Asteroidenabwehr nachgerechnet

Thema Asteroidenabwehr: In einem Kommentar zu meinem letzten Artikel hat Leser ragger65 einige überschlägige Berechnungen zur Impulsübertragung bei einem Hochgeschwindigkeitsimpakt einer Abwehrsonde auf einem Asteroiden angestellt. Ich zitiere den Kommentar noch einmal hier:

Ich habe mal ein wenig gerechnet. Ein runder Asteroid mit 500 Metern Durchmesser und der Dichte von Silikatgestein (3 t/m^3) hat eine Masse von etwa 2 X 10^8 t. Wenn da ein Impaktor von 5 t Masse mit 10 km/s draufknallt, gibt das nach der Impulserhaltung (inelastischer Stoß angenommen) eine Geschwindigkeitsänderung des Asteroiden von [5 / (2 X 10^8)] X 10 km/s = 0.25 mm/s. Ist das tatsächlich genug, um innerhalb von z.B. 20 Jahren die Bahn soweit zu stören, dass ein vorhergesagter Einschlag sicher vermieden werden kann?

Weitere Rechnung auf Basis dieser Annahmen

Zunächst einmal finde ich es richtig gut, dass in Kommentaren solche Überlegungen angestellt und Berechnungen durchgeführt werden. Derartig konstruktive Diskussionen gibt es in den wenigesten Blogs. Ich führe die Überlegung zunächst einmal auf Basis dieser Annahmen weiter. Dann sage ich etwas zu den Annahmen selbst.

Was noch fehlt, ist eine Aussage zur Bahn des Asteroiden. Das ist ein sehr heikles Thema. Je erdbahnähnlicher die Bahn des Asteroiden ist, desto problematischer ist seine Abwehr. Ich nehme hier mal eine Bahn an, die deutlich von der Erdbahn abweicht. Sagen wir, die große Halbachse der Bahn liegt bei 180 Millionen km. Das führt zu einer Umlaufperiode von 482 Tagen. Bei 1 AE, also rund 150 Millionen km, liegt die Bahngeschwindigkeit bei 32.146486 km/s.

Nehmen wir mal an, die Abwehrmaßnahme findet auch bei 150 Millionen km Sonnenabstand statt. Nehmen wir ferner an, durch den Impakt könnte die Bahngeschwindigkeit des Asteroiden um 1 m/s geändert werden. Das ist natürlich viel Holz, aber man kann das Ergebnis einfach linear skalieren, um den Effekt geringerer Geschwindigkeitsänderungen abzuschätzen. Wenn ich also 1 m/s draufrechne, erhöht sich die Bahngeschwindigkeit auf 32.147486 km/s, was zu einer Erhöhung der großen Halbachse und daraus resultierend einer Steigerung der Umlaufperiode um 5450 Sekunden führt.

Das ist enorm viel, aber nach den Annahmen von Leser ragger65 ist die Geschwindigkeitsänderung um einen Faktor 4000 kleiner als 1 m/s. Also liegt die erzielte Änderung der Bahnperiode auch nur eher im Bereich 1.3 Sekunden.

Nehmen wir an, die Vorlaufzeit zwischen Abwehrmaßnahme und berechnetem Einschlagsdatum wäre 20 Jahre. Das entspricht 15 Umläufen des Asteroiden. Nach 15 Umläufen beläuft sich die akkumulierte Änderung der Zeit, zu der der Asteroid die Erdbahn kreuzt, auf 15*1.3 = etwa 20 Sekunden. Die Erde fliegt auf ihrer Bahn mit 30 km/s. In 20 Sekunden hat sie sich demnach um 600 km weiter bewegt, angenommen, die Asteroidenbahn kreuzt die Erdbahn in etwa im rechten Winkel.

Wenn der vorausberechnete Einschlag dergestalt ist, dass der Asteroid senkrecht in die Atmosphäre eintreten würde, dann reichen 600 km Ausweichen natürlich lange nicht aus. Es müssten eher 10000 km oder mehr sein, der Erdradius plus der Ausgleich des Effekts, dass die Erdgravitation die Bahn des Asteroiden bei deiner Ankuft zur Erde hinbiegt. Bei 600 km Ausweichen würde die Abwehrmaßnahme nur dazu führen, dass der Impakt nicht mehr im Land A, sondern im Nachbarland B stattfindet. Gut, bei einem 500-Meter-Objekt wäre das auch egal, die sind eh beide platt.

Wenn aber der Einschlag so vorausberechnet wird, dass der Asteroid schon unter flachem Winkel eintritt, dann könnten 600 km Ausweichen bereits ausreichen, um die Katastrophe ausfallen zu lassen, wenigstens bei dieser Begegnung. In der weiteren Zukunft könnte es dann allerdings wieder eng werden.

Diskussion der Annahmen

Nun schauen wir uns mal die gemachten Annahmen an, eine nach der anderen.

  • Materialdichte 3000 kg/m^3: das setzt bei einem silikatischen Körper (die überwiegende Mehrzahl der Asteroiden) fast schon eine homogene Zusammensetzung oder gar einen Monolithen voraus. Asteroiden, allemal solche dieser Größe, sind aber wahrscheinlich eher fliegende Geröllhalden voller Hohlräume. Dies legen zahlreiche unterschiedliche Beobachtungen einer Vielzahl von Asteroiden nahe. Das heißt, ihre Dichte liegt wahrscheinlich eher im Bereich 1500 kg/m^3 und im gegebenen Fall wäre die Masse auch nicht 200 Millionen Tonnen, sondern eher 100 Millionen. Da haben wir also gerade einen Faktor 2 im Ausweichen hinzu gewonnen!
  • Inelastischer Stoß: Das ist eine sehr konservative Annahme, die im Fall eines Monolithen gelten mag, aber wahrscheinlich eher nicht im Fall einer fliegenden Geröllhalde, wo vielerlei Einzelteile von der Größe eines Bürogebäudes bis hinunter zum Staubkorn schwach gravitativ oder vielleicht zusätzlich noch durch andere schwache Kräfte zusammen gehalten werden. Eher ist anzunehmen, dass durch den Impakt der Abwehrsonde auf dem Asteroiden ein Krater ausgehoben wird, dessen Material in die Richtung weg geschleudert wird, aus der die Abwehrsonde kam. Der Impulserhaltungssatz diktiert, dass auch dieser Effekt einen Impuls generiert und damit die Impulsübertragung um ein Mehrfaches verstärkt. Wie viel genau, das wird von Fall zu Fall unterschiedlich sein, vielleicht ist der Multiplikationsfaktor nur wenig über 1, was aber unwahrscheinlich ist. Vielleicht ist er 3, 5 oder höher. Im Herbst 2022 soll ein Hochgeschwindigkeitsimpakt am kleineren Partner des Binärsystems 65803 Didymos getestet werden. Dann werden wir mehr wissen. Um diesen Multiplikationsfaktor erhöht sich natürlich auch der Ausweicheffekt.
  • 500 Meter Durchmesser: Kann natürlich sein, aber viel häufiger sind kleinere Asteroiden, deswegen ist es auch deutlich wahrscheinlicher, dass eine eventuelle Abwehrmission einen kleineren Körper betreffen wird. Hätte der Asteroid nur 250 Meter Durchmesser, dann wäre seine Masse nur ein Achtel von der eines 500-Meter-Objekts. Der Ausweicheffekt würde sich dann um einen Faktor 8 erhöhen.
  • 5 Tonnