Warum starten wir eine Sonde auf einen fernen Weltraumfelsen?
„Ein historischer Moment mit Bedeutung für die ganze Welt“, nannte Tom Statler den kosmischen Knall, der in der Nacht von Montag auf Dienstag während einer Pressekonferenz stattfinden wird. Statler ist Forscher im Planetary Defense Coordination Office, der Zweigstelle der amerikanischen Weltraumbehörde NASA, die die Aufgabe hat, die Erde vor kosmischen Bedrohungen zu schützen.
Wenn sich die Dart-Sonde mit fast 22.000 Meilen pro Stunde in den fernen Asteroiden Dimorphos bohrt – ungefähr zehnmal so schnell wie eine Gewehrkugel –, ist dies das erste Mal, dass die Menschheit versucht, die Umlaufbahn eines anderen Himmelskörpers zu verändern.
Eine spektakuläre Premiere, die als kosmische Feuerübung dient. Die Mission muss uns von oben auf die größte vorstellbare Katastrophe vorbereiten: den Moment, in dem wir einen Weltraumfelsen entdecken, der auf Kollisionskurs mit der Erde ist. Wenn wir einem solchen Stein einen Schubs geben, hoffen wir, dass wir seine Umlaufbahn so anpassen können, dass er die Erde nicht rammt.
Das sollten Sie jetzt versuchen, sagen die Initiatoren des Dart, die unter anderem der NASA und der europäischen Raumfahrtagentur Esa angegliedert sind. Sie wiederum arbeiten mit Wissenschaftlern von etwa hundert Universitäten und Instituten zusammen, die über 27 Länder verteilt sind. Auch mit Teleskopen, die über alle Kontinente der Erde verteilt sind, behalten sie alles im Blick. Selbst aus dem Weltraum überwachen Messgeräte den Einschlag, den der Dart anrichten wird.
„Planetenverteidigung ist ein globales Problem, das eine globale Antwort verdient“, sagt Statler. „Asteroideneinschläge sind eine Bedrohung, seit es die Erde gibt, und wir glauben, dass wir sie jetzt zum ersten Mal verhindern können.“
So weit ist es noch nicht. Der Dart – und die künftige europäische Raumsonde Hera, die in zwei Jahren starten soll, um den zertrümmerten Krater genauer unter die Lupe zu nehmen – dient zwei Zwecken. Prüfen Sie zunächst, ob Wissenschaftler überhaupt einen Felsbrocken treffen können, der zum Zeitpunkt des Einschlags etwa 11 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt ist. Und zeichnen Sie auch die Folgen eines solchen Aufpralls auf. Ob zum Beispiel die Umlaufbahn des Asteroiden tatsächlich angepasst wird. Und um die Computermodelle zu kalibrieren, die die Auswirkungen solcher „Pushings“ vorhersagen. Damit wir alles im Griff haben, wenn es darauf ankommt.
Was genau wird passieren?
Ab Mitternacht niederländischer Zeit können Interessierte den Livestream der NASA verfolgen. Sie werden jede Sekunde ein neues Foto sehen, das die Raumsonde Dart zur Erde zurücksendet. Zuerst sieht man nichts weiter als einen vagen Lichtpunkt. Frühestens eine halbe Stunde vor dem Aufprall werden aus dem einen Punkt dann zwei Punkte. Der Asteroid Dimorphos, das Ziel, ist etwa 160 Meter lang und umkreist einen größeren Asteroiden, Dydimos, in einer Entfernung von etwa 780 Metern.
Aufgrund der enormen Distanz muss der Dart alleine dafür sorgen, dass er den richtigen Raumstein trifft. Dafür hat er ein Betriebssystem an Bord, auf dem eigens für diese Mission geschriebene Algorithmen laufen, die anhand der Fotos den richtigen Kurs bestimmen.
