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

Es ist unklar, wann genau der letzte wirklich große Einschlag eines Asteroiden oder Kometen auf der Erde erfolgte. Die Zeugnisse solcher Einschläge existieren jedoch überall auf der Welt. Prominente Beispiele hierfür sind das Nördlinger Ries in Bayern oder der Barringer-Krater im US-Bundesstaat Arizona.

Das Risiko von Asteroideneinschlägen auf der Erde
Ein weiteres Beispiel, diesmal aus der jüngeren Geschichte, findet sich in der Tunguska-Region in Sibirien, wo am 30. Juni 1908 durch die Explosion eines Asteroiden in der Erdatmosphäre Millionen von Bäumen entwurzelt wurden. Und erst am 15. Februar 2013 ging über der russischen Stadt Tscheljabinsk ein lediglich etwa 17 bis 20 Meter durchmessender Asteroid nieder (Raumfahrer.net berichtete), der nicht nur enorme finanzielle Schäden verursachte. Durch die Auswirkungen der bei diesem Ereignis erzeugten Druckwelle wurden laut russischen Medienberichten weit über 1.000 Menschen verletzt.

Die in Arizona, Sibirien und dem Ural verursachten Schäden wurden durch relativ kleine Objekte mit lediglich wenigen Dutzend Metern Durchmesser hervorgerufen. Allerdings existieren in unserem Sonnensystem eine Vielzahl solcher der Erde potentiell gefährlich nahe kommende Objekte, welche teilweise über Durchmesser von mehreren hundert Metern, in einigen Fällen sogar von mehreren Kilometern verfügen. Sie werden als „Near Earth Objects“ (kurz „NEO“) bezeichnet. Bisher wurden von Amateur- und Berufsastronomen mehr als 10.700 solcher NEOs entdeckt und jeden Monat kommen mehrere Dutzend weitere Objekte hinzu.

Die Gefahr durch metallreiche Asteroiden
Eine besondere Gefahr für die Erde stellen dabei Asteroiden dar, welche hauptsächlich aus Metallen zusammengesetzt sind, da diese über eine höhere Dichte und Masse verfügen als vergleichbar große, hauptsächlich aus Gesteinen bestehende Asteroiden. Der Asteroid, der im Februar 2013 in 20 bis 30 Kilometern Höhe nahe der Stadt Tscheljabinsk mit der Wucht von 500 Kilotonnen TNT zerbarst, war zum Beispiel ein steinartiges Objekt. Ein metallischer Asteroid derselben Größenklasse wäre bei seinem Flug durch die Erdatmosphäre deutlich widerstandsfähiger gewesen und hätte tiefer in die Atmosphäre eindringen oder gar die Erdoberfläche erreichen können. Die Schäden wären dadurch noch erheblich größer ausgefallen.

„Es ist wichtig, die Zusammensetzung potenziell gefährlicher Asteroiden möglichst früh festzustellen“, so Prof. Dr. Alan W. Harris, Asteroidenforscher am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, der das internationale Asteroiden-Suchprojekt NEOShield, in dem unter anderem die Eigenschaften von Asteroiden, aber auch die Verhinderung von Asteroideneinschlägen auf der Erde untersucht werden, leitet (Raumfahrer.net berichtete). Nur wenn der Aufbau und die Zusammensetzung eines auf Kollisionskurs mit der Erde befindlichen Asteroiden bekannt ist kann dieser effektiv von seiner Flugbahn in Richtung Erde abgelenkt werden, so Prof. Alan Harris weiter.

Das Weltraumteleskop WISE
Jetzt haben die Planetologen des DLR Tausende von Datensätzen des NASA-Weltraumteleskops WISE (kurz für Wide-field Infrared Survey Explorer) ausgewertet – und kamen dabei auch den metallischen Asteroiden auf die Spur. Für ihre Analysen machten sich die beteiligten Wissenschaftler das Prinzip der unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeit der Asteroiden – Metall leitet Wärme besser als Gestein – zunutze. Die Sonnenenergie dringt somit tiefer in die Oberfläche eines metallreichen Asteroiden ein und wird dort absorbiert. Im Rahmen von Infrarotbeobachtungen erscheinen die Oberflächen dieser Asteroiden deshalb „kühler“ als die Oberflächen von Gesteinsasteroiden.

Belegt werden konnte dies durch den Vergleich von Reflexionsmessungen bei Radarabtastungen und Messungen der infraroten Wärmestrahlung von bekannten metallischen Asteroiden. Bisher sind den Wissenschaftlern lediglich etwa 40 Asteroiden bekannt, welche als metallreich identifiziert werden konnten. Mit der neuen Infrarot-Methode der DLR-Wissenschaftler wird diese Zahl jetzt allerdings wohl um einiges steigen.

„Im Katalog der WISE-Beobachtungen weisen noch viele Asteroiden Anzeichen für einen hohen Metallgehalt auf“, betont Prof. Alan Harris.

Potentielle Rohstoffquellen für die Hi-Tech-Industrie
Neben einer rechtzeitigen Gefahrenerkennung und der Einschätzung des Impaktrisikos könnte eine möglichst umfassende Katalogisierung von metallreichen Asteroiden in Zukunft noch einen weiteren Nutzen mit sich bringen. Metallische Asteroiden könnten nämlich einmal eine wichtige Quelle für den Abbau von wertvollen Rohstoffen wie Osmium, Iridium, Platin oder Palladium werden. Das ist derzeit allerdings noch Zukunftsmusik, welche laut der Einschätzung von Prof. Alan Harris frühestens die nächste oder übernächste Generation betreffen wird. Allerdings, so Alan Harris weiter, ist dieses Szenario mittlerweile nicht mehr komplett unrealistisch.

Derzeit untersuchen bereits mehrere US-amerikanische Privatfirmen die Möglichkeiten, Asteroiden zukünftig als Rohstoffquellen zu erschließen. Und auch die NASA plant, einen etwa sechs Meter durchmessenden Asteroiden einzufangen, diesen in eine Umlaufbahn um den Mond zu befördern und dort zu erforschen. Eines der vielen Probleme, welche derzeit noch bei diesen hochambitionierten Projekten auftreten, besteht in der Auswahl von dafür geeigneten Asteroiden. Die Infrarot-Beobachtung bietet eine neue Möglichkeit, metallreiche Kandidaten unter den erdnahen Objekten herauszufiltern.

Zusätzlich erlaubt die Untersuchung von Asteroiden jedoch auch einen Blick in die Vergangenheit. Die meisten Asteroiden des heutigen Sonnensystems sind die Überbleibsel von gewaltigen Kollisionen, welche sich seit der Entstehungsphase unseres Sonnensystems ereignet haben. Über die detaillierten Eigenschaften dieser Körper ist im Allgemeinen bisher allerdings nur sehr wenig bekannt.

„Deshalb forschen wir im NEOShield-Projekt zurzeit gemeinsam mit zwölf Partnern aus Forschung und Industrie und bündeln unser Wissen“, so Prof. Alan Harris. Neben der nun entdeckten Methode, mit der metallreiche Asteroiden identifiziert werden können, liegen NEOShield auch bereits erste Messdaten und Ergebnisse für Computer-Modellierungen von Einschlagsszenarien vor.

Die Infrarot-Methode zur Identifizierung von metallreichen Asteroiden wurde kürzlich in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ unter dem Titel „How to find metal-rich asteroids“ publiziert.

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Fachartikel von Alan W. Harris und Line Drube:

• How to find metal-rich asteroids (engl.)

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

Es ist unklar, wann genau der letzte große Einschlag eines Asteroiden oder Kometen auf der Erde erfolgte. Die Zeugnisse solcher Einschläge existieren jedoch überall auf der Welt. Prominente Beispiele hierfür sind das Nördlinger Ries in Bayern oder der Barringer-Krater im US-Bundesstaat Arizona. Ein weiteres Beispiel findet sich in der Tunguska-Region in Sibirien, wo am 30. Juni 1908 die Explosion eines Asteroiden in der Erdatmosphäre Millionen von Bäumen entwurzelte. Die in Arizona und Sibirien verursachten Schäden wurden durch relativ kleine Objekte mit lediglich wenigen Dutzend Metern Durchmesser hervorgerufen. Allerdings existieren in unserem Sonnensystem eine Vielzahl solcher der Erde potentiell gefährlich nahe kommende Objekte, welche teilweise über Durchmesser von mehreren hundert Metern verfügen. Sie werden als „Near Earth Objects“ (kurz „NEO“) bezeichnet. Bisher wurden von Amateur- und Berufsastronomen über 8.000 solcher NEOs entdeckt und jeden Monat kommen etwa 70 weitere hinzu.

