Quelle: Universität Bern 30. November 2022.

30. November 2022 – Die Datierung der Oberflächen von Himmelskörpern erfolgt durch das Zählen der Größe und Häufigkeit von Kratern. Diese Altersschätzungen können sehr ungenau sein, da man nicht weiß, wie das Material der Oberfläche eines Asteroiden auf einen Einschlag von einem anderen Himmelskörper reagiert. Um die Geschichte des Asteroiden Ryugu zu erforschen, wurde die Raumsonde Hayabusa 2 entwickelt, die auch Proben gesammelt und sie zur Laboranalyse zur Erde zurückgebracht hat.

Beteiligt am Projekt sind Dr. Martin Jutzi und Dr. Sabina Raducan, beide vom Physikalischen Institut der Universität Bern, Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie (WP) und Mitglieder beim Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS. In einer Studie, die soeben in Nature Communications erschienen ist, präsentiert das Team unter ihrer Leitung neue Erkenntnisse zur Entstehung und Entwicklung von Asteroiden.

Kraterbildungsgesetze helfen bei der Datierung von Asteroiden
Zur Erkundung der Asteroideneigenschaften wurde im Rahmen der Weltraummission Hayabusa 2 ein Small Carry-on Impactor auf die Oberfläche des Asteroiden Ryugu geschossen. «Der durch den Einschlag erzeugte Krater erwies sich als viel grösser als erwartet. Wir haben also versucht, das Ergebnis des Einschlags auf Ryugu anhand von Simulationen zu reproduzieren, um herauszufinden, welche Eigenschaften das Material auf der Oberfläche des Asteroiden haben muss», erklärt Martin Jutzi.

Die Beschaffenheit und die Größe eines Einschlagkraters auf einem Asteroiden werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Zum einen durch die spezifischen Eigenschaften des Projektils, zum anderen durch die Eigenschaften des Asteroiden, beispielsweise dessen Festigkeit oder Schwerkraft. «Die Größe und Beschaffenheit des Kraters, der aus dem Einschlag resultiert, kann eine direkte Diagnose der Materialeigenschaften und der oberflächennahen Struktur des Asteroiden liefern», sagt Jutzi. Die Untersuchung des Kraterbildungsprozesses habe daher wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der geologischen und geophysikalischen Entwicklung von Asteroiden.

«Wie Kraterbildung bei niedriger Schwerkraft funktioniert, blieb bisher weitgehend unerforscht. Das liegt daran, dass diese Einschlagsbedingungen in Laborexperimenten auf der Erde nicht nachgebildet werden können», sagt Sabina Raducan, die das Projekt gemeinsam mit Martin Jutzi leitet. Die Forschenden zeigen, dass der Asteroid wahrscheinlich eine sehr lockere innere Struktur hat und nur durch sehr kleine Kohäsionskräfte und Gravitationswechselwirkungen zusammengehalten wird. «Geht man von diesen Bedingungen aus, sind wir in der Lage, mit unseren numerischen Simulationen das Ergebnis des Einschlags auf Ryugu zu reproduzieren», so Raducan.

Die aus den Ergebnissen abgeleiteten Beziehungen zwischen den Projektil-Eigenschaften und Kratergröße deuten darauf hin, dass die Oberflächen kleiner Asteroiden sehr jung sein müssen. «Unsere Ergebnisse zeigen zudem, dass eine geringe Kohäsion die Kraterbildung stark beeinflussen kann. Auf Ryugu gibt es verschiedene geologische Oberflächeneinheiten, die ein unterschiedliches Alter haben. Dies könnte auf den Einfluss der Kohäsion zurückzuführen sein», ergänzt Jutzi.

Wichtige Erkenntnisse für DART
Die Arbeit von Jutzi und Raducan ist auch wichtig für die NASA-Mission «Double Asteroid Redirection Test» (DART), an der die beiden ebenfalls beteiligt sind. DART ist der weltweit erste vollumfängliche Test zur planetarischen Verteidigung gegen mögliche Asteroideneinschläge auf der Erde. Im Rahmen der DART-Mission ist am 27. September 2022 eine Weltraumsonde mit dem Asteroiden Dimorphos kollidiert, um diesen von seiner Umlaufbahn abzulenken. «Die Erkenntnisse der Simulationen zum Einschlag auf Ryugu hilft auch bei der Analyse der Resultate der DART Mission weiter» erklärt Jutzi. «Wir sind daran, die neue entwickelten Modelle auf DART anzuwenden, um damit Erkenntnisse über die Eigenschaften von Dimorphos zu gewinnen. Unsere ersten Simulationen sehen sehr vielversprechend aus» ergänzt Raducan.

Publikation:
Martin Jutzi, Sabina D. Raducan, Yun Zhang, Patrick Michel, and Masahiko Arakawa: Constraining surface properties of asteroid (162173) Ryugu from numerical simulations of Hayabusa2 mission impact experiment, Nature Communications, November 2022 DOI: s41467-022-34540-x, https://www.nature.com/articles/s41467-022-34540-x.

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 20. Oktober 2022.

20. Oktober 2022 – Der Asteroid Ryugu ist wahrscheinlich am äußeren Rand des Sonnensystems jenseits der Gasriesen Jupiter und Saturn entstanden. Diesen Schluss legen hochpräzise Messungen nahe, die das Verhältnis verschiedener Eisenisotope in Gesteinsproben von Ryugu bestimmen. Die japanische Raumsonde Hayabusa 2 hatte die Proben entnommen und vor zwei Jahren zurück zur Erde gebracht. Eine internationale Forschergruppe mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Georg-August-Univesität Göttingen berichtet von diesen Ergebnissen heute in der Fachzeitschrift Science Advances. Demnach unterscheidet sich die Zutatenliste Ryugus in einem entscheidenden Punkt deutlich von der typischer kohlenstoffreicher Meteorite. Stattdessen deutet alles auf eine enge Verwandtschaft mit einer seltenen Meteoritenklasse hin, die ebenfalls dem äußeren Sonnensystem zuzuordnen ist. Die Studie ist eine von insgesamt drei Veröffentlichungen, die die Zeitschriften Science und Science Advances heute dem Asteroiden Ryugu widmen.

Gerade einmal fünf Gramm Gesteinsmaterial enthielt die Probenkapsel, die am 5. Dezember 2020 nahe der Stadt Woomera im australischen Bundesstaat South Australia niederging. Ihr „Absender“ war die japanische Raumsonde Hayabusa 2. Nachdem die Sonde das Gestein ein Jahr zuvor vom Asteroiden Ryugu eingesammelt hatte, nutzte sie den Vorbeiflug an der Erde, um ihre wertvolle Fracht abzuliefern – bevor sie selbst zur nächsten Asteroidenbegegnung weiterreiste. 2031 soll sie ihr zweites Ziel, den Asteroiden 1998 KY26, passieren.

Die in der Kapsel enthaltenen Gesteinsproben sind erst die zweiten, die jemals von einem Asteroiden zur Erde gebracht wurden. Präzise Messungen, die umfassend Aufschluss über Zusammensetzung, Beschaffenheit, Herkunft und Entwicklung des kosmischen Brockens geben können, sind nur in irdischen Labors – und nicht etwa an Bord der Raumsonde – möglich. Knapp zwei Jahre nach Eintreffen der Proben auf der Erde liegen erste Ergebnisse vor. Sie bescheinigen den Gesteinsproben unter anderem eine körnige, lockere Struktur, einen Werdegang, bei dem über einen langen Zeitraum Mineralien mit Wasser reagierten, und belegen, dass Ryugu Aminosäuren und andere komplexe organische Moleküle enthält. Zu den vielen offenen Fragen zählt die nach dem Entstehungsort Ryugus. Dieser Frage geht die aktuelle Studie mit Beteiligung des MPS und der Universität Göttingen nach.

Wanderung durchs Sonnensystem
Der kohlenstoffreiche Asteroid Ryugu, der etwa einen Kilometer im Durchmesser misst und dessen Form an eine abgerundete Doppelpyramide erinnert, zählt zur Klasse der erdnahen Objekte. Diese Körper ziehen ihre Bahnen in einem ähnlichen Abstand um die Sonne wie die Erde. Forscherinnen und Forschern gehen jedoch davon aus, dass Asteroiden dieser Art im inneren Sonnensystem lediglich Zugezogene sind und den größten Teil ihres Daseins im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter verbracht haben.

Der eigentliche Geburtsort vieler Körper des Asteroidengürtels dürfte noch weiter außen im Sonnensystem liegen. Messungen und Simulationen sprechen dafür, dass kohlenstoffreiche Asteroiden (ebenso wie die kohlenstoffreichen Meteoriten, sogenannte kohlige Chondrite) ihren Ursprung im äußeren Sonnensystem haben: die meisten von ihnen in der Nähe der Entstehungsorte von Jupiter und Saturn, einige wenige möglicherweise sogar im Einflussbereich von Uranus und Neptun. Erst das Wachsen der vier Gasriesen wirbelte sie dann in den Asteroidengürtel.

Genauer Blick auf Baumaterial
„Alle Untersuchungen deuten darauf hin, dass Ryugu wie die kohligen Chondrite ein Kind des äußeren Sonnensystems ist“, fasst Dr. Timo Hopp von der University of Chicago, Erstautor der aktuellen Studie, den bisherigen Kenntnisstand zusammen. Der Wissenschaftler forscht mittlerweile am MPS. Ob der Entstehungsort Ryugus jedoch in der Nähe von Jupiter und Saturn oder noch weiter entfernt von der Sonne zu verorten ist, ließ sich bisher nicht klären.

Zu diesem Zweck wandte sich die Forschergruppe um Hopp den Eisenisotopen in den Gesteinsproben des Asteroiden zu. Als Isotope bezeichnet man Varianten desselben chemischen Elements, wie etwa Eisen, die sich lediglich durch die Anzahl der Neutronen im Kern und damit ihr Gewicht unterscheiden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Isotope bestimmter Elemente in der Geburtsstunde des Sonnensystems nicht gleichmäßig verteilt waren. Je nachdem wo ein Körper entstanden ist, stand somit Baumaterial mit unterschiedlichen Isotopenverhältnissen zur Verfügung. Diese Verhältnisse enthalten noch heute Informationen über den Entstehungsort eines Körpers.

Für ihre Analysen untersuchten die Forscher vier Proben des Asteroiden Ryugu sowie zum Vergleich Proben 13 verschiedener Meteoriten, die unterschiedliche Meteoritengruppen repräsentieren. Die meisten von ihnen sind wie Ryugu kohlenstoffreich. „Das Verhältnis bestimmter Eisenisotope zueinander ist ein hervorragender Marker, um einige dieser Gruppen nach ihren Entstehungsorten voneinander zu unterscheiden“, erklärt MPS-Direktor und Ko-Autor Prof. Dr. Thorsten Kleine.

Nachdem die Gesteinsproben von Ryugu in Japan aufwändig chemisch präpariert wurden, reisten sie nach Chicago. Nach weiteren vorbereitenden Schritten analysierte Timo Hopp die Proben mit Hilfe eines Multikollektor-Plasma-Massenspektrometers und konnte so Unterschiede in den Mengenverhältnissen verschiedener Eisenisotope auf wenige Teile pro Million genau bestimmen.

Kosmische Verwandtschaft
Wie sich zeigte, unterscheiden sich diese Verhältnisse im Fall des Asteroiden Ryugu deutlich von dem der meisten untersuchten Meteoriten. Lediglich eine Gruppe von Meteoriten bildet eine Ausnahme: die CI-Chondriten, die nach dem tansanischen Fundort ihres bekanntesten Vertreters auch als Meteoriten vom Ivuna-Typ bezeichnet werden. „Es besteht eine auffällige Verwandtschaft zwischen dem Asteroiden Ryugu und den vergleichsweise seltenen Meteoriten der CI-Gruppe“, so Hopp. „Unsere Messungen belegen, dass Ryugu und Meteorite des Ivuna-Typs im selben Bereich des frühen Sonnensystems entstanden sind und dass dieser Bereich nicht mit dem Entstehungsort anderer kohliger Chondrite zusammenfällt“, fügt er hinzu.

„Alles in allem spricht viel dafür, dass wir mit Ryugu und den Meteoriten vom Ivuna-Typ Überbleibsel der frühen Körper gefunden haben, die sich am äußersten Rand des Sonnensystems gebildet haben“, so Ko-Autor Prof. Dr. Andreas Pack von der Abteilung für Geochemie und Isotopengeologie der Georg-August-Universität Göttingen.

Weitere Studien
Bereits frühere Studien hatten Ähnlichkeiten zwischen dem Asteroiden Ryugu und Meteoriten vom Ivuna-Typ gefunden, etwa in Hinblick auf ihre chemische und mineralogische Zusammensetzung. In der Fachzeitschrift Science berichtet eine Forschergruppe heute von einem weiteren Hinweis: Auch die Gase, welche die Proben von Ryugu während ihrer Reise zur Erde in der Probenkapsel ausgedünstet haben, deuten auf Gemeinsamkeiten mit diesen exotischen Meteoriten hin.

Originalpublikation:
Timo Hopp et al.: Ryugu’s nucleosynthetic hertiage from the outskirts of the Solar System, Science Advances, 20. Oktober 2022, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add8141

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Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena 22. September 2022.

22. September 2022 – Prof. Langenhorst hatte schon Staub des Asteroiden Itokawa, Materie von Marsmeteoriten und interstellaren Staub, den die NASA-Sonde „Stardust“ im Weltall einsammelte, unter seinem Mikroskop. Seine Expertise als Meteoritenforscher machte ihn zuletzt zum Mitglied eines ausgesuchten internationalen Forschungsteams bei der Mission der Weltraumsonde „Hayabusa-2“ zum Asteroiden Ryugu. Unterm Transmissions-Elektronen-Mikroskop untersuchte der Jenaer Forscher in den Bruchstücken vom steinernen Kleinplaneten Minerale, die in astronomischen Dimensionen sehr konkrete Aussagen zur „Geburtsstunde“ des Asteroiden zulassen. Was dabei wann und wo in unserem Sonnensystem passierte, davon berichtet das „Stone“-Team jetzt erstmals in einem Artikel in „Science“.

Asteroiden enthalten wichtige Informationen über den Beginn unseres Sonnensystems
Sie sind manchmal nur etwas größer als ein Auto, manchmal aber auch sind es Gesteinsbrocken von einem und mehr Kilometern Durchmesser, die auf festen Bahnen die Sonne umkreisen. Die Rede ist von Asteroiden oder Planetoiden, von denen Millionen in unserem Sonnensystem ihre Bahnen ziehen. 90 Prozent davon sind im sogenannten Asteroidengürtel zwischen den Planeten Jupiter und Mars unterwegs, einige jedoch kommen der Sonne und damit auch der Erde viel näher. Zu den sogenannten erdnahen Asteroiden gehört auch „Ryugu“, ein Gesteinsbrocken von rund einem Kilometer Durchmesser, der einem auf einer Ecke stehenden Pflasterstein ähnelt. Für seinen Flug um die Sonne in einer Entfernung von 0,96 bis 1,42 Astronomischen Einheiten braucht er 474,5 Tage und kreuzt dabei auch die Erdumlaufbahn. Das macht ihn zu einem besonders interessanten Forschungsobjekt für die Astrowissenschaft.

„Himmelskörper wie Asteroiden, beziehungsweise die von ihnen stammenden Meteoriten, sind so faszinierend, weil sie uns einzigartige Informationen über die Anfänge unseres Sonnensystems liefern“, sagt Langenhorst. Der Professor für Analytische Mineralogie der Mikro- und Nanostrukturen an der Universität Jena ist seit langem damit beschäftigt, Materie aus dem Weltall bis ins kleinste Detail zu analysieren, um die Prozesse bei der Entstehung und Formierung unseres Sonnensystems aufklären zu helfen.

Jenaer Expertise für Meteoriten und Asteroiden
Er war schon 2006 an der „Sternenstaub“- (Stardust)-Mission der NASA zu einem Kometen beteiligt. Langenhorsts Expertise als Astro-Mineraloge war auch gefragt bei der 2003 gestarteten ersten Mission einer japanischen Raumsonde zum Asteroiden Itokawa. Die Sonde wurde nach dem scharfsichtigen Wanderfalken „Hayabusa“ benannt. Der Jenaer gehörte zu dem internationalen Team, das den extraterrestrischen Staub von der Itokawa-Oberfläche untersuchte, den die Sonde 2010 zur Erde gebracht hatte. „Material in der Hand zu halten, das von einem Himmelskörper stammt, der seit Jahrmillionen seine Bahn im Weltall zieht, ist schon faszinierend“, gesteht Langenhorst. Diesen Staubkörnern ihr Geheimnis zu entlocken, treibe ihn immer wieder aufs Neue an.

Seine Mitwirkung im Forschungsteam der Hayabusa-2-Mission wurde nun wieder von den japanischen Kollegen angefragt. 2014 bestimmte die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) den Asteroiden Ryugu als Ziel ihrer Hayabusa-2-Mission. Die Raumsonde erreichte nach mehrjährigem Flug den Kleinplaneten Ryugu und schickte 2018 nicht nur erstaunliche Fotos von dem Himmelskörper zur Erde, sondern brachte zwei Jahre später auch Gesteinsmaterial von dort mit zurück. „Während Hayabusa 1 aufgewirbelten Staub eingesammelt hatte, dessen größtes Korn etwa 0,3 Millimeter klein war, brachte die Sonde diesmal zahlreiche, mehrere Millimeter große Bruchstücke von Ryugu zur Erde“, erklärt Langenhorst. Seine Aufgabe war es, die Minerale in den Gesteinsbruchstücken von Ryugu zu identifizieren und die Verteilung der chemischen Elemente darin zu analysieren.

Asteroid Ryugu ist kein kompakter Felsbrocken, sondern ein Scherbenhaufen
„Dabei arbeitete ich mit einem Transmissions-Elektronen-Mikroskop, das mit einer Auflösung von unter einem Nanometer erstaunliche Details des Materials offenbarte“, erklärt er. „So haben wir festgestellt, dass Ryugu ein sogenannter ,Schutthaufen-Asteroid‘ ist, auf Englisch ,Rubble Pile‘. Das Gestein ist nicht kompakt, sondern besteht aus unzähligen, quasi zusammengebackenen Gesteinsscherben“, beschreibt Langenhorst seine Beobachtungen. Das lasse den Rückschluss zu, dass der heutige Asteroid Ryugu sich erst aus den Trümmern eines Einschlags auf einem ursprünglich deutlich größeren Ur-Asteroiden zusammengeballt hatte.

Die Kristallstruktur und Zusammensetzung der Minerale sind ein Archiv der Asteroiden-Kinderstube
Die Forscher fanden auch Belege dafür, dass die „Kinderstube“ von Ryugu nicht im zentrumsnahen Bereich unseres Sonnensystems gelegen hat, wo sich der Asteroid heute bewegt, sondern im äußeren Bereich des Sonnensystems. „Dort herrschen Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt, dabei kondensieren Wasser und andere leichte Moleküle wie Methan und Ammoniak zu Eisen und ballen sich mit Mineralstaub zu ´dreckigen Schneebällen´ zusammen, den Kometen. Da jedoch in der Frühphase des Sonnensystems auch kurzlebige radioaktive Elemente beteiligt waren, erwärmte sich Ryugu relativ schnell nach der Zusammenballung, sodass das Eis schmolz und Mineralreaktionen einsetzten“, erklärt Langenhorst. Denkbar sei, dass Ryugu also früher ein Komet war. Bei seiner Annäherung an die Sonne sei das Wasser gewissermaßen verdunstet und der feste Staub blieb übrig.

Wasser und organische Materie in den Asteroiden-Trümmern gefunden
Das Hayabusa-2-Team machte dazu neue Entdeckungen. Einer seiner Kollegen entdeckte in einem Staubkorn vom Asteroiden einen Wassereinschluss, der neben Kohlensäure und Salz auch organische Moleküle enthielt. Andere fanden ein tausendstel Millimeter kleine Kügelchen organischen Materials im außerirdischen Gestein.

Vergleichbares kannte man aus Untersuchungen an einem Meteoriten namens Ivuna, der 1938 in Tansania gefunden wurde, und der in die Gruppe der kohligen Chondrite gehört. „Ivuna ist unserem Ryugu zum Verwechseln ähnlich“, berichtet er. Die kohligen Chondrite, so erklärt der Wissenschaftler, seien die ältesten Gesteine unseres Sonnensystems. „Als Urmaterie geben sie am besten die Zusammensetzung unseres Sonnensystems wieder.“

Die neuen Erkenntnisse über Evolution und Diversität der Minerale und anderen Bestandteile der Ryugu-Bodenproben versetzen die Forscher jetzt in die Lage, Aussagen über die Zeit zu treffen, in der der Asteroid entstand und sich entwickelte. „Wir vermuten, dass Ryugu von einem älteren großen Asteroiden abstammt. Dieser Ur-Asteroid bildete sich innerhalb von nur zwei Millionen Jahren nach der Geburt des Sonnensystems in dessen äußerem Bereich, wo Wasser und andere Moleküle als Eis vorhanden waren. Unter radioaktiver Erwärmung schmolz das Eis, wobei sich in diesem Prozess der aquatischen Alteration neue Minerale wie Schichtsilikate, Carbonate und Eisenoxide im Ur-Asteroiden kristallisierten. All diese Prozesse waren nach nur etwa fünf Millionen Jahren beendet. Danach kam es zu der kosmischen Kollision, bei der Teile des Ur-Asteroiden abgesprengt wurden, aus denen sich der neue Asteroid Ryugu formte“, fasst Langenhorst die Ergebnisse des Forschungsteams zusammen.

„Auch wenn wir Prozesse aus der Frühzeit unseres Sonnensystems immer besser aufklären, so ist es wohl unwahrscheinlich, die Rätsel um den Beginn unseres Sonnensystems je vollständig lösen zu können“, räumt er ein. Dass er aktuell an weiteren astro-mineralogischen Themen arbeitet, zeigt jedoch, dass man sich da nicht ganz sicher sein sollte.

Original publication
Nakamura et al., „Formation and evolution of carbonaceous asteroid Ryugu: Direct evidence from return samples“, Science (2022), DOI: https://doi.org/10.1126/science.abn8671,
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8671.

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Quelle: Goethe-Universität Frankfurt am Main 22. September 2022.

22. September 2022 – Die Forschenden entdeckten Bereiche mit starker Anreicherung von Seltenen Erden und unerwartete Strukturen. Darüber berichten sie als Teil einer internationalen Forschungskooperation jetzt im Wissenschaftsmagazin Science (DOI 10.1126/science.abn8671, https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn8671).

Das Team um Frank Brenker ist weltweit führend in einer Methode, die es erlaubt, vollkommen zerstörungsfrei und ohne aufwendige Probenvorbereitung Material in allen drei Raumrichtungen auf seine chemische Zusammensetzung hin zu untersuchen – und zwar mit einer Auflösung von weniger als 100 Nanometern. Die Auflösung gibt den kleinsten wahrnehmbaren Unterschied zwischen zwei Messwerten an. Der ausführliche Name der Methode lautet „Synchrotron Radiation induced X-Ray Fluorescence Computed Tomography“, kurz SR-XRF-CT.

Japan hatte Ryugu (deutsch: Drachenpalast) als Ziel einer Sonde ausgewählt, weil es sich um einen Asteroiden handelt, der wegen seines hohen Kohlenstoffgehalts versprach, besonders viele Informationen über die Entstehung des Lebens in unserem Sonnensystem zu liefern. Die Analysen der Forschenden unter Beteiligung der Frankfurter Wissenschaftler an 16 Partikeln zeigen nun, dass Ryugu aus CI-Material besteht, das in seiner chemischen Zusammensetzung der Sonne äußerst ähnlich ist. Von diesem CI-Material wurde bisher auf der Erde nur selten etwas gefunden – Material, von dem unklar war, wie stark es durch den Eintritt in die Erdatmosphäre sowie den Aufprall auf der Erde verändert oder verunreinigt wurde. Außerdem bestätigen die Analyse die Annahme, dass Ryugu von einem Mutterasteroiden stammt, der sich im äußeren Sonnennebel bildete.

Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass es bedingt durch die niedrigen Temperaturen bei der Entstehung des CI-Materials in der Frühzeit des Sonnensystems kaum Materialtransport innerhalb des Asteroiden gab und damit auch kaum eine Chance für die massive Anreicherung von Elementen. Die Frankfurter Forschenden fanden jedoch mittels SR-XRF-CT in einem der Körner des Asteroiden eine feine Ader aus Magnetit – einem Eisenoxid-Mineral – und Hydroxylapatit, einem phosphathaltigen Mineral. Andere Wissenschaftler-Gruppen ermittelten, dass sich die Struktur und andere Magnetit-Hydroxylapatit-Bereiche in den Ryugu-Proben bei einer überraschend niedrigen Temperatur von unter 40 Grad Celsius gebildet haben müssen. Diese Erkenntnis ist wesentlich für die Interpretation nahezu aller Ergebnisse, die die Untersuchung der Ryugu-Proben erbracht haben und noch erbringen werden.

Das Team von Frank Brenker wies in Hydroxylapatit-haltigen Bereichen der Proben zudem Metalle der Seltenen Erden nach – eine Gruppe von chemischen Elementen, die heutzutage unter anderem für Legierungen und Gläser in High-Tech-Anwendungen unentbehrlich ist. „Die Seltenen Erden kommen in dem Hydroxylapatit des Asteroiden in 100-fach höheren Konzentrationen vor als sonst im Sonnensystem“, sagt Brenker. Zudem seien alle Elemente der Seltenen Erdmetalle in dem Phosphat-Mineral in gleichem Maße angereichert – auch das ist ungewöhnlich. „Diese gleiche Verteilung der Seltenen Erden liefert einen weiteren Hinweis darauf, dass Ryugu ein sehr ursprünglicher Asteroid ist, der die Anfänge unseres Sonnensystems repräsentiert“, ist Brenker überzeugt.

Es ist keineswegs selbstverständlich, dass Forschende der Goethe-Universität Frankfurt Proben der Hayabusa-2-Mission untersuchen durften: Immerhin hat Japan diese Weltraummission komplett in eigener Regie gestaltet und laut Angaben aus dem Jahr 2010 dafür 123 Millionen Euro aufgewendet. Daher möchte das Land jetzt auch einen großen Teil der wissenschaftlichen Ernte einfahren. Doch auf die Expertise der deutschen SR-XRF-CT-Experten mochte Japan dann doch nicht verzichten.

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Der Beitrag Analyse von Partikeln des Asteroiden Ryugu liefert überraschende Ergebnisse erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Kirsten Müller und Ingo Muntenaar.

Bei den Veranstaltungen haben Wissenschaftler, Raumfahrer und Gründungsmitglieder des Asteroid Day über die Wichtigkeit der Erforschung von Asteroiden insbesondere durch Raumfahrtmissionen aufgeklärt.

An dieser Stelle möchten wir nicht die Speisekarte zum Gala Dinner wiedergeben, ebenso wenig den Ablauf des Live Events zum Asteroid Day im RTL Studio. Möglicherweise verrät der Bartender des SOFITEL Luxembourg Le Grand Ducal die Zusammensetzung des diesjährigen Cocktails zum Asteroid Day Gala Dinner. Sicher ist auf jeden Fall, dass sich die Aufzeichnung der Live Sendung zum Asteroid Day 2022 im Internet weiterhin abrufen lässt, und zwar unter folgendem Link: https://www.youtube.com/channel/UCG8uh6dJkvSDfv3GiWwuooA .

Hier finden sich auch weitere Aufzeichnungen zum Asteroid Day.

Daher werden wir uns auf eine Zusammenfassung des Technical Briefing vom 29. Juni 2022 im Arendt House beschränken, ohne die Wichtigkeit der anderen Veranstaltungen als vernachlässigbar zu unterschlagen.

Das Technical Briefing wurde von Danica Remy moderiert. Im Technical Briefing gab es Präsentationen von Dr. Patrick Michel, Hannah Goldberg, Sabina Raducan und Mario Juric.

Begleitet wurden diese Präsentationen durch die Raumfahrer Ed Lu (STS-84, STS-106, Sojus-TMA 2/ISS-7), Ron Garan (STS-124, Sojus-TMA 21/ISS-27/ISS-28), Michel Tognini (Sojus-TM 15, STS-93) und Dorin Prunariu (Sojus 40), die, genau wie das Publikum entsprechende Fragen stellten.

Patrick Michel ist Planetenforscher, Forscher am CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), Leiter des Planetologen Teams des Lagrange Observatory of the Cote d‘Azur Observatory in Nizza und Präsident der NEO WG (Working Group) der IAU (International Astronomical Union). Zur Zeit ist er Projektleiter bei der ESA Hera Mission und Co-Investigator bei OSIRIS-REx und der Hayabusa-2 Mission.

Hannah Goldberg ist eine Systemingenieurin, die sich auf das Design von Raumfahrtsystemen kleiner Raumflugkörper und die Entwicklung und den Test von Instrumenten spezialisiert hat. Zur Zeit arbeitet sie als Nutzlastsystemingenieurin bei der ESA und ist für die Hera Mission zuständig.

Sabina Raducan ist zur Zeit eine Postdoctoral Researcher an der Universität Bern. Sie befasst sich mit numerischen Simulationen von Einschlägen in Asteroiden. Zur Zeit ist sie Mitglied in den Arbeitsgruppen der NASA DART Mission als auch der ESA Hera Mission. Die Hauptaufgabe von Sabina Raducan liegt in der Auswertung und Interpretation der DART Mission.

Prof. Mario Juric werden wir in einem weiteren Teil unserer Serie zum Asteroid Day 2022 vorstellen.

Warum werden Asteroiden überhaupt erforscht? Die drei wichtigsten Gründe sind folgende:

1. Wissenschaft: Asteroiden und Kometen geben beste Rückschlüsse auf die Entstehung und Geschichte unseres Sonnensystems.
2. Abwehr vor einem Asteroideneinschlag auf der Erdoberfläche
3. Ressourcen: Asteroiden bieten eine reiche Vielfalt an Mineralien, Gasen und Wasser, die zur Bereitstellung von Rohstoffen, Energie und Lebensmitteln genutzt werden könnten, um das menschliche Leben zu erhalten und die Erforschung des Weltraums zu ermöglichen.

Daher wird das Wissen über Asteroiden benötigt und die Hera-Mission der ESA wird diese Fragen beantworten können. Fest steht bereits jetzt, dass nur photographische Aufnahmen von Asteroiden keinen Aufschluss über die mechanischen Eigenschaften und Reaktionen auf mechanische Impulse geben können. Nicht berühren, nur anschauen ist hier nicht die Lösung (der Fragen). Der Asteroid muss aus nächster Nähe erforscht und auch penetriert werden.

Zwei Asteroidenmissionen haben in den letzten Jahren stattgefunden. Das Technical Briefing gab hier einen kurzen Überblick.

Die Mission Hayabusa-2

Eine weitere Raumsonde zur Erforschung von Asteroiden wurde am 3. Dezember 2014 mit einer H-IIA Rakete vom japanischen Raketenstartplatz Tanegashima durch die japanische Raumfahrtagentur JAXA gestartet.

Ziel der Asteroidensonde Hayabusa-2 (Hayabusa Follow-on Asteroid Sample Return Missions) war der Asteroid (162173) Ryugu. Am 27. Juni 2018 schwenkte Hayabusa-2 in eine Umlaufbahn ca. 20 km über der Asteroidenoberfläche von Ryugu ein.

An Bord der Raumsonde waren insgesamt 4 kleine Rover, die aufgrund der geringen Gravitation sich nicht durch Räder fortbewegen sollten, sondern mit Schwungmassen, die die Lander auf der Asteroidenoberfläche zwischen 10 bis 70 m weit springen lassen konnten.

Die Rover-1A und Rover-1B waren in einem gemeinsamen Lander untergebracht. Dieser Lander war mit Stereokameras, Weitwinkelkameras und Thermometern ausgestattet. Rover-2 war zusätzlich mit LEDs im optischen und UV-Lichtbereich ausgestattet. Damit konnten umherschwebende Partikel ausgeleuchtet und detektiert werden. Der vierte Rover namens MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) hatte ein Nutzlastpaket bestehend aus Infrarotspektrometer, Magnetometer, Weitwinkelkamera und Radiometer an Bord.

Nach dem Absetzen der Asteroidenlander wurden die Daten über die Hayabusa-2 als Relaisstation an die Satellitenbodenstation in Weilheim weitergeleitet.

Der Landecontainer mit den beiden Einheiten Rover-1A und Rover-1B setzte am 22. September 2018 auf der Oberfläche von Ryugu und hat als Vorhut mögliche Landestellen für MASCOT ausgekundschaftet. Am 3. Oktober 2018 erfolgte dann die Landung von MASCOT, welcher dann ungefähr 17 Stunden Informationen von der Asteroidenoberfläche sendete.

Rover-2 zerschellte auf Ryugu, nachdem Hayabusa-2 nach dem Aussetzen die Kontrolle über den Landecontainer verloren hatte.

Mit dem interessantesten Teil der Mission, nämlich der Entnahme von Bodenproben wurde am 21. Februar 2019 begonnen. Die Umlaufbahn von Hayabusa-2 wurde so verringert, dass ein Trichter die Oberfläche von Ryugu berührte. Dabei wurde nicht wie bei OSIRIS-REx Stickstoff unter hohem Druck ausgestoßen, sondern ein Projektil aus 5 g Tantal mit einer definierten Geschwindigkeit von 300 m/s auf die Oberfläche abgeschossen. Herausgesprengtes Material wurde von dem Trichter der Raumsonde eingesammelt. Diese Probe bestand allerdings hauptsächlich aus Oberflächenmaterial.

Um tieferes und damit weniger verwittertes Probenmaterial zu erhalten, musste ein größerer künstlicher Krater geschaffen werden. Daher wurde am 5. April 2019 ein weiteres Projektil vom Raumflugkörper abgeschossen. Dieses Projektil mit der Bezeichnung SCI (Small Carry-on Impactor) bestand aus 2,5 kg Kupfer, welcher mit einer Hohlladung von 4,5 kg Plastiksprengstoff aus einer Bahnhöhe von 500 m auf die Oberfläche von Ryugu beschleunigt wurde. Nach der Zündung des Projektils wurde die DCAM3 Kamera ausgesetzt, welche den Einschlag des Projektils beobachtete. Um nicht von ausgeworfenem Asteroidenmateral getroffen zu werden, befand sich Hayabusa-2 zu dem Zeitpunkts des Einschlags bereits auf der Asteroidenrückseite.

Bis zum 11. Juli 2019 wurde die Umlaufbahn von Hayabusa-2 erneut abgesenkt, so dass ein Greifer aus tieferen Schichten des 2 m großen Einschlagkraters freigelegtes Material entnehmen konnte.

Bei diesen Untersuchungen mit dem Greifer konnte bereits festgestellt werden, dass es sich in Oberflächennähe des Asteroiden um kohäsionsloses Material handelt. Das feinkörnige Lockergestein hat keinen Zusammenhalt untereinander. Die Haftfestigkeit der Partikel untereinander ist sehr niedrig. Dieses wurde auch durch den durch das Projektil verursachten großen Einschlagkrater bestätigt.

Mitte November 2019 verließ Hayabusa-2 die Asteroidenumlaufbahn ohne die ausgesetzten Lander und Rover. Diese blieben auf der Oberfläche von Ryugu zurück.

Hayabusa-2 trat seinen Rückweg zur Erde an, um dort in einem Swing-by-Manöver am 5. Dezember 2020 aus der Bahn katapultiert und beschleunigt zu werden. Damit begann eine erweiterte Mission, die Hayabusa-2 bis zum Jahr 2031 zum Vorbeiflug an zwei weiteren Asteroiden führen wird.

Die Rückkehrkapsel mit dem Probenmaterial vom Ryugu wurde kurz vor dem Swing-by von Hayabusa-2 abgesprengt und trat in die Erdatmosphäre ein. Am Fallschirm landete die Kapsel in der Woomera Test Range in Australien. Zur weiteren Analyse der Proben wurde die Kapsel ins Extraterrestrial Sample Curation Center der JAXA gebracht.

Die Mission Osiris-REx

In den letzten Jahren wurden mehrere Raumsonden gestartet, die als Hauptziel die Erforschung von Asteroiden haben.
Die Raumsonde OSIRIS-REx (Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security – Regolith Explorer) ist eine Raumsonde der NASA. Sie wurde am 8. September 2016 mit einer Atlas-V vom LC-41 in Cape Canaveral gestartet.

Hauptaufgabe der Raumsonde OSIRIS-REx ist die Erforschung des Asteroiden Bennu, einem erdnahen Asteroiden mit einem Durchmesser von 494 m.

Für die Erforschung des Asteroiden stehen OSIRIS-REx fünf unterschiedliche Instrumente zur Verfügung:

Die OCAMS (OSIRIS-REx Camera Suite) ist ein aus mehreren hochauflösenden Kameras bestehendes System, welches Bilder der Asteroidenoberfläche aufnimmt und auch hochauflösende Bilder möglicher Probenentnahmestellen aufgenommen hat. Die Probenentnahme wurde von OCAMS aufgezeichnet.

OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter) lieferte Daten mit einem LIDAR, welches Laserimpulse auf die Oberfläche von Bennu gesendet hat. Durch die Zeitdifferenzen von gesendeten und reflektiertem Lichtstrahl konnte die Entfernung zwischen Raumsonde und Asteroid bestimmt werden. Damit konnten hochauflösende topografische Daten über Bennu bereitgestellt werden.

OTES hat über ein Wärmeemissionsspektrometer Daten über die mineralische Zusammensetzung, die durchschnittliche Partikelgröße und die Temperaturverteilung der Oberfläche ermittelt.

OVIRS (OSIRIS-REx Visible and Infrared Spectrometer) sammelt und analysiert sichtbares und infrarotes Licht und liefert damit Spektralkarten über mineralisches und organisches Material an der Oberfläche von Bennu. Diese Untersuchungen werden durch das Studentenexperiment REXIS (Regolith X-ray Imaging Spectrometer) untersützt.

Ende Dezember 2018 trat OSIRIS-REx in einen Orbit um den Astroiden Bennu ein und begann mit der Kartografierung der Asteroidenoberfläche. Über mehrere Monate hinweg wurde die Umlaufbahn um Bennu von anfänglich 1,75 km auf eine Oberflächenentfernung von 375 m zum Asteroiden verringert. Nach einer Überprüfung des TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism) genannten Roboterarms wurde das eigentliche Missionsziel durchgeführt.

Die Umlaufbahn von OSIRIS-REx wurde weiter abgesenkt, so dass der Probenentnahmekopf am Ende des Roboterarms die Asteroidenoberfläche berühren konnte. Dabei sollte der Probenentnahmekopf bis auf 50 cm Tiefe in die Oberfläche von Bennu eindringen. Durch zusätzlichen Ausstoss von Stickstoff wurde weiteres Probenmaterial von der Oberfläche aufgewirbelt.

Insgesamt sollten so 60 g Regolith-Gestein und mehrere Kubikzentimeter an Oberflächenstaub eingesammelt werden. Die Umlaufbahn von OSIRIS-REx wurde wieder angehoben und die Probenentnahmestelle ausführlich über die hochauflösenden Kameras beobachtet. Dabei stellte sich heraus, dass TAGSAM mehr als die gewünschten 60 g Regolith einsammelte. Eine nochmalige Probenentnahme war demnach nicht mehr erforderlich. Auffallend war allerdings, dass der Probenentnahmekopf beim Berühren der Asteroidenoberfläche auf keinen Widerstand stieß.

Das Asteroidenmaterial, welches in der Probenentnahmeeinheit war, wurde mitsamt des Probenentnahmekopfes in eine Probenrückkehrkapsel namens SRC (OSIRIS-REx Sample Return Capsule) eingeführt.

Am 10. März 2021 wurden die Triebwerke von OSIRIS-REx gezündet und es verließ die Umlaufbahn um Bennu. Auf dem Rückweg an der Erde vorbei wird die Probenrückkehrkapsel ausgestoẞen, und dringt in die Erdatmosphäre ein, wo sie dann am 24. September 2023 auf der Utah Test and Training Range landen wird.

OSIRIS-REx wird seine Mission unter dem Namen OSIRIS-APEX (OSIRIS APophis EXplorer) fortsetzen und den Asteroiden Apophis 2029 erreichen, um ihn dann auf einer 18 monatigen Mission zu untersuchen.

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• Asteroid Day

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Quelle: Universität Bayreuth 10. Juni 2022.

10. Juni 2022 – Ein internationales Forscherteam mit Prof. Dr. Audrey Bouvier, Kosmochemikerin am Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth, berichtet in „Science“ über mineralogische und chemische Analysen von Gesteinsproben des Asteroiden Ryugu. Die Raumsonde Hayabusa2 der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA hat 2019 Proben von dem Asteroiden, der einen Durchmesser von 0,9 Kilometern hat, gesammelt und in einer Kapsel zur Erde zurückgeschickt. Die Forschungsergebnisse werden zu neuen Erkenntnissen über die Entstehung des Sonnensystems und die chemische Zusammensetzung der terrestrischen Planeten beitragen. Unter Bouviers Leitung wird die Erforschung von Weltraumgestein am BGI weiter intensiviert. Neben Asteroiden werden hier in den kommenden Jahren auch Gesteinsproben von Mars und Mond untersucht.

Prof. Dr. Audrey Bouvier ist Mitglied des internationalen Forschungsteams, das an den ersten, in Japan durchgeführten chemischen Analysen der Ryugu-Gesteinsproben beteiligt war. Im Gegensatz zu den zahlreichen Meteoriten, die auf der Erdoberfläche eingeschlagen sind, haben die vom Asteroiden entnommenen Proben einen entscheidenden Vorteil: Sie sind garantiert nicht durch den Eintritt in die Erdatmosphäre oder den Aufenthalt auf der Erde chemisch verändert worden. Sie sind so entstanden, wie sie sind: im Weltraum. Die von Hayabusa2 zur Erde gesandten Gesteinsproben hatten ein Gesamtgewicht von etwas mehr als 5,4 Gramm. „Als die Probenbehälter schließlich in Japan geöffnet wurden, war die Überraschung groß, denn es handelte sich um weitaus mehr Material, als wir ursprünglich erwartet hatten“, sagt Bouvier. „Die Proben in den Behältern sahen aus wie dunkle Kieselsteine. Die meisten waren nur wenige Millimeter groß, einige wenige waren größer – bis zu einem Zentimeter, was nahe an der maximalen Größe liegt, die man bei der Probeentnahme an der Asteroid-Oberfläche erhalten kann.“

Ryugu zeigt Spuren der Geschichte des Sonnensystems
Bei ihrer Untersuchung von Ryugu entdeckten die Forscher, dass die Mineralien in Kontakt mit einer wässrigen Flüssigkeit bei einer Temperatur von etwa 37 Grad Celsius verändert wurden, aber nie Temperaturen von über 100 Grad Celsius ausgesetzt waren. Chronologische Untersuchungen deuten darauf hin, dass diese Veränderungen etwa fünf Millionen Jahre nach der Entstehung der ersten Mineralien im Sonnensystem stattgefunden haben. Diese Veränderungen fanden in einem der unzähligen Kleinstplaneten (Planetesimale) statt, aus denen sich später die Planeten des Sonnensystems durch Akkretion entwickelten. Auf dem Planetesimal, aus dem Ryugu herausgesprengt wurde, könnte es reichlich Wasser gegeben haben, was eine wichtige Voraussetzung für die Entstehung von Leben gewesen wäre.

Ein weiteres auffälliges Merkmal ist die Häufigkeit der in den Gesteinsproben enthaltenen chemischen Elemente: Ryugu ähnelt den kohlenstoffhaltigen CI-Chondriten des Meteoriten Ivuna, aber besonders stark ist die Ähnlichkeit mit der Zusammensetzung der Photosphäre der Sonne. Die Photosphäre ist die äußere Hülle eines Sterns, von der Licht in den Weltraum abgestrahlt wird, so dass man daraus seine chemische Zusammensetzung ableiten kann.

Die Analysen der Ryugu-Proben deuten außerdem darauf hin, dass der Asteroid von einem Planetesimal abstammt, das sich am äußersten Rand des Sonnensystems gebildet hat. Später wanderte Ryugu in das Innere des Sonnensystems und gelangte auf seine heutige erdnahe Umlaufbahn um die Sonne. In der aktuellen Forschung wird vermutet, dass Materialien, die am äußersten Rand des Sonnensystems entstanden sind, zur Entstehung der Erde beigetragen haben könnten. Kohlenstoffhaltige Materialien könnten eine wichtige Quelle für die so genannten flüchtigen Elemente auf der Erde gewesen sein. Flüchtige Elemente wie Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff sind wesentliche Bestandteile der Erdatmosphäre und der Ozeane und haben daher einen entscheidenden Anteil an der Entstehung des Lebens.

Auf der Suche nach Leben im Weltraum: in Zukunft auch an der Universität Bayreuth
Wenige Tage vor der Veröffentlichung des neuen „Science“-Artikels gab ein anderes internationales Forscherteam bekannt, dass in Gesteinsproben von Ryugu 20 verschiedene Aminosäuren nachgewiesen wurden. Aminosäuren sind die Bausteine des Lebens auf der Erde. „Es ist das erste Mal, dass Aminosäuren entdeckt wurden, die eindeutig nicht auf der Erde entstanden sind oder verändert wurden. Auch vor diesem Hintergrund ist der Asteroid Ryugu ein spannendes Forschungsobjekt, das aufschlussreiche Erkenntnisse über den Ursprung des Lebens verspricht. Deshalb wollen wir uns an der Universität Bayreuth in Zukunft verstärkt in die Analyse von extraterrestrischen Gesteinsproben einbringen“, sagt Prof. Dr. Audrey Bouvier. Gemeinsam mit Dr. Nobuyoshi Miyajima, Mineraloge am Bayerischen Geoinstitut, wird sie bei der japanischen Raumfahrtbehörde beantragen, dass Ryugu-Proben für weitere mineralogische und chemische Analysen an das BGI ausgeliehen werden. Im September 2022 werden am BGI neue Labore für Isotopengeochemie und Kosmochemie eröffnet. Hier sollen hochpräzise Isotopenstudien von Spurenmetallen in Ryugu- und anderen Planetenproben durchgeführt werden.

Voraussichtlich werden auch Proben von Marsgestein an der Universität Bayreuth untersucht werden, sei es in Form von Meteoriten oder von Proben, die von laufenden und zukünftigen Missionen zurückgebracht werden. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) und die European Space Agency (ESA) haben Prof. Dr. Audrey Bouvier kürzlich als Mitglied der Mars Sample Return Campaign Science Group ausgewählt. Dieses internationale Gremium plant derzeit die Rückführung von Gesteinsproben vom Mars. Es definiert die wissenschaftlichen Ziele der laufenden Probensammlung durch den Perseverance-Rover und entscheidet über die Konservierung und Verteilung der Proben für wissenschaftliche Analysen.

Zur Hayabusa2-Mission
Die Raumsonde Hayabusa2 startete am 3. Dezember 2014 und erforschte den Asteroiden Ryugu 17 Monate lang (Juni 2018 bis November 2019). Die Mission umfasste zwei Landeoperationen, um Proben des Asteroiden zu sammeln. Bei der zweiten Landung wurde durch den Abschuss eines 5-Gramm-Tantal-Projektils ein Krater erzeugt, so dass nicht nur Oberflächenmaterial, sondern auch Gesteinsproben aus tieferen Schichten gesammelt werden konnten. Die Probenkapsel wurde am 6. Dezember 2020 in Australien geborgen und unter strengen Quarantänebedingungen während der COVID-19-Pandemie nach Japan gebracht. Das internationale Team, das die Ryugu-Proben bisher analysiert hat, besteht aus insgesamt sechs Forschergruppen, die von Wissenschaftler*innen in Japan geleitet werden. Prof. Dr. Audrey Bouvier ist Mitglied der Arbeitsgruppe, die die in den Proben enthaltenen chemischen Elemente und ihre Isotope untersucht. Die Raumsonde Hayabusa2 ist unterdessen auf dem Weg zu einem anderen Asteroiden.

Veröffentlichung
Tetsuya Yokoyama et al: Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites. Science 2022, doi.org/10.1126/science.abn7850
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn7850

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: Universität Bern.

Vor rund viereinhalb Milliarden Jahren, als unser Sonnensystem noch in den Kinderschuhen steckte, gab es noch keine Erde. Sie war, zusammen mit den anderen Planeten des Systems, noch als Staub in der so genannten protoplanetaren Scheibe verteilt. Über Jahrtausende hinweg klumpte sich dieser Staub langsam zusammen und bildete immer größere Objekte. Diese kollidierten oft heftig miteinander, manchmal zerschmetterten sie sich gegenseitig.

Mit der Zeit jedoch bildeten sich daraus planetarische Bausteine und schließlich unser Heimatplanet und seine Nachbarn. Auch heute noch zeugen Krater auf der Oberfläche von Himmelskörpern von diesen Kollisionen. Dies gilt auch für die beiden Asteroiden «Ryugu» und «Bennu», wie Aufnahmen von der Raumsonde Hayabusa2 der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der OSIRIS-REx-Mission der NASA zeigen. Die beiden Asteroiden waren jedoch möglicherweise nicht nur von Kollisionen betroffen, sondern sind sogar durch solche entstanden, wie eine soeben in der Zeitschrift Nature Communications publizierte Studie darlegt, an der Martin Jutzi vom Physikalischen Institut und dem Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS an der Universität Bern beteiligt ist.

Gemeinsame Abstammung
Die jüngsten Untersuchungen haben nicht nur gezeigt, dass beide Asteroiden in ihrer Form Diamanten ähneln, sondern auch, dass es sich weniger um Einzelobjekte handelt, sondern eher um Aggregate von Felsen, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Außerdem scheinen beide Asteroiden vom Typ der kohlenstoffhaltigen Asteroiden zu sein, was bedeutet, dass ihre Zusammensetzung grosse Mengen an Kohlenstoff enthält. Diese Ähnlichkeiten veranlassten die Forschenden zu der Annahme, dass «Ryugu» und «Bennu» von größeren Asteroiden abstammen, vielleicht sogar vom selben Objekt.

Dennoch zeigten weitere Beobachtungen, dass die beiden Asteroiden auch Unterschiede aufweisen. Am bemerkenswertesten sind die unterschiedlichen Hydratationswerte: «Ryugu» scheint trockener zu sein als «Bennu».

Berner Expertise zu 3D-Simulationen von Kollisionen
Wenn die beiden Asteroiden tatsächlich vom selben Objekt stammen, wie könnten dann die unterschiedlichen Hydratationsniveaus erklärt werden, wenn man ihre ausgeprägte Diamantenformen in Betracht zieht?

An dieser Stelle kam Martin Jutzi ins Spiel, dessen Spezialgebiet 3D-Simulationen von Kollisionen sind. Damit hat Jutzi in der Vergangenheit unter anderem auch nachgewiesen, dass der Komet Churyumov-Gerasimenko viel jünger ist als angenommen, und er konnte die Entstehung der Saturnmonde klären, die aussehen wie kosmische Ravioli und Spätzli. «Für die aktuelle Studie habe ich die Kollisionen eines potenziellen Mutter-Asteroiden mit anderen Objekten modelliert und berechnet, wie sich dies auf die Dichte der Fragmente auswirken könnte», erklärt er. Mit Hilfe seiner Berechnungen konnte das Team zeigen, dass sich die Kollisionsfragmente wieder zusammensetzen und die Diamantenform bilden können.

Frühere Studien hatten angedeutet, dass die Form auf einen thermischen Effekt zurückzuführen ist, der die Rotationsgeschwindigkeit des Asteroiden beschleunigt und zu einer äquatorwärts gerichteten Verschiebung des Materials führt. Da dieser Effekt jedoch eine lange Zeit benötigt, um die Diamantenform zu erzeugen, wäre es schwierig gewesen, ihn mit den sehr alten Kratern in Einklang zu bringen, die darauf hindeuten, dass die Form schon früh in der Geschichte der Asteroiden entstanden ist. «Wir konnten die These, dass die Form auf thermische Effekte zurückzuführen ist, nun also dank unserer Simulationen widerlegen», erklärt Jutzi.

Jutzi und seine Kolleginnen und Kollegen zeigten auch, dass die Fragmente durch die Kollisionen unterschiedlich stark erhitzt werden konnten. «Wir haben die Modelle zur Berechnung des verursachten Temperaturanstiegs verbessert», erklärt Jutzi. Diese Erwärmung treibt die Verdampfung und den Verlust von Wasser in den Mineralien der Asteroiden an. Die unterschiedliche Erwärmung könnte somit die Unterschiede beim Wasserverlust und den daraus resultierenden Hydratationswerten erklären.

Weitere Erkenntnisse aus Proben
Materialproben aus den beiden Asteroiden-Probenentnahme-Missionen werden es den Forschenden ermöglichen, ihre Ergebnisse zu verifizieren. Die JAXA-Mission befindet sich derzeit auf dem Rückweg zur Erde. Wenn alles wie geplant verläuft, wird sie ihre Proben von «Ryugu» bis Ende des Jahres liefern. Die NASA-Raumsonde wird versuchen, ihre Proben von «Bennu» im Herbst zu sammeln und dürfte sie in etwas mehr als drei Jahren zur Erde zurückbringen. Die Forschenden hoffen, dass die Proben ihnen helfen werden, Ursprung, Entstehung und Entwicklung nicht nur von «Ryugu» und «Bennu» besser zu verstehen, wie Martin Jutzi sagt: «Indem wir diese Objekte betrachten, können wir idealerweise auch unser Verständnis dafür verbessern, wie die planetarischen Bausteine entstanden sind, die schließlich die Erde geformt haben.»

Angaben zur Publikation
Collisional formation of top-shaped asteroids and implications for the origins of Ryugu and Bennu, Patrick Michel et al., 2020 May, 27, Nature Communications

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• Erdnahe Asteroiden (NEOs)

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Quelle: DLR.

Das Sonnensystem mit seinen Planeten bildete sich vor rund 4,5 Milliarden Jahren. Zahlreiche bruchstückhafte Zeitzeugen dieser frühen Phase ziehen bis heute als Asteroiden ihre Bahnen um die Sonne. Rund Dreiviertel davon sind kohlenstoffreiche C-Typ-Asteroiden wie auch 162173 Ryugu, der 2018 und 2019 das Ziel der japanischen Weltraummission Hayabusa2 war und die sich gegenwärtig auf ihrem Rückflug zur Erde befindet. Zahlreiche Wissenschaftler, darunter auch Planetenforscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), untersuchten den knapp einen Kilometer großen nah der Erdbahn kreuzenden kosmischen „Schutthaufen“ intensiv. Nun zeigen in der Fachzeitschrift NATURE veröffentlichte Infrarot-Aufnahmen der Raumsonde, dass der Asteroid rundum fast vollständig aus hochporösem Material besteht. Demnach hat sich Ryugu größtenteils aus den Bruchstücken eines durch Einschläge zertrümmerten Mutterkörpers gebildet. Die hohe Porosität und der damit verbundene geringe innere Zusammenhalt der Gesteinsbrocken auf Ryugu sorgen dafür, dass solche Körper beim Eintritt in die Erdatmosphäre vermutlich in zahlreiche Fragmente auseinanderbrechen. Deshalb lassen sich kohlenstoffreiche Meteoriten nur sehr selten auf der Erde finden, weil die Atmosphäre tendenziell einen höheren Schutz vor ihnen bietet.

Temperaturverhalten verrät Dichte

Diese Untersuchung der globalen Eigenschaften von Ryugu bestätigen und ergänzen die Erkenntnisse, die der deutsch-französische Lander MASCOT im Rahmen der Hayabusa2-Mission bereits für die Landeumgebung auf Ryugu erbrachte. „Fragile, hochporöse Asteroiden wie Ryugu sind wahrscheinlich das Bindeglied in der Evolution von kosmischem Staub zu massiven Himmelskörpern“, sagt Dr. Matthias Grott vom DLR-Institut für Planetenforschung, einer der Autoren der aktuellen NATURE-Veröffentlichung. „Hier schließt sich eine Lücke im Verständnis der Planetenbildung, da wir solches Material bei Meteoritenfunden auf der Erde bisher kaum nachweisen konnten.“

Die Forscher um Erstautor Prof. Tatsuaki Okada von der japanischen Raumfahrtagentur JAXA hatten in mehreren Messreihen im Herbst 2018 mit dem Infrarot-Sensor TIR (Thermal Infrared Imager – Messungen in Wellenlängen des thermalen Infrarot zwischen 8 und 12 Mikrometern) auf Hayabusa2 im Tag-und-Nachtzyklus den Verlauf der Oberflächentemperatur des Asteroiden analysiert. Dabei stellten sie fest, dass sich die Oberfläche nach Sonnenaufgang bis auf kleine Ausnahmen sehr schnell erwärmt. „Die schnelle Erwärmung im Temperaturbereich von rund minus 43 Grad Celsius bis plus 27 Grad Celsius lässt auf eine geringe Dichte und zudem hohe Porosität des Materials mit vielen Hohlräumen schließen“, erklärt Dr. Matthias Grott. Ferner bemerkenswert: Rund ein Prozent der Brocken unterscheidet sich von den meisten Brocken auf Ryugu: Diese waren auf ihrer Oberfläche kälter und ähneln eher den Meteoriten, die wir auf der Erde finden können. „Dabei handelt es sich um massivere Bruchstücke aus dem Inneren eines ursprünglichen Mutterkörpers, oder diese stammen von anderen Quellen und sind erst später auf Ryugu gefallen“, ergänzt Dr. Jörn Helbert vom DLR-Institut für Planetenforschung, der ebenfalls Autor der aktuellen NATURE-Veröffentlichung ist.

Von Planetesimalen zu Planeten

Die fragile poröse Struktur der C-Typ Asteroiden könnte der Struktur von Planetesimalen entsprechen, die zu Beginn der Planetenentstehung, der Akkretion, im solaren Urnebel entstanden sind und bei unzähligen Kollisionen die Planetenbildung vorantrieben. Fast die gesamte Materie der präsolaren Wolke aus Gas und Staub ballte sich in der jungen Sonne zusammen. Als eine kritische Masse erreicht war, setzte in ihrem Zentrum der wärmeerzeugende Prozess der Kernfusion ein.

Um die junge Sonne, die fast die gesamte Materie der präsolaren Wolke in sich vereinigte, sammelte sich der Rest aus Staub, Eis und Gas in einer rotierenden Akkretionsscheibe. Durch die Wirkung der Schwerkraft formten sich in dieser Scheibe vor rund 4,5 Milliarden Jahren erste Planetenembryonen: so genannte Planetesimale. Nach einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne von vielleicht nur zehn Millionen Jahren entstanden aus diesen Planetesimalen zunächst die Planeten und ihre Monde. Viele kleine Körper – Asteroiden und Kometen – blieben dabei übrig und konnten sich wegen der Schwerkraftstörungen, vor allem durch Jupiter, des mit Abstand größten und massereichsten Planeten, nicht zu weiteren Planeten zusammenballen.

Allerdings sind die Prozesse der Frühgeschichte unseres Sonnensystems nicht in allen Details verstanden. Viele Aussagen beruhen nur auf Modellen und ließen sich noch nicht durch Beobachtungen bestätigen, auch weil Spuren aus dessen Frühzeit rar sind. „Die Ursachenforschung am Objekt ist daher in erster Linie auf extraterrestrische Materie angewiesen, die in Form von Meteoriten aus den Tiefen des Sonnensystems auf die Erde gelangt“, erläutert Dr. Jörn Helbert. Darin enthalten sind Bestandteile, die aus jener kritischen Zeit der Entstehung von Sonne und Planeten stammen. „Zudem benötigen wir Missionen zu den kleinen Körpern aus der Frühzeit des Sonnensystems wie Hayabusa2 , um die Modelle zu bestätigen, zu ergänzen oder – bei entsprechenden Beobachtungen – sie auch zu widerlegen.“

Ein Gesteinsbrocken wie viele auf Ryugu

Bereits im Sommer 2019 hatten Ergebnisse des deutsch-französischen Landers MASCOT gezeigt, dass es an der Landestelle auf Ryugu ausschließlich größere Brocken gab, die hochporös und fragil sind. „Insgesamt sehen wir in den nun veröffentlichten Ergebnissen eine schöne Bestätigung der Resultate des DLR-Radiometers MARA auf MASCOT“, freut sich Dr. Matthias Grott als wissenschaftlicher Leiter von MARA. „Es konnte jetzt gezeigt werden, dass der von MARA analysierte Gesteinsbrocken typisch für die gesamte Oberfläche des Asteroiden ist. Damit bestätigt sich auch, dass Bruchstücke der häufigen C-Typ Asteroiden wie Ryugu durch geringen inneren Zusammenhalt beim Eintritt in die Erdatmosphäre wahrscheinlich leicht fragmentieren und tendenziell die Atmosphäre schwerer bis hinunter zur Erdoberfläche durchdringen als andere Asteroidentypen aus kompakterem Material.“

Am 3. Oktober 2018 war MASCOT im freien Fall mit Schrittgeschwindigkeit auf Ryugu gelandet und hüpfte mehrere Meter weiter, ehe das rund zehn Kilogramm schwere Experimentpaket zur Ruhe kam. Auf der Oberfläche bewegte sich MASCOT mit Hilfe eines rotierenden Schwungarms fort. So konnte MASCOT auf die „richtige“ Seite gedreht werden und wegen der geringen Anziehungskraft von Ryugu sogar Sprünge auf der Asteroidenoberfläche vollführen. Insgesamt war MASCOT rund 17 Stunden auf Ryugu aktiv.

Proben von Asteroid Ryugu auf dem Weg zur Erde

Aus dem Orbit kartierte Hayabusa2 den Asteroiden in hoher Auflösung und nahm an zwei Landestellen Proben des urtümlichen Körpers auf, die derzeit in einem Transportbehälter versiegelt mit der Sonde zurück zur Erde reisen. Die Kapsel mit den Proben soll Ende 2020 in Australien landen. Bisher gehen die Forscher davon aus, dass das Material von Ryugu chemisch etwa dem der chondritischen Meteorite entspricht, die auch auf der Erde gefunden werden. Chondren sind kleine, millimetergroße Gesteinskügelchen, die sich im solaren Urnebel vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet haben und als Urbausteine der Planetenentstehung gelten. Bisher können die Forscher allerdings nicht ausschließen, dass es sich um kohlenstoffreiches Material handelt, wie es auch auf dem Kometen 67P/Churymov-Gerasimenko im Rahmen der ESA-Mission Rosetta mit dem vom DLR gesteuerten Lander Philae gefunden wurde.

Zu dieser Frage wird die Analyse der Proben von Ryugu , die auch am DLR stattfinden, mit Spannung erwartet. „Genau für diese Aufgabe – und natürlich für weitere zukünftige Missionen, bei denen extraterrestrische Proben zur Erde gebracht werden wie beispielsweise MMX – haben wir am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin im letzten Jahr mit dem Aufbau des Sample Analysis Labors (SAL) begonnen“ sagt Dr. Jörn Helbert. Im Rahmen der japanischen Mission Martian Moons eXploration (MMX) an der sich das DLR beteiligt, ist geplant, 2024 zu den Marsmonden Phobos und Deimos zu fliegen und 2029 Proben von den asteroidengroßen Monden zur Erde zu bringen. Teil der Mission MMX wird auch ein mobiler deutsch-französischer Rover sein.

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: DLR.

Im Sommer 2018 bekam der nur 900 Meter große Asteroid Ryugu Besuch von der japanischen Raumsonde Hayabusa2. An Bord: die zehn Kilogramm schwere deutsch-französische Landesonde MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout), nur so groß wie eine Mikrowelle und bestückt mit vier Instrumenten. Am 3. Oktober wurde MASCOT, gesteuert aus dem Kölner Kontrollzentrum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), aus 41 Metern Höhe von der Muttersonde abgetrennt, berührte nach sechs Minuten zum ersten Mal die Asteroidenoberfläche und kam elf Minuten später wie ein Würfel auf einem Spielbrett in Zeitlupe zum Stillstand. Inmitten von groben Steinblöcken führte MASCOT über 17 Stunden und an verschiedenen Stellen seine Experimente aus. Die Auswertung von Bilddaten der DLR-Kamera MASCam vom Abstieg und auf Ryugus Oberfläche zeigen nun im Detail einen fragilen ‚Schutthaufen‘ aus zwei verschiedenen, fast schwarzen Gesteinstypen mit geringem inneren Zusammenhalt. Das berichten Wissenschaftler um DLR-Planetenforscher Ralf Jaumann in der aktuellen Ausgabe von SCIENCE.

„Würde Ryugu oder ein ähnlicher Asteroid der Erde einmal tatsächlich gefährlich nahe kommen und wir müssten versuchen, ihn abzulenken, dann sollten wir sehr vorsichtig mit ihm umgehen. Denn wenn wir zu fest auf ihn ‚draufhauen‘ zerfällt der ganze, eine halbe Milliarde Tonnen schwere Asteroid in unzählige Bruchstücke. Dann prasseln lauter tonnenschwere Einzelteile auf die Erde“, interpretiert Prof. Ralf Jaumann, verantwortlich für das Experiment MASCam (MASCOT Camera), vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof, die Beobachtungen. Der Asteroid hat offensichtlich große Ähnlichkeit mit kohlenstoffhaltigen, 4,5 Milliarden Jahre alten Meteoriten in den irdischen Sammlungen. Mit einer durchschnittlichen Dichte von nur 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter ist Ryugu nur wenig ’schwerer‘ als Wassereis. Da der Asteroid aber aus unzähligen unterschiedlich großen Gesteinsbrocken zusammengefügt ist, bedeutet dies, dass ein großer Teil seines Volumens von Hohlräumen durchzogen sein muss, die den diamantenförmigen Körper vermutlich extrem zerbrechlich machen. Darauf deuten auch Messungen hin, die mit dem DLR-Radiometerexperiment MARA auf MASCOT durchgeführt und vor kurzem veröffentlicht wurden.

Wissenschaftler schreiben Raumfahrtgeschichte
„Das sind hochinteressante Ergebnisse, die wir jetzt durch die Auswertung der MASCOT-Experimente sehen. Es ist faszinierend, was diese kleine Hightech-Box in 300 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde auf Ryugu geleistet hat“, freut sich Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie. „Gemeinsam mit unseren japanischen und französischen Kollegen haben wir mit MASCOT ein kleines Kapitel Raumfahrtgeschichte geschrieben.“

MASCOT bewegte sich mit einem eingebauten Schwungarm über die Oberfläche. „Nach der Landung und ersten Ruheposition musste MASCOT eine Lagekorrektur durchführen, um die wissenschaftlichen Experimente passend auf die Asteroidenoberfläche auszurichten“, erklärt MASCOT-Projektleiterin Dr. Tra-Mi Ho vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. „Danach folgten drei weitere Positionsänderungen mit nachfolgenden Messungen.“

Zwei unterschiedliche Gesteinstypen aber kein Staub
Auf den Bildern, die während des Abstiegs von MASCOT und auf der Oberfläche mit der Kamera aufgenommen wurden, sind hauptsächlich dunkle dezimeter- bis metergroße kantige, manchmal aber auch glatte Felsblöcke zu sehen. Felsblöcke mit glatten Bruchflächen und scharfen Kanten sind dabei etwas heller als Brocken mit einer unregelmäßigeren, blumenkohlartigen und teilweise krümeligen Oberfläche. Ryugu reflektiert nur viereinhalb Prozent des Sonnenlichts, vergleichbar mit Holzkohle, und er gehört damit zu den dunkelsten Objekten im Sonnensystem. MASCam konnte sowohl tagsüber, als auch nachts Aufnahmen machen. Dafür war das Kamerasystem mit Leuchtdioden ausgestattet, die ihre unmittelbare Umgebung in verschiedenen, klar definierten Farbwellenlängen im sichtbaren Licht und nahen Infrarot beleuchteten, um das Reflexionsverhalten der Umgebung in unterschiedlichen Spektralkanälen aufzuzeichnen.

Die beiden beobachteten Felstypen sind zu etwa gleichen Teilen auf der Oberfläche auf Ryugu verteilt. Daraus lassen sich zwei mögliche Entstehungsgeschichten ableiten: „Zum einen“, erklärt Jaumann, „könnte Ryugu nach der Kollision zweier Körper aus unterschiedlichem Material entstanden sein, die dabei zerbrochen sind und die Bruchstücke sich gravitativ zu einem neuen Körper mit den zwei unterschiedlichen Felssorten zusammengefügt haben. Oder aber Ryugu ist das Überbleibsel eines einzelnen Körpers, in dem es im Inneren Zonen verschiedene Temperatur- und Druckbedingungen gab und so dort zwei Typen von Gesteinen entstanden sind.“

Besonders staunten Prof. Ralf Jaumann und sein Team über das Fehlen von Staub: „Die ganze Oberfläche von Ryugu ist von Gesteinsbrocken übersät, aber nirgendwo haben wir Staub entdeckt! Der müsste wegen des Beschusses des Asteroiden durch Mikrometeoriten über Milliarden von Jahren und deren verwitternder Wirkung eigentlich vorhanden sein. Aber er ist entweder in Hohlräumen verschwunden oder bei der geringen Schwerkraft von nur einem Sechzigtausendstel der Erde ins All entwichen. Dies gibt einen Hinweis auf komplexe geophysikalische Prozesse auf der Oberfläche dieses kleinen Asteroiden.“

Felsblöcke erinnern an Meteoriten mit Material der stellaren Urwolke
Bisher sahen die MASCOT-Wissenschaftler bei Ryugu eher Ähnlichkeiten mit zwei Meteoriten, die 1969 in Allende (Mexiko) und im australischen Murchison auf die Erde fielen. Diese Meteoriten enthalten jedoch, vermutlich infolge der verwitternden Wirkung von Kristallwasser, kaum helle Einsprengsel. Die jetzt beobachteten hellen Inklusionen lassen die Wissenschaftler nun zu dem Ergebnis kommen, dass die blumenkohlartigen Gesteine von Ryugu mehr Ähnlichkeiten mit Meteoriten vom Tagish-See haben. Am 18. Januar 2000 regneten nach der Explosion einer großen Feuerkugel über Kanada hunderte kleine Meteoriten auf die Erde und zahlreiche Bruchstücke wurden damals auf dem Eis des gefrorenen, namensgebenden Sees gefunden.

Dabei handelt es sich um sehr seltene Steinmeteoriten aus der Klasse der sogenannten CI-Chondriten. Das C steht für das chemische Elements Kohlenstoff, und das ‚I‘ für die Ähnlichkeit mit dem Ivuna Meteoriten aus Tansania. Es sind mit die primitivsten und ältesten Bestandteile des Sonnensystems, Überbleibsel der ersten festen Körper, die in der stellaren Urwolke entstanden sind. Man nimmt an, dass sich aus ihnen die Körper des Sonnensystems entwickelt haben.

Asteroid Ryugu gehört zu den ‚Near-Earth Objects‘ (NEOs), also Asteroiden oder Kometen, die der Erdbahn nahe kommen oder diese schneiden. Sie können manchmal auch auf Kollisionskurs mit der Erde geraten. Die Bahn von Ryugu um die Sonne verläuft nahezu parallel zur Erdbahn und nähert sich dieser – um 5,9 Grad geneigt – bis auf eine Entfernung von etwa 100.000 Kilometer. Allerdings kommt Ryugu dabei nie in unmittelbare Nähe der Erde. Trotzdem sind die Erkenntnisse zu den Eigenschaften von Körpern der Art von Ryugu enorm wichtig für Einschätzungen, wie solchen „Erdbahnkreuzern“ im Fall der Fälle begegnet werden könnte.

Vorbereitung auf die Rückkehr zur Erde
Während die Teilmission MASCOT abgeschlossen ist, führte Hayabusa2 zahlreiche weitere, zum Teil einzigartige Manöver durch, kartierte den Asteroiden in hoher Auflösung und nahm durch Berührung der Asteroidenoberfläche mit einem Rohr zur Probennahme Bestandteile von verschiedenen Punkten auf dem urtümlichen Körper auf, die in einem Transportbehälter versiegelt mit der Sonde Ende des Jahres zur Erde zurückfliegen wird, um in einer Landekapsel Ende 2020 zu landen.

Über die Mission Hayabusa2 und MASCOT
Hayabusa2 ist eine Weltraummission der japanischen Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum erdnahen Asteroiden Ryugu. Der deutsch-französische Lander MASCOT an Bord von Hayabusa2 wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in enger Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d’Études Spatiales) entwickelt und gebaut. Die wissenschaftlichen Experimente an Bord von MASCOT sind Beiträge des DLR, des Institut d’Astrophysique Spatiale und der Technischen Universität Braunschweig. Betrieb und Steuerung des MASCOT-Landers und seiner Experimente erfolgten durch das DLR mit Unterstützung der CNES und in kontinuierlichem Austausch mit der JAXA.

Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte federführend zusammen mit CNES den Lander und testete ihn. Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig. Das DLR Robotik und Mechatronik Zentrum in Oberpfaffenhofen entwickelte den Schwungarm, der MASCOT auf dem Asteroiden hüpfen ließ. Das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin steuerte die Kamera MASCam und das Radiometer MARA bei. Überwacht und betrieben wurde der Asteroidenlander aus dem MASCOT-Kontrollzentrum im Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) am DLR-Standort Köln.

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: DLR.

Ryugu und andere Asteroiden der häufig vorkommenden „C-Klasse“ bestehen aus poröserem Material als bisher angenommen. Kleine Bruchstücke ihres Materials sind deshalb zu fragil, um bei einer Kollision mit der Erde den Eintritt in die Atmosphäre zu überstehen. Damit ist die Ursache für das beobachtete Defizit dieses Typs in den Meteoritensammlungen der Erde gefunden. Zu diesen Erkenntnissen kommen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einem wissenschaftlichen Aufsatz, der in der Fachzeitschrift NATURE Astronomy erschienen ist. Die Ergebnisse basieren auf hochaufgelösten Messungen der Oberflächentemperatur mit dem DLR-Radiometer MARA an Bord der deutsch-französischen Landesonde MASCOT. Am 3. Oktober 2018 landete MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) im Rahmen der japanischen Hayabusa2-Mission auf dem knapp einen Kilometer großen Asteroiden Ryugu und sendete spektakuläre Bilder und physikalische Messungen von der Asteroidenoberfläche zur Erde.

„Ryugu hat uns überrascht“, sagt Dr. Matthias Grott, wissenschaftlicher Leiter des Radiometerexperiments MARA vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin und Erstautor der Studie. „Wir sehen auf dem Asteroiden ausschließlich größere Brocken, die hochporös und wahrscheinlich sehr fragil sind.“ Frühere teleskopische Infrarot-Aufnahmen solch kohlenstoffreicher Asteroiden von der Erde aus interpretierten die Forscher in Hinblick auf ihre thermischen Eigenschaften als Körper, die von sand- bis kieselgroßen Partikeln bedeckt sind. Insgesamt haben neben den internationalen Partnern 21 DLR-Wissenschaftler aus verschiedenen Instituten in Berlin, Bremen und Köln an der Studie mitgewirkt. „MASCOT hat die breiten Kompetenzen des DLR in der Raumfahrtforschung zusammengebracht von der Entwicklung, Erprobung und zuverlässigen Integration bis zur Expertise in der wissenschaftlichen Erkundung des Sonnensystems“, sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und Technologie. „Die ersten veröffentlichten Ergebnisse stellen dies eindrucksvoll unter Beweis.“

Defizit bei Meteoritenfunden zeigt Schutz durch die Erdatmosphäre
Bisher wurden auf der Erde nur wenige sogenannte chondritische Meteorite gefunden, die als Bruchstücke zu den sehr häufig im Sonnensystem vorkommenden C-Typ Asteroiden passen (das „C“ steht für das chemische Symbol für das Element Kohlenstoff). Chondren sind kleine, millimetergroße Gesteinskügelchen, die sich im solaren Urnebel vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet haben und als Urbausteine der Planetenentstehung gelten. „Wir können nun bestätigen, dass Bruchstücke dieser Asteroiden sehr wahrscheinlich beim Eintritt in die Erdatmosphäre weiter zerfallen und in der Folge meist vollständig verglühen, so dass es nur die größten Bruchstücke heil bis auf die Erdoberfläche schaffen“, erklärt Grott. „Das ist der Grund, warum Meteoritenfunde als Zeugen dieses Asteroidentyps auf der Erde so selten sind.“

Die ausgesprochen gute Nachricht: Dies bedeutet auch, dass die Erdatmosphäre einen erhöhten Schutz der Erde vor den häufig vorkommenden C-Typ-Asteroiden bietet, die immerhin 75 Prozent aller Asteroiden stellen. Ryugu selbst ist ein C-Klasse-Asteroid, ein als kohlenstoffreich eingeschätzter Vertreter der ältesten Körper des viereinhalb Milliarden Jahre alten Sonnensystems: ein „Urbaustein“ der Planetenentstehung und in diesem Falle auch einer von 17.000 bekannten erdbahnkreuzenden Asteroiden. Bis zu welcher Asteroidengröße dieser Schutz wirksam ist, müssten aber weitere Forschungsarbeiten erst noch zeigen.

Das internationale Forscherteam um Dr. Matthias Grott hatte auf Ryugu während dessen etwa siebeneinhalbstündigen Tagesganges das Ansteigen und Abfallen der Oberflächentemperatur bestimmt, indem die von der Oberfläche bei Tag und Nacht abgestrahlte Infrarotstrahlung mit dem Radiometer MARA gemessen wurde. Aus den MARA-Messungen ließen sich die thermischen Eigenschaften sowie die Festigkeit des Materials schlussfolgern. Die Daten von MASCOT wurden zur japanischen Raumsonde Hayabusa 2 übertragen. Dabei befand sich die Sonde in einer Beobachterposition drei Kilometer über dem Asteroiden. Von dort wurden alle Messungen und Betriebsdaten von MASCOT zur Erde übermittelt.

MASCOT landete am 3. Oktober 2018 im freien Fall mit Schrittgeschwindigkeit auf Ryugu. Sechs Minuten nach dem Abtrennen von Hayabusa 2 in 42 Meter Höhe berührte das Landemodul am Ende einer ballistischen Flugbahn zum ersten Mal den Boden des Asteroiden Ryugu und hüpfte mehrere Meter weiter, ehe das zehn Kilogramm schwere Experimentenpaket zur Ruhe kam. Auf der Oberfläche bewegte sich MASCOT mit Hilfe eines rotierenden Schwungarms fort. So konnte MASCOT auf die „richtige“ Seite gedreht werden und sogar Sprünge auf der Asteroidenoberfläche vollführen. Insgesamt war MASCOT 17 Stunden auf Ryugu aktiv, eine Stunde mehr, als vorausberechnet.

Ryugu hat nur ein 66.500stel der Anziehungskraft der Erde, sodass der kleine Schwung hierfür ausreichte: Eine technische Innovation für eine ungewöhnliche Form der Mobilität auf einer Asteroidenoberfläche. Aktuell dauert die Mission Hayabusa 2 am Asteroiden Ryugu noch bis Ende dieses Jahres an, mit dem Ziel, Proben des Asteroidenmaterials bis Ende 2020 zur Erde zurück zu bringen. Vor wenigen Tagen hatte Hayabusa 2 zum zweiten Mal erfolgreich Proben des Asteroiden genommen.

Über die Mission Hayabusa 2 und MASCOT
Hayabusa 2 ist eine Weltraummission der japanischen Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum erdnahen Asteroiden Ryugu. Der deutsch-französische Lander MASCOT an Bord von Hayabusa 2 wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in enger Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d’Études Spatiales) entwickelt und gebaut. Die wissenschaftlichen Experimente an Bord von MASCOT sind Beiträge des DLR, des Institut d’Astrophysique Spatiale und der Technischen Universität Braunschweig. Betrieb und Steuerung des MASCOT-Landers und seiner Experimente erfolgen durch das DLR mit Unterstützung der CNES und in kontinuierlichem Austausch mit der JAXA.

Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte federführend zusammen mit CNES den Lander und testete ihn. Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig. Das DLR Robotik und Mechatronik Zentrum in Oberpfaffenhofen entwickelte den Schwungarm, der MASCOT auf dem Asteroiden hüpfen ließ. Das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin steuerte die Kamera MASCAM und das Radiometer MARA bei. Überwacht und betrieben wurde der Asteroidenlander aus dem MASCOT-Kontrollzentrum im Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) am DLR-Standort Köln.

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: ESA.

Ein französisches Team hat untersucht, was zum Zeitpunkt des ersten Kontakts im All passieren könnte: „Wir haben einen bestehenden Fallturm individuell angepasst und mit einem System von Seilrollen und Gegengewichten ausgestattet, um eine Umgebung mit geringer Schwerkraft zu simulieren“, erklärt die Forscherin Naomi Murdoch vom Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE-Supaero) der Universität Toulouse.
„In der Testbox, die wir im Fallturm platzieren und die ein Lander-Modell sowie ein simuliertes Asteroidengelände enthält, können wir auf einige wenige Prozent der Erdgravitation heruntergehen.

Unser Team hat zunächst mit einem kugelförmigen Lander experimentiert, der auf einer sandigen Oberfläche landete, dann sind wir jedoch zu einer kubischen Form übergegangen, die der Form der echten CubeSats besser entspricht. Außerdem untersuchten wir den Einfluss verschiedener Oberflächenmaterialien, um zu verstehen, wie sich der Landevorgang mit unterschiedlichen Materialeigenschaften, Anziehungskräften und Geschwindigkeiten ändert.

Das ist notwendig, da wir jedes Mal, wenn wir auf einem anderen Asteroiden landen, überrascht sind von dem, was wir vorfinden. So traf beispielsweise die japanische Mission Hayabusa2, die derzeit den Asteroiden Ryugu untersucht, auf viel weniger Regolith-Staub und mehr Felsbrocken, als die Forscher erwartet hatten.“

Der CubeSat „Juventas“ der Mission Hera wird die erste Radaruntersuchung eines Asteroiden durchführen, während der CubeSat „APEX“ eine multispektrale mineralische Analyse des Asteroidenmaterials vornehmen wird.

Diese beiden Nanosatelliten werden näher an ihren Ziel-Asteroiden heranfliegen und mehr Risiken als das Hera-Mutterschiff eingehen. Sobald ihre wichtigsten Missionsziele erreicht sind, werden sie schließlich auf der Oberfläche aufsetzen.

Die Gravitation des Asteroiden beträgt weniger als ein Einhunderttausendstel der Anziehungskraft der Erde und liegt damit weit unter dem, was das ISAE-Supaero-Team reproduzieren kann. Damit wird der Touchdown mehr wie ein Andocken von Raumfahrzeugen als eine traditionelle planetarische Landung erfolgen.

„Wenn die CubeSats beispielsweise 200 m von der Asteroidenoberfläche entfernt freigesetzt werden, brauchen sie mehr als eine Stunde, um diese kurze Entfernung zur Oberfläche zurückzulegen“, ergänzt Naomi Murdoch. „Alles bewegt sich in einer Art Zeitlupe. Hinzu kommt die Möglichkeit eines Abprallens der CubeSats.

Der Rosetta-Kometenjäger Philae Lander prallte wiederholt von der Oberfläche des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko ab, bevor er schließlich aufsetzen konnte. Wenn man sich als Astronaut auf der Oberfläche befinden würde, müsste man sich unglaublich vorsichtig bewegen, um nicht von der Oberfläche abzuprallen und auf Nimmerwiedersehen zu verschwinden.“

Es besteht die Hoffnung, dass beide CubeSats ihren Abstieg überstehen, um einige Beobachtungen, einschließlich Nahaufnahmen des Oberflächenmaterials, zu erhalten. Aber der Hauptzweck des ISAE-Supaero-Tests besteht darin, so viele wertvolle Daten wie möglich aus diesem ersten Kontaktmoment herauszuholen.

„Wir haben unseren Testlander mit Beschleunigungssensoren ausgestattet, die denen der Hera CubeSats entsprechen“, sagt Naomi Murdoch. „Wir können zum Beispiel beobachten, wie sich die Aufpralldynamik je nach Materialeigenschaft vom Sand bis zum großen Kies verändert, wie stark wir in die Oberfläche eindringen und wie lange die Kollision andauert.

Außerdem werden wir erfahren, wie sich die Ergebnisse unterscheiden, je nachdem, wie die CubeSats landen, d.h. ob sie zuerst mit einer Ecke oder der Fläche aufkommen – so würde eine „Bauchlandung“ zu einer höheren Spitzenbeschleunigung führen. Wir hoffen, dass wir zum Abschluss unserer Tests über einen Datensatz verfügen, mit dem wir die tatsächlichen Landungen besser interpretieren können und die sich als nützlich erweisen werden, um auch die Interaktionen anderer Missionen mit Asteroiden zu verstehen.“

Bereits 2005 konnten die Forscher wertvolle Erkenntnisse über den Eispanzer aus gefrorenem Methan auf dem Saturnmond Titan gewinnen, als der ESA-Lander Huygens bei seinem Landeanflug „wackelte“. Die Bewegung des Landers deutet auf eine Oberflächenkonsistenz von feuchtem Sand hin, der mit einem flockigen, staubähnlichen Material bedeckt ist, mit Feuchtigkeit direkt unter der Oberfläche – und mindestens ein 1-2 cm großer Kieselstein vorhanden ist.

Die bisherigen Tests von ISAE-Supaero unterstreichen, dass sich der Ziel-Asteroid der Hera-Mission mit seinem Durchmesser von 160 Metern und der extrem geringer Anziehungskraft als eine extrem fremdartige Umgebung herausstellt. „Das Oberflächenmaterial wird sich zwangsläufig anders verhalten, denn die Reduzierung der Schwerkraft führt zu einer Verringerung der Normalkraft zwischen den Teilchen und damit auch der Reibung. Daher sollte weniger Kraft vonnöten sein, um in dasselbe sandige Material einzudringen.

Die niedrige Schwerkraft bedeutet, dass auch andere Phänomene wie die Van-der-Waals-Kräfte, die dazu führen, dass Dinge wie Mehl zusammenkleben, eine viel größere Rolle spielen werden. Die Asteroidenoberfläche könnte eine Ansammlung großer Felsen aufweisen, die sich am Ende ähnlich wie Mehlteilchen verhalten. Oder die elektrostatische Aufladung könnte zur Folge haben, dass Staub aufgewirbelt und über die Oberfläche getragen wird.“

Diese Landedaten sollten außerdem dazu beitragen, die mit der Kollisionsdynamik verbundenen Skalierungsgesetze aufzuzeigen, die auch beim Einschlag der DART-Raumsonde der NASA auf diesem Asteroiden gelten werden – eine Mission, bei der Techniken zur planetarischen Verteidigung getestet werden.

Die Hera-Mission wird auf dem ESA-Treffen Space19+ im November dieses Jahres vorgestellt, auf dem die europäischen Raumfahrtminister eine endgültige Entscheidung über die Durchführung der Mission treffen werden.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, JAXA.

Am Morgen des 3. Dezember 2014 startete die japanische Raumfahrtagentur JAXA um 05:22 MEZ von dem Weltraumzentrum Tanegashima aus eine Trägerrakete vom Typ H-IIA, mit der die Asteroidenmission Hayabusa-2 ins Weltall befördert wurde. Bei der Raumsonde Hayabusa-2 handelt es sich um die Nachfolgemission der in den Jahren 2003 bis 2010 aktiv gewesene Asteroidenmission Hayabusa-1. Trotz diverser technischer Probleme gelang es der JAXA im Rahmen dieser letztendlich überaus erfolgreichen Mission unter anderem, eine Materialprobe von der Oberfläche des Asteroiden (25143) Itokawa zu entnehmen und diese zur Erde zu transportieren. Hayabusa-2 baut auf den dabei gewonnenen wissenschaftlichen und technischen Erkenntnissen auf und soll nach einem rund vierjährigen Flug durch das innere Sonnensystem im Jahr 2018 den Asteroiden 1999 JU3 erreichen.