Ob das funktioniert, ist einer der wichtigsten Tests, die der Dart durchführt. „Ich denke, die Atmosphäre wird bis zu den Kurskorrekturen sehr angespannt sein“, sagte Nancy Chabot, Leiterin des Dart-Teams am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, auf derselben Pressekonferenz. ‚Wenn alles gut geht, wird der erste Jubel im Kontrollraum lange vor dem eigentlichen Einschlag aufkommen.‘
Nach dieser Kurskorrektur wartet die Mission mit einer weiteren Premiere auf: dem ersten Blick auf einen noch unbekannten Himmelskörper. Wegen der enormen Entfernung weiß noch niemand, wie Dimorphos aussieht. Die Form, die genaue Zusammensetzung und sogar die Farbe sind noch unbekannt. Kurz vor dem Aufprall füllt der Asteroid schließlich das gesamte Sichtfeld der Kamera aus. Kurz darauf hören die Bilder auf.
Von den Auswirkungen selbst werden wir daher nichts sehen. Die einzigen Bilder aus der Nähe werden kurz nach dem Einschlag des Minisatelliten Liciacube aufgenommen, aber erwarten Sie nichts Spektakuläres. Die Bilder kommen erst nach wenigen Stunden und die Staubwolke des Einschlags ist aufgrund der Entfernung und Geschwindigkeit des Satelliten nur wenige Pixel groß. Erst wenn die europäische Raumsonde Hera, die Ende 2024 starten wird, den Krater genau unter die Lupe nimmt, werden wir die Folgen des Einschlags in echter HD sehen können.
Bis dahin müssen Teleskope auf und um die Erde feststellen, ob der Einschlag tatsächlich die Umlaufbahn von Dimorphos verändert hat. Das kann dauern. Wochen vielleicht, denkt das Dart-Team. Der Jobwechsel wird gering sein: höchstens ein Prozent.
Wie oft schlagen solche Weltraumfelsen ein?
Schauen Sie sich die Geschichte an und es ist nicht die Frage ob, sondern wann Gestein aus dem All unkontrolliert auf die Erde krachen wird. Das berühmteste Beispiel ist dasjenige, das vor etwa 65 Millionen Jahren die Herrschaft der Dinosaurier beendete, eines kosmischen Monsters, das auf einen Durchmesser von zehn Kilometern geschätzt wird.
Die guten Nachrichten? Solche Auswirkungen sind sehr selten. Nur alle hundert Millionen Jahre kollidiert ein solch riesiger Stein. Weitere gute Nachrichten: Wissenschaftler schätzen, dass sie etwa 98 Prozent des Weltraumgesteins in dieser größten kosmischen Gewichtsklasse entdeckt haben. Keiner von ihnen befindet sich auf Kollisionskurs mit der Erde.
Doch die pockennarbige Geschichte unserer Erdkruste offenbart auch kleinere Einschläge. Der berühmte Barringer-Krater im US-Bundesstaat Arizona zum Beispiel, eine 1600 Meter breite und 120 Meter tiefe Wunde im Boden. Der physische Beweis eines Einschlags eines nur 50 Meter hohen Weltraumfelsens vor etwa 50.000 Jahren.
Diese Gesteinskategorie mit einem Durchmesser von 50 bis 200 Metern hat, wie die NASA es euphemistisch beschreibt, das Potenzial zur „regionalen Zerstörung“. Sie fallen alle paar tausend Jahre einmal auf die Erde. Und wenn wir das Pech haben, dass ein solches Objekt nicht auf einen Ozean, eine Wüste oder ein dünn besiedeltes Gebiet trifft, legt es kurzerhand eine Metropole in Schutt und Asche.
Aber während Wissenschaftler in dieser Kategorie kein einziges Beispiel kennen, das auf die Erde zusteuert, gibt es auch schlechte Nachrichten: Die meisten Weltraumfelsen dieser Art wurden noch nicht kartiert. Experten schätzen, dass wir erst etwa 40 Prozent dieser Art von kosmischem Gestein entdeckt haben.
Wenn wir einen Felsbrocken auf Kollisionskurs mit der Erde entdecken, wird der Dart ausreichen?
Das hängt vor allem von der Größe des Weltraumfelsens ab. Und, ebenso wichtig, wie weit es von der Erde entfernt ist, wenn wir es entdecken. Je weiter weg, desto kleiner der Schub, der nötig ist, um sicherzustellen, dass ein solcher Stein die Erde verfehlt. Wenn Sie sehen, dass es zehn Jahre vor dem Aufprall ankommt, wird es Ihnen gut gehen. Und selbst mit einer Vorwarnung von einem Jahr im Voraus funktioniert es immer noch. Aber wenn Astronomen ihn viel früher im Voraus entdecken, haben sie wahrscheinlich nicht die Zeit, den Stein wegzuschieben.
Außerdem können Sie mit einer Sonde im Dart-Stil nicht einfach irgendeinen Weltraumfelsen bewegen. Eine solche kosmische Kugel erzeugt das, was Physiker „Impulsübertragung“ nennen. Der Impuls – die Masse eines Objekts mal seiner Geschwindigkeit – ist ein Maß für die Bewegung, die Sie in der Physik machen. Schießen Sie eine Murmel gegen eine Murmel und die Impulsübertragung ist groß genug, um sie in Bewegung zu setzen. Schießen Sie dieselbe Murmel auf ein Auto und Sie werden es wahrscheinlich nicht zum Rollen bringen. Auch nicht, wenn das Auto von der Handbremse genommen wird.
Die Energie, die bei der Impulsübertragung des Dart – Gewicht: 570 Kilogramm – freigesetzt wird, ist also relativ bescheiden im Maßstab eines von Menschen verursachten Knalls. Zum Vergleich: Die Atombombe, die die Amerikaner während des Zweiten Weltkriegs auf die japanische Stadt Hiroshima abgeworfen haben, ist etwa 6.000-mal stärker. NASA und Esa schätzen, dass solche kosmischen Geschosse daher nur für Weltraumgestein mit einem Durchmesser von 50 bis 200 Metern geeignet sind, der Kategorie mit dem Potenzial zur „regionalen Zerstörung“.
Wenn wir das Pech haben, dass ein wesentlich größeres Exemplar – von 500 Metern bis vielleicht sogar ein paar Kilometer – auf die Erde zurast, dann sind andere Mittel gefragt.
In den Szenarien der Raumfahrtorganisationen bleibt irgendwann nur noch eine Atombombe als Option. Übrigens nicht direkt auf den Asteroiden zu sprengen, wie man es in Hollywoodfilmen mag Armageddon und Tiefe Wirkung tat. Das ist nicht sehr schlau: Der Stein kann dann in Stücke zerbrechen, ohne vorhersagen zu können, wo diese Stücke landen werden. Stattdessen ist es besser, eine solche Bombe in der Nähe zu zünden. Der Knall – der Asteroid würde mit freigesetzten Neutronen beworfen – liefert dann die Energie, um einen solchen Weltraumfelsen in Bewegung zu versetzen.
Das wäre per Definition nur ein letzter Ausweg, ein erster. Das Abschießen von Atombomben in den Weltraum ist aufgrund der großen potenziellen Folgen eines Unfalls durch internationale Verträge verboten.
Wie schwer eine Sonde sein soll, in welcher Entfernung von der Erde eine Mission wie Dart noch Sinn macht und ab welcher Größe und Entfernung von einem Asteroiden nur noch eine Atombombe in Frage kommt: Das sind die Fragen, die diese erste Testmission stellen muss .antworten. Wenn alles nach Plan läuft, werden sie von Montag bis Dienstag mit einem buchstäblichen Schlag geklärt, damit wir unsere besten Kollisionsmodelle erstmals gegen die gnadenlose Realität des tiefen Kosmos kalibrieren können.