„Eine gefährliche Kollision mit der Erde ist dabei etwa alle paar hundert Jahre wahrscheinlich“, so die Einschätzung von Prof. Dr. Alan Harris, Asteroidenforscher am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof. Und diese Kollisionen könnten mit dann eventuell dramatischen Auswirkungen auf die Menschheit erfolgen.

In den nächsten dreieinhalb Jahren wird Prof. Dr. Alan Harris deshalb die im Januar 2012 gegründete internationale Kooperation „NEOShield“ (zu deutsch „Schutzschild gegen erdnahe Objekte“) leiten. Verschiedene Partner aus Forschung und Industrie wollen im Rahmen dieses Projektes gemeinsam erforschen, wie zukünftige Einschläge von Asteroiden und Kometen auf der Erde verhindert werden können.

Wenn sich Asteroiden der Erde nähern, so erfolgt diese Annäherung typischerweise mit einer Geschwindigkeit von fünf bis 30 Kilometern pro Sekunde. „Um ihre Umlaufbahn zu ändern und eine Kollision mit der Erde zu verhindern, muss man eine Kraft auf sie ausüben“, so Harris. „Und zwar rechtzeitig.“

Eine Voraussetzung für die Erforschung möglicher Abwehrmethoden ist jedoch, dass die Wissenschaftler die physikalischen Eigenschaften der NEOs genau kennen. „Wir wollen möglichst viel über unseren „Feind“ herausfinden, der Kurs auf die Erde nehmen könnte“, so Harris. Die Planetenforscher des DLR bringen deshalb ihre bisher gewonnenen Erkenntnisse über die Zusammensetzung, die Struktur und die Oberflächenbeschaffenheit von Asteroiden und Kometen in das Projekt ein. Zudem wird das Team die Beobachtungsdaten der vergangenen zwei Jahrzehnte ausführlich analysieren. „Diese Daten wurden bisher noch nicht genügend aus der Sicht der Asteroidenabwehr untersucht“, so Harris.

Am Ende des Projekts soll Klarheit über mehrere Fragen herrschen. So wollen die Asteroidenforscher unter anderem festlegen, auf welche Weise die potentiell für die Erde gefährlichen Asteroiden in Zukunft am besten beobachtet und mit welchen Weltraummissionen die Eigenschaften dieser Objekte festgestellt werden können. Abhängig von dem Zeitraum, welcher zwischen der Entdeckung der Gefahr und dem möglichem Eintritt des Objektes in die Erdatmosphäre liegt, sowie von der Größe und der Zusammensetzung des Asteroiden oder Kometen könnten dann verschiedene Abwehrmethoden zum Einsatz kommen, welche die Wissenschaftler ebenfalls im Detail studieren werden.

Eine der Methoden, welche durch das NEOShield-Konsortium näher untersuchen wird, besteht in dem Einsatz einer Raumsonde, die den Asteroiden durch einen gezielten Abszurz auf der Asteroidenoberfläche von seiner Bahn abbringen soll. „Das ist meiner Meinung nach eine sehr realistische Methode“, so Harris.

Allerdings sind bei dieser Methode viele bisher noch offene Fragen zu klären. Wie muss die Steuerung einer solchen Raumsonde ausgelegt sein, damit sie ihr Ziel sicher und im korrekten Winkel trifft? Und wie kann der Effekt vermindert werden, den die Bewegung des Treibstoffs im Inneren der Raumsonde auf deren Einschlag ausübt? Im Rahmen von Laborexperimenten wollen die beteiligten Wissenschaftler deshalb einen solchen gesteuerten Raumsonden-Absturz simulieren und dazu mit Projektilen verschiedene Materialien „beschießen“, die denen eines Asteroiden entsprechen. Durch solche Versuche können Rückschlüsse auf das Verhalten eines Asteroiden bei einer solchen Kollision gezogen werden.

Wird ein auf Erdkurs befindlicher Asteroid bereits mehrere Jahre oder noch besser Jahrzehnte vor einer möglichen Kollision entdeckt, so könnte eine andere und auf den ersten Blick wohl weniger spektakulär erscheinende Abwehrmaßnahme in Frage kommen, welche sich die von einer Raumsonde ausgehende Anziehungskraft zunutze macht.

Wird eine Raumsonde in die direkte Nähe eines potenziell gefährlichen NEO dirigiert, so könnte sich deren Gravitation auf den Asteroiden auswirken und ihn – wie von einem Abschleppseil gezogen – von der ursprünglichen Flugbahn ablenken. Allerdings würde ein solches Verfahren einen Zeitraum von mehreren Jahren benötigen, bis eine signifikante Veränderung der Asteroiden-Umlaufbahn erreicht wird. „Bisher existiert diese Methode nur auf dem Papier, aber sie könnte funktionieren.“ Entsprechende Untersuchungen sollen jetzt zeigen, wie realistisch es ist, bedrohlichen Asteroiden mittels der Schwerkraft von der Erde abzulenken.

Eine weitere Methode kommt für Alan Harris und seine Kollegen dagegen nur dann in Betracht, wenn die Zeit wirklich drängt. „Würde man ein sehr großes gefährliches Objekt mit einem Durchmesser von einem Kilometer oder mehr entdecken, würden die beiden anderen Methoden das Problem wahrscheinlich nicht mehr lösen“, so der Wissenschaftler. „Die größte Kraft, die man dann einsetzen könnte, um den Asteroiden aus seiner Bahn zu lenken, wäre eine nukleare Explosion.“

Auch diese Variante der Gefahrenabwehr werden die Wissenschaftler in ihrem Projekt untersuchen – allerdings ohne eine entsprechende Mission im Detail zu planen. Vielmehr soll analysiert werden, welche Auswirkungen eine in der unmittelbaren Nähe eines Asteroiden oder direkt auf dessen Oberfläche erfolgende Detonation zur Folge hätte. Könnten die bei einer Nuklearexplosion entfesselten Kräfte ausreichen, um einen Asteroiden erfolgreich von seiner Bahn abzulenken? Diese Möglichkeit, so Prof. Dr. Alan Harris, wird allerdings sehr kontrovers gesehen.

Die Daten aus den Asteroidenbeobachtungen und die Ergebnisse der Berechnungen und Laborexperimente werden – hochgerechnet auf realistische Maßstäbe – kontinuierlich in verschiedene Computersimulationen einfließen. Am Ende der dreieinhalb Jahre sollen jedoch nicht nur neue Erkenntnisse über Asteroiden und deren mögliche Abwehr vorliegen. „Wir planen auch internationale Raumfahrt-Missionen, mit denen man in einigen Jahren die erforschten Abwehrmethoden testen könnte“, so Harris. Dafür sollen aus der Menge der bekannten Asteroiden diejenigen ausgewählt werden, welche sich für eine Mission zu Demonstration der vorgeschlagenen Techniken am besten eignen.

Außerdem soll bis zum Jahr 2015 auch eine Art „Fahrplan“ vorliegen, welcher bei einer Bedrohung der Erde durch eine Asteroidenkollision in Aktion treten soll. Dieser Plan soll auf realistische Ereignisse wie die zukünftigen Begegnungen der Erde mit dem Asteroiden (99942) Apophis ausgerichtet sein. Dieser etwa 270 Meter durchmessende NEO wird sich der Erde am 13. April 2029 bis auf eine Entfernung von etwa 30.000 Kilometern nähern. Ein zweiter dichter Vorbeiflug dieses Asteroiden an der Erde wird bereits sieben Jahre später erfolgen.

Unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sind folgende Partner an dem NEOShield-Projekt beteiligt: Observatoire de Paris (Frankreich), Centre Nationale de la Recherche Scientifique (Frankreich), The Open University (Großbritannien), Fraunhofer Ernst-Mach-Institut (Deutschland), The Queen’s University of Belfast (Großbritannien), Astrium GmbH (Deutschland), Astrium Limited (Großbritannien), Astrium S.A.S. (Frankreich), Deimos Space (Spanien), SETI Institute Corporation, Carl Sagan Center (USA), TsNIIMash (Russland), University of Surrey (Großbritannien). Die Europäische Union unterstützt das Projekt mit vier Millionen Euro. Weitere 1,8 Millionen Euro werden durch die an dem Projekt beteiligten Partner beigesteuert.

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