Bei diesem im Jahr 1999 im Rahmen des „LINEAR-Projektes entdeckten Asteroiden handelt es sich um einen Vertreter der sogenannten Apollo-Asteroiden, deren Umlaufbahnen in ihrem sonnennächsten Abschnitt die Umlaufbahn der Erde kreuzen und die somit eine potentielle Gefahr bezüglich einer Kollision mit der Erde darstellen.

Der etwa 900 Meter durchmessende Asteroid 1999 JU3 zählt zur Klasse der C-Asteroiden. Auf seiner Oberfläche dürfte sich Material befinden, welches sich seit der Entstehung des Asteroiden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert hat, und dessen eingehende Untersuchung den Wissenschaftlern einen Einblick in die Frühzeit unseres Sonnensystems liefern wird. Sehr wahrscheinlich handelt es sich bei dem Zielasteroiden um einen sogenannten Rubble Pile – eine aus einer Ansammlung von Lockermaterial bestehende „kosmische Schutthalde“, welche letztendlich lediglich durch Gravitationskräfte zusammengehalten wird.

Durch die intensive Untersuchung dieses Asteroiden erhoffen sich die an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über die chemische, mineralogische und physische Zusammensetzung der Asteroiden allgemein, welche sich während der Entstehungsphase unseres Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren nicht zu Planetesimalen und anschließend zu Protoplaneten entwickelt haben. Zudem kann diese Mission allgemeine Erkenntnisse liefern, mit denen sich die bei der möglichen Kollision eines solchen Asteroiden mit der Erde ergebende Gefahr besser einschätzen lässt.

Der Flugverlauf der Raumsonde wird Hayabusa-2 im Winter 2015 erneut zur Erde führen, wo die Raumsonde dann im Rahmen eines Swing-By-Manövers den nötigen Schwung aufnehmen wird, um im Sommer 2018 nach zwei Umrundungen der Sonne ihr eigentliches Ziel zu erreichen. Nach ihrer Ankunft wird die Raumsonde den Asteroiden 1999 JU3 zunächst ausführlich kartieren, bevor sie sich dann Anfang des Jahres 2019 der Asteroidenoberfläche bis auf kurze Distanz annähert. Hierbei sollen unter anderem mit einem Saugrüssel Bodenproben von der Oberfläche des Asteroiden entnommen werden. Diese Proben sollen anschließend mit einer Rückführkapsel zur Erde transportiert und hier in verschiedenen Laboren eingehend analysiert werden.

Der Lander MASCOT
Zusätzlich zu dieser anspruchsvollen Zielsetzung soll die Asteroidensonde ebenfalls Anfang 2019 einen mitgeführten Lander auf der Oberfläche von 1999 JU3 absetzen. MASCOT (Kurzform für „Mobile Asteroid Surface Scout“) – so der Name dieses etwa schuhkartongroßen und lediglich rund zehn Kilogramm schweren Landers – soll die Asteroidenoberfläche aus etwa 100 Metern Höhe „im freien Fall“ erreichen und sich anschließend anhand von Sensordaten mit einem speziellen „Push-up-Mechanismus“ ausrichten. Für dieses Manöver ist der Lander mit einem stabilen und dennoch extrem leichtem Gehäuse versehen, welches die elektronischen Komponenten und die vier im Inneren befindlichen Instrumente vor den dabei auftretenden Belastungen schützen soll.

„Die größten Herausforderungen werden die Trennung von der Muttersonde und die anschließende Landung sein“, so die zuständige Projektleiterin Dr. Tra-Mi Ho vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. „Niemand kennt die genaue Anziehungskraft des Asteroiden.“ Grob gerechnet dürfte auf der Oberfläche des Asteroiden eine Anziehungskraft herrschen, welche in etwa lediglich einem 60.000stel der Erdanziehungskraft entspricht.

Nach dem Erreichen der Oberfläche wird der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickelte Lander sich zunächst mittels verschiedener Sensoren ‚orientieren‘ und dabei registrieren, ob er auf seiner Ober- oder Unterseite gelandet ist. Anschließend kann der Lander mit einem in seinem Inneren platzierten Schwungarm gegebenenfalls die erforderliche Ausrichtung und Position einnehmen, um seine Messungen durchzuführen und dabei die Umgebung seines Landegebietes mit den mitgeführten Instrumenten untersuchen und analysieren. Hierfür ist der Lander mit einer Batterie ausgestattet, welche einen Betrieb über einen Zeitraum von rund 16 Stunden – dies entspricht in etwa zwei vollständigen Rotationszyklen des Asteroiden – ermöglicht.

MASCOT: Der erste ‚hüpfende‘ Asteroidenlander
Allerdings sollen dieser Messungen nicht nur an einem einzigen Ort erfolgen. Durch den im Inneren des Landers untergebrachten Schwungarm kann MASCOT sich nicht nur unmittelbar nach der Landung auf der Stelle ‚drehen‘, sondern in der Folgezeit auch ‚Sprünge‘ von bis zu 70 Metern absolvieren.

Nach dem Abschluss der ersten Untersuchungen durch alle vier Instrumente an seiner ersten Landestelle wird sich MASCOT mittels dieses von dem DLR-Zentrum für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen entwickelten Hopping-Mechanismus weiter ‚hüpfend‘ über die Asteroidenfläche fortbewegen und seine Messungen an zwei weiteren Orten wiederholen. Dieses ‚Hüpfen von Ort zu Ort‘ muss sorgfältig dosiert und zuvor so programmiert werden, dass der Lander dabei nicht die Fluchtgeschwindigkeit erreicht und den Gravitationsbereich des Asteroiden verlässt.

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• Hayabusa-2 zu Asteroid (162173) 1999 JU3

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: EPSC 2013, DLR.

Als Ziel für die zukünftige Raumsonde Hayabusa-2 – so der Name der neuen Mission der JAXA – wurde der Asteroid 1999 JU3 ausgewählt. Bei diesem im Jahr 1999 im Rahmen des „LINEAR-Projektes entdeckten Asteroiden handelt es sich um einen Vertreter der sogenannten Apollo-Asteroiden, deren Umlaufbahnen in ihrem sonnennächsten Abschnitt die Umlaufbahn der Erde kreuzen und die somit eine potentielle Gefahr bezüglich einer Kollision mit der Erde darstellen.

Der etwa 900 Meter durchmessende Asteroid 1999 JU3 zählt zur Klasse der C-Asteroiden. Somit dürfte sich an seiner Oberfläche Material befinden, welches sich seit der Entstehung des Asteroiden vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert hat, und dessen eingehende Untersuchung den Wissenschaftlern einen Einblick in die Frühzeit unseres Sonnensystems liefern wird. Vermutlich handelt es sich bei dem Zielasteroiden um einen sogenannten Rubble Pile – eine aus einer Ansammlung von Lockermaterial bestehende „kosmische Schutthalde“, welche lediglich durch Gravitationskräfte zusammengehalten wird.

Nach ihrer Ankunft im Jahr 2018 wird die Raumsonde Hayabusa-2 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden eintreten, diesen zunächst auf seinem Flug durch das Sonnensystem begleiten und dabei mit verschiedenen Instrumenten dessen Oberfläche vermessen. Nach einer ersten Kartografierungsphase, bei der das Landegebiet eines von der Raumsonde mitgeführten, auf den Namen MASCOT (Kurzform für „Mobile Asteroid Surface Scout“) getaufte Asteroidenlanders ermittelt werden soll, wird dieser schließlich zum Einsatz kommen.

Der etwa schuhkartongroße und lediglich rund zehn Kilogramm schwere Lander soll hierzu von der Raumsonde abgetrennt werden, die Asteroidenoberfläche aus etwa 100 Metern Höhe „im freien Fall“ erreichen und sich anschließend anhand von Sensordaten mit einem speziellen „Push-up-Mechanismus“ ausrichten. Für dieses Manöver ist der Lander mit einem stabilen und dennoch sehr leichtem Gehäuse versehen, welches die elektronischen Komponenten und die im Inneren befindlichen Instrumente vor den auftretenden Belastungen schützen soll.

Nach dem Erreichen der Oberfläche wird der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA entwickelte Lander zunächst die Umgebung seines Landegebietes mit vier mitgeführten Instrumenten untersuchen und analysieren:

• Ein vom DLR entwickeltes Radiometer ermittelt dabei die Temperatur der Asteroidenoberfläche
• Ein von der TU Braunschweig beigesteuertes Magnetometer untersucht die Magnetisierung der Oberfläche
• Das Infrarot-Spektrometer MicrOmega der französischen Raumfahrtagentur CNES dient der Analyse der Minerale und Gesteine
• Eine ebenfalls vom DLR entwickelte Kamera bildet dagegen die Oberfläche im Landegebiet in hoher Auflösung ab

„Hüpfend“ zum nächsten Ziel
Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen an seiner Landestelle ist die Arbeit von MASCOT aber keineswegs beendet. Mittels eines vom DLR-Zentrum für Robotik und Mechatronik in Oberpaffenhofen entwickelten „Hopping-Mechanismus“ wird sich der Lander anschließend vielmehr „hüpfend“ über die Asteroidenfläche fortbewegen und seine Messungen an zwei weiteren Orten wiederholen.

Auf diese Weise erhalten die an der Mission beteiligten Wissenschaftler über einen Zeitraum von voraussichtlich etwa 16 Stunden, dies entspricht zwei vollständigen Tag-/Nachtzyklen auf dem Asteroiden, Daten von gleich drei verschiedenen Orten auf dem Asteroiden. Die Kontrolle über den Lander wird in diesem Zeitraum von dem in Köln beheimateten DLR-Kontrollzentrum des Nutzerzentrums für Weltraumexperimente (MUSC) aus erfolgen.

Parallel dazu wird auch der den Asteroiden umkreisende Orbiter Hayabusa-2 weiterhin seine Untersuchungen aus der Umlaufbahn heraus fortsetzen. Neben weiteren Messungen durch die Instrumente des Orbiters besteht das Ziel dabei in der Sammlung von Proben, welche durch eine Art Saugrüssel bei dichten Vorbeiflügen der Raumsonde an dem Asteroiden von dessen Oberfläche entnommen werden sollen. Diese Proben sollen anschließend zwecks einer ausführlichen Laboruntersuchung zur Erde transportiert werden.

MASCOT: Referenzdaten für die Analyse der zurückzuführenden Proben
Die von MASCOT „vor Ort“ gesammelten Daten, so die beteiligten Wissenschaftler, werden dabei eine bedeutende Ergänzung der Daten des Asteroidenorbiters und der Ergebnisse der Laboranalysen darstellen und dabei als Referenzdaten dienen, mit denen sich die Daten der zurückgebrachten Proben – deren Eintreffen auf der Erde ist bei einem Start im Jahr 2014 für das Jahr 2020 vorgesehen – im richtigen Kontext interpretieren lassen können.

Durch die so von Hayabusa-2 und MASCOT gewonnenen Informationen und den Analysen der Materialproben von 1999 JU3 erhoffen sich die Planetenforscher weitere Erkenntnisse darüber, wie der seit 4,5 Milliarden Jahren fast unveränderte Asteroid beschaffen ist. Hierdurch ergeben sich dann auch weitere Rückschlüsse über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte des gesamten Sonnensystems und somit auch über unseren Heimatplaneten.

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Punkt besteht in der von den erdnahen Asteroiden ausgehenden Gefahr einer Kollision mit der Erde. Da 1999 JU 3 zur Klasse der Apollo-Asteroiden gehört, welche den Großteil der erdnahen und potentiell gefährlichen Asteroiden bilden, können Aussagen über dessen Beschaffenheit und innere Zusammensetzung in Zukunft dann wichtig werden, wenn ein auf Kollisionskurs mit der Erde befindlicher Asteroid entdeckt wird.

Die hier kurz erläuterte Mission der Raumsonde Hayabusa-2 und deren Lander MASCOT wurde am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congress 2013, einer gegenwärtig in London stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

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• Hayabusa-2 zu Asteroid (162173) 1999 JU3

EPSC 2013:

• A Mobile Asteroid Surface Scout (MASCOT) for the Hayabusa 2 Mission (engl.)
• Development of Hayabusa-2 Deployable Camera (DCAM3)… (engl.)

Der Beitrag Hayabusa-2: Probenrückführung von einem Asteroiden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.