatisch näher kommt und größer wird, bis zum… Volltreffer! Dies wird der erste Non-Fiction Film sein, der einen tatsächlichen Einschlag auf einem Asteroiden zeigt, und es ist wichtig, dass alle Szenen bei uns ankommen.

„Für den Erfolg der Mission ist es entscheidend, dass es während der Endphase von DART keine Lücken in der Übertragung gibt. Daher werden Antennen auf der ganzen Welt zusammenarbeiten, sich gegenseitig unterstützen und alle Lücken im Deep Space Network der NASA schließen – wir dürfen die Verbindung zu DART nicht für einen Moment verlieren“, erklärt Daniel Firre, DART Serviceleiter der ESA.

Die ESA-Station New Norcia in Australien wird während dieser letzten Phase, die 12 Stunden vor dem Einschlag beginnt und bis einige Stunden danach andauert, kontinuierlich aktualisierte Daten und Bilder der Mission liefern. Die Daten von DART werden 11 Millionen Kilometer zurückgelegt haben, bevor sie bei der 35-Meter-Schüssel in Australien ankommen – und das alles in etwa einer halben Minute.

„Unsere riesige Schüssel in Australien wird mit DART in Verbindung stehen, während es auf Dimorphos einschlägt. In den letzten Minuten werden Daten vom DRACO-Instrument an Bord eingespeist. Diese Daten werden von den Wissenschaftler*innen verwendet, um die Masse des Asteroiden, die Art der Oberfläche und den Einschlagsort abzuschätzen“, erklärt Suzie Jackson, New Norcia Station Manager.

„Die Daten von DART werden außerdem in der Mission Control der NASA zur Anpassung von Missionsparametern verwendet, und es ist wirklich wichtig, dass die Informationen so zeitnah wie möglich ankommen.“

Italienischer Cubesat wird Zeuge des Einschlags sein
Was DART uns nicht zeigen kann, ist das visuelle Ergebnis des Einschlags auf dem Asteroiden. Das Raumfahrzeug wird nach Beendigung seiner Arbeit zerstört und die Kommunikation zur Erde wird beendet. Spannend ist auch, dass ein schuhkartongroßer CubeSat der italienischen Raumfahrtagentur (ASI) mit DART unterwegs sein wird.

Der 14 kg schwere LICIACube wird sich fünfzehn Tage vor dem Aufprall von DART trennen, um Bilder vom Einschlag und der daraus resultierenden Wolke aus ausgeworfener Materie aufzunehmen.

Näher an Hera
Um den Einschlag von DART vollständig nachvollziehen zu können, wird die ESA-Mission Hera, sobald sich der Staub gelegt hat, im Jahr 2024 starten und zwei Jahre später im Asteroidensystem Didymos ankommen, um eine hochauflösende visuelle, laser- und funkwissenschaftliche Kartierung des Asteroidenmondes durchzuführen und die Folgen des Einschlags zu untersuchen.

Nachdem Hera gestartet ist, das Didymos-Paar erreicht hat und seine Daten nach Hause sendet, also somit diesen beeindruckenden ersten Test der Planetenverteidigung vollendet, wird das Estrack-Netzwerk der ESA wie immer diese entscheidenden Weltraumdaten zurück zur Erde bringen.

Der Einschlag von DART in den Asteroiden Dimorphos wird ab Mittelnacht am 27.9 live auf NASA TV und auf der NASA-Website übertragen. Die Öffentlichkeit kann auch über die Social-Media-Konten der NASA auf Facebook, Twitter und YouTube live dabei sein.

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• DART auf Falcon 9 (B1063.3) von Vandenberg

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Quelle: Universität Bern 29. Juni 2022.

29. Juni 2022 – Vor 66 Millionen Jahren verursachte ein riesiger Asteroideneinschlag auf der Erde wahrscheinlich das Aussterben der Dinosaurier. Zwar ist zurzeit kein bekannter Asteroid eine unmittelbare Bedrohung. Doch sollte eines Tages ein großer Asteroid auf Kollisionskurs mit der Erde entdeckt werden, müsste dieser womöglich von seiner Flugbahn abgelenkt werden um katastrophale Folgen zu verhindern.

Im vergangenen November ist die DART-Raumsonde der US-Raumfahrtbehörde NASA als erstes Experiment seiner Größenordnung für ein solches Manöver gestartet: Ihre Aufgabe ist es, mit einem Asteroiden zu kollidieren und ihn aus seiner Umlaufbahn abzulenken. So sollen wertvolle Informationen für die Entwicklung einer solchen planetaren Abwehrtechnik gewonnen werden.

In einer neuen Studie, die im Planetary Science Journal veröffentlicht wurde, haben Forschende der Universität Bern und des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS diesen Einschlag mit einer neuen Methode simuliert. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass er sein Ziel viel stärker deformieren könnte als bisher angenommen.

Schutt statt festem Fels
«Im Gegensatz zu dem, was man sich unter einem Asteroiden vorstellt, zeigen direkte Untersuchungen von Raumfahrtmissionen wie der Hayabusa2-Sonde der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA, dass Asteroiden eine sehr lockere innere Struktur haben können – ähnlich wie ein Schutthaufen – die durch Gravitationswechselwirkungen und kleine Kohäsionskräfte zusammengehalten wird», sagt Hauptautorin Sabina Raducan vom Physikalischen Institut und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS an der Universität Bern.

Frühere Simulationen des Einschlags der DART-Mission gingen jedoch meist von einem viel festeren Inneren des Ziel-Asteroiden Dimorphos aus. «Dies könnte das Ergebnis des Zusammenstoßes von DART und Dimorphos, der für den kommenden September geplant ist, drastisch verändern», so Raducan. Anstatt einen relativ kleinen Krater auf dem rund 160 Meter großen Asteroiden zu hinterlassen, könnte der Einschlag von DART mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 24’000 km/h Dimorphos vollständig deformieren. Der Asteroid könnte auch viel stärker abgelenkt und größere Mengen an Material herausgeschleudert werden, als die bisherigen Schätzungen voraussagten.

Ein preisgekrönter neuer Ansatz
«Einer der Gründe, warum dieses Szenario einer losen inneren Struktur bisher nicht gründlich untersucht wurde, ist, dass die notwendigen Methoden nicht zur Verfügung standen», sagt Raducan. «Solche Einschlagsbedingungen können in Laborexperimenten nicht nachgestellt werden, und der relativ lange und komplexe Prozess der Kraterbildung nach einem solchen Einschlag – im Fall von DART eine Sache von Stunden – machte es bisher unmöglich, diese Einschlagsprozesse realistisch zu simulieren», so die Forscherin.

«Mit unserem neuartigen Modellierungsansatz, der die Ausbreitung der Schockwellen, die Verdichtung und den darauf folgenden Materialfluss berücksichtigt, waren wir erstmals in der Lage, den gesamten Kraterprozess zu modellieren, der bei Einschlägen auf kleinen Asteroiden wie Dimorphos entsteht», berichtet Raducan. Für diese Leistung wurde sie bei einem Workshop zur DART-Nachfolgemission HERA von der Europäischen Weltraumorganisation ESA und vom Bürgermeister von Nizza ausgezeichnet.

Eine Erweiterung des Erwartungshorizonts erforderlich
Im Jahr 2024 wird die ESA im Rahmen der Weltraummission HERA eine Raumsonde zu Dimorphos schicken. Ziel ist es, die Folgen des Einschlags der DART-Sonde visuell zu untersuchen. «Um das Beste aus der HERA-Mission herauszuholen, müssen wir ein gutes Verständnis der möglichen Folgen des DART-Einschlags haben», sagt Studienmitautor Martin Jutzi vom Physikalischen Institut und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS an der Universität Bern. «Unsere Arbeit an den Einschlagssimulationen fügt ein wichtiges potenzielles Szenario hinzu, das uns dazu zwingt, unsere Erwartungen in dieser Hinsicht zu erweitern. Dies ist nicht nur im Zusammenhang mit der Planetenverteidigung von Bedeutung, sondern fügt auch ein wichtiges Puzzleteil zu unserem Verständnis von Asteroiden im Allgemeinen hinzu», so Jutzi abschließend.

Publikation
Sabina D. Raducan and Martin Jutzi: Global-scale Reshaping and Resurfacing of Asteroids by Small- scale Impacts, with Applications to the DART and Hera Missions, The Planetary Science Journal, June 2022, DOI: 10.3847/PSJ/ac67a7
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/ac67a7

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Quelle: Museum für Naturkunde Berlin.

22. November 2021 – Ständig treffen Teile von interplanetarem Staub und Gestein auf die Erde. Die meisten von ihnen sind harmlos und verglühen in unserer Atmosphäre. Doch 2013 trat ein unentdeckter, mit 18 Metern relativ kleiner Asteroid in die Erdatmosphäre ein und explodierte über Tscheljabinsk, Russland. Die Explosion verletzte mehr als 1.600 Menschen und verursachte Schäden in Höhe von etwa 30 Millionen Dollar. Astronom*innen schätzen, dass es etwa 25.000 erdnahe Asteroiden mit einer Größe von über 140 Metern gibt – eine potentiell große Gefahr.

Der Double Asteroid Redirection Test (DART) der NASA ist die erste Mission zur Ablenkung eines Asteroiden. Das DART-Raumfahrzeug, das die Größe eines Verkaufsautomaten hat und im Wesentlichen aus Solarzellenfeldern und zwei Antriebssystemen besteht, wurde vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) gebaut.

DART wird auf den Asteroidenmond Dimorphos ausgerichtet, den es mit einer Geschwindigkeit von mehr als sechs Kilometern pro Sekunde (oder fast 22.000 Kilometer pro Stunde) treffen wird. Das binäre Asteroidensystem Didymos besteht aus einem größeren Asteroiden namens Didymos (mit einem Durchmesser von 780 Metern) und einem kleineren, umlaufenden Asteroidenmond namens Dimorphos (160 Meter). Asteroiden umkreisen wie die Planeten die Sonne, die meisten von ihnen auf stabilen Bahnen zwischen den Planeten Mars und Jupiter. Sie werden nur dann gefährlich, wenn sich ihre Bahnen und die Erdumlaufbahn zum gleichen Zeitpunkt kreuzen. Der Schlüssel zur Vermeidung eines Einschlags ist die Fähigkeit der Vorhersage gegenseitiger Annäherungen, um dann die Bahn des Asteroiden geringfügig so zu verändern, dass der Asteroid früher oder später am Schnittpunkt von Erdbahn und Asteroidenorbit eintrifft, um eine Kollision mit der Erde zu vermeiden.

Die Durchführung einer solchen Mission erfordert umfangreiche Modellierung und Simulation des kinetischen Aufpralls, die unter anderem am Museum für Naturkunde Berlin durchgeführt werden. Prof. Dr. Kai Wünnemann leitet hier zusammen mit internationalen Kolleg*innen die Arbeitsgruppe „Impact Modeling“ und erklärt: „Zwar kann durch präzise Beobachtungen des Asteroidensystems durch Teleskope vor und nach dem Einschlag vermessen werden, wie stark Dimorphos durch den Aufprall abgelenkt wurde, genauere Resultate und insbesondere eine detaillierte Beobachtung des verursachten Kraters sowie die Bestimmung der Eigenschaften des Asteroiden und seines Mondes werden aber erst im Rahmen der Hera Mission der ESA, die 2024 gestartet wird, folgen.“

Auch das ebenfalls in Berlin (Adlershof) ansässige Institut für Planetenforschung im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist an DART wissenschaftlich beteiligt. Dr. Jean-Baptiste Vincent ist Mitglied der „Proximity“-Arbeitsgruppe, in der die Oberflächenmorphologie von Didymos und Dimorphos untersucht und ein Formmodell beider Asteroiden erstellt wird. Dr. Vincent und das DLR ist mit mehreren internationalen Kollegen u.a. auch für die Aufnahmeplanung und Datenanalyse der Kamera auf der Nachfolgemission HERA der Europäischen Weltraumorganisation ESA verantwortlich. HERA wird 2024 starten und wie DART zu Didymos und Dimorphos fliegen, um die Auswirkungen der Kollision von DART und Dimorphos zu untersuchen.

Der Start von DART ist für den 24. November 2021 geplant, der Einschlag in Dimorphos erfolgt zwischen dem 26. September und dem 1. Oktober 2022. Obwohl Didymos zu diesem Zeitpunkt noch etwa 11 Millionen Kilometer von der Erde entfernt sein wird, können Teleskope auf der ganzen Welt die Veränderung der Umlaufbahn bestimmen.

Weitere Informationen
https://dart.jhuapl.edu/

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