Der massive Schweif, der durch die Kollision eines Raumfahrzeugs und eines Asteroiden Anfang dieses Jahres entstanden ist, gibt wichtige Informationen über Weltraumgesteine frei – und wie man mit solchen Gesteinen umgeht, die eines Tages die Erde bedrohen könnten.
Double Asteroid Redirection Test der NASA (PFEIL)-Mission prallte Ende September gegen einen kleinen Weltraumfelsen namens Dimorphos, um sich auf die Möglichkeit vorzubereiten, dass Menschen eines Tages ablenken wollen Asteroid auf Kollisionskurs mit Erde. Innerhalb weniger Wochen nach dem Aufprall gab das DART-Team bekannt, dass der Aufprall 32 Minuten von der Umlaufbahn von Dimorphos um seinen größeren Begleiter entfernt war. Didymos – im hohen Bereich der Prelaunch-Schätzungen des Teams. Wissenschaftler teilen jetzt zusätzliche Ergebnisse über die Auswirkungen während der jährlichen Konferenz der American Geophysical Union, die diese Woche in Chicago und online stattfindet
„DART war ein enormer Erfolg“, sagte Tom Stadtler, Programmwissenschaftler für die DART-Mission, während einer Pressekonferenz, die am Donnerstag (15. Dezember) in Verbindung mit dem Treffen stattfand. „Ich habe diese Ergebnisse gesehen, ich weiß, dass sie extrem cool sind.“
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Viele der neuen Ergebnisse konzentrieren sich auf die atemberaubende, Komet– Wie ein Schwanz, der durch Trümmer des Aufpralls entsteht. Die Missionswissenschaftler waren sich im Voraus nicht sicher, wie viel Trümmer die Kollision von DART verursachen würde, aber der Aufprall enttäuschte nicht.
Und Wissenschaftler hatten dank des italienischen Anhalters des DART-Raumfahrzeugs, Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids (LICIACube), das mit zwei Kameras ausgestattet war und 15 Tage vor dem Aufprall von DART eingesetzt wurde, sodass es nur drei Minuten nach dem Aufprall an Dimorphos vorbeifliegen konnte. Die Fotos des winzigen Raumfahrzeugs zeigen ein ziemliches kosmisches Durcheinander, mit Materialwolken, die vom Weltraumfelsen platzen.
„Die Bilder waren in der Tat beeindruckend“, sagte Alessandro Rossi, Mitglied des LICIACube-Wissenschaftsteams und Wissenschaftler am Instituto di Fisica Applicata Nella Carrara in Italien, während der Pressekonferenz. „Wir haben einige der Funktionen, die wir sehen, nicht erwartet.“
Wissenschaftler analysieren immer noch die Daten von LICIACube, aber Bilder, die von ihm aufgenommen wurden zwei Kameras kann ein Gefühl dafür vermitteln, wie groß bestimmte Trümmer sind, wie schnell sie sich fortbewegen und mehr, sagte Rossi. Die Forscher glauben sogar, dass sie sehen können, wie die Trümmer einen Schatten auf die Umlaufbahn des größeren Asteroiden Dimorphos, Didymos, werfen.
Die Trümmer geben einen Eindruck von der Struktur des Asteroiden, da ein Asteroid aus festem Gestein viel weniger Auswurf erzeugen würde als ein Asteroid aus zusammengeklumpten Felsbrocken – stellen Sie sich vor, Sie würden einen Tennisball vom Bürgersteig abprallen lassen, anstatt ihn in einen Sandkasten zu werfen.
Darüber hinaus hat der Auswurf ein Schlüsselrätsel über Dimorphos und Didymos gelöst. Wissenschaftler vermuteten, dass die beiden Weltraumfelsen aus ähnlichem Material bestehen würden, hatten aber keine Möglichkeit, diese Theorie zu testen, weder während das Raumschiff zu seinem Ziel raste, noch mit bodengestützten Teleskopen, von denen keines stark genug ist, um zu sehen Dimorphos direkt.
Vor dem Einschlag konnten die Wissenschaftler das Licht, das sie vom System sahen, verwenden, um die Zusammensetzung des Weltraumfelsenpaars insgesamt zu analysieren, da sie wussten, dass fast das gesamte Licht von Didymos kam. Aber in ähnlichen Daten, die kurz nach dem Aufprall aufgenommen wurden, sind es die Trümmer, die von Dimorphos wegfliegen, die für den größten Teil des Lichts verantwortlich sind.
Der Vergleich der beiden Lichtsignaturen zeigte, dass das Material zwischen den beiden Asteroiden ziemlich ähnlich zu sein scheint, obwohl einige geringfügige Unterschiede auftreten. „Wir sind sehr erfreut zu sehen, dass diese beiden Objekte tatsächlich eine ähnliche Zusammensetzung haben“, sagte Cristina Thomas, eine Planetenwissenschaftlerin an der Northern Arizona University, die die DART-Beobachtungsarbeitsgruppe leitet, während der Pressekonferenz.
Wissenschaftler werden studieren Der frische Schwanz des Dimorphos für eine ganze Weile, einschließlich der Untersuchung von Beobachtungen, die in den Tagen nach der Kollision gemacht wurden, des Sammelns neuer Daten, um zu sehen, wie sich die Wolke im Laufe der Zeit verändert, und des Vergleichs von Beobachtungen aus verschiedenen Blickwinkeln.
„Wir haben eine Vision von der Ejektawolke aus der Nähe, wir haben eine Vision vom Boden, wir haben die Vision von Hubble-Weltraumteleskopvon dem James-Webb-Weltraumteleskop“, sagte Rossi. „Wir haben also viele verschiedene Geometrien, mit denen wir vergleichen können, und dies ermöglicht uns, die Ejektawolke aus vielen Blickwinkeln klar zu charakterisieren.“
Knirschen der Zahlen
Während der Pressekonferenz teilten die Wissenschaftler auch zwei Schlüsselzahlen mit, die sie seit der Kollision berechnet haben.
Erstens haben sie begonnen zu schätzen, wie viel Trümmer von dem Asteroiden geflogen sind: mindestens 2,2 Millionen Pfund (1 Million Kilogramm) und möglicherweise bis zu 22 Millionen Pfund (10 Millionen kg). Angesichts der Gesamtmasse von Dimorphos von vielleicht 11 Milliarden Pfund (5 Milliarden kg) könnte das Gestein nur 0,2 % seines Materials verloren haben, selbst wenn sich die höhere Schätzung als richtig erweist.
„Wir sprechen von einem winzigen, winzigen Bruchteil“, sagte Rivkin.
Die zweite Zahl geht auf den Kern des Zwecks der DART-Mission ein. Bei DART ging es nicht darum, in einen Asteroiden hineinzusehen, es ging darum planetare Verteidigung. Dazu gehört die Suche nach Asteroiden auf Umlaufbahnen, die sich mit der Erde schneiden, und die Berechnung, ob sich die beiden Körper jemals zur gleichen Zeit am selben Ort befinden könnten.
Wenn Wissenschaftler jemals einen beträchtlichen Asteroiden entdecken, der eine echte Bedrohung darstellt, so die Überlegung, könnten Menschen versuchen einzugreifen, indem sie die Umlaufbahn des Asteroiden beschleunigen Sonne damit es seine Verabredung mit der Erde verpasst. DART hat dafür eine Technik getestet, die als kinetischer Aufprall bezeichnet wird – ein ausgefallener Name, um den Asteroiden mit einem schweren, sich schnell bewegenden Objekt zu treffen.
Wissenschaftler haben jedoch kein ausreichendes Gespür dafür, wie die Eigenschaften eines Asteroiden und einer Kollision zusammenwirken könnten, um eine bestimmte Änderung des Impulses des Gesteins im Weltraum hervorzurufen, was es beispielsweise schwierig macht, zu wissen, wie groß Raumschiffe gestartet werden sollen.
Wissenschaftler verwenden eine entscheidende Zahl, die so genannte „Impulsübertragungsfaktor“ oder Beta, um zu beschreiben, wie effektiv ein Asteroideneinschlag ist. Wenn ein Raumschiff bei einer Kollision, die keine Trümmer verursacht, frontal auf einen Asteroiden trifft, nimmt der Weltraumfelsen genau den Impuls auf, den das Raumschiff beim Absturz hatte, ein Beta von 1.
Eine Vielzahl von Eigenschaften kann den Beta-Faktor beeinflussen – ob das Raumschiff zum Beispiel auf eine glatte Stelle oder einen großen Felsbrocken trifft, die innere Struktur des Asteroiden und aus welchem Material der Asteroid besteht – aber lassen wir diese der Einfachheit halber beiseite.
Trümmer, die vom Asteroiden in den Weltraum schießen, verleihen dem Asteroiden zusätzlichen Schwung und erhöhen allmählich den Beta-Faktor des Aufpralls. Und Wissenschaftler haben jetzt den Beta-Faktor der Wirkung von DART auf 3,6 berechnet. Dieser Wert bedeutet, dass der Asteroid mehr als dreimal so viel Schwung aufnahm wie bei einem sauberen Aufprall, und dass die durch den Aufprall entstandenen Trümmer den Asteroiden noch stärker beeinflussten als das Raumschiff selbst.
„Das sind sehr gute Nachrichten für die kinetische Schlagtechnik“, sagte Andy Cheng, Leiter des DART-Untersuchungsteams am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, während der Pressekonferenz. „Zumindest im Fall von DART war der kinetische Aufprall auf das Ziel wirklich effizient, um die Umlaufbahn des Ziels zu verändern.“
Die Berechnung liefert Wissenschaftlern auch dringend benötigte Daten aus der realen Welt, um zu verstehen, wie die Eigenschaften eines Asteroiden die Impulsübertragung beeinflussen – Daten, die entscheidend sind, um zu bestimmen, wie massiv ein Raumfahrzeug mit kinetischem Aufprall sein sollte, um eine Katastrophe abzuwenden. Der Nachfolger von DART, der European Space Agency Hera-Raumschiffder derzeit für 2024 geplante Start, wird auch hier eine Schlüsselrolle spielen, nachdem er (deutlich sanfter) am Asteroidenpaar ankommt, um Dimorphos und Didymos aus nächster Nähe zu studieren.
„Wohin wir versuchen, ist die Fähigkeit, einen Asteroiden zu beobachten, sowohl vom Boden aus oder vielleicht mit einer Aufklärungsmission, und daraus abzuleiten, wie die Reaktion sein wird, wenn wir einen kinetischen Impaktor dagegen einsetzen“, sagte Stadtler.
Trotz der faszinierenden Erkenntnisse sowohl in Bezug auf die Wissenschaft als auch auf die Verteidigung des Planeten betonte das Missionsteam, dass es mit dem Projekt noch lange nicht fertig sei.
„Von hier aus kommen wir jetzt tatsächlich zu unserer Traumliste, wo wir anfangen können, über die wirklich komplizierten vorhergesagten dynamischen Effekte nachzudenken, von denen wir nicht sicher waren, ob wir sie beobachten könnten, weil wir es nie tun würden habe das schon mal gemacht“, sagte Thomas. „Wir freuen uns auf weitere Beobachtungen, die es uns ermöglichen werden, die Dinge sehr detailliert zu studieren, und ich denke, das ist ein wirklich aufregender Ort.“
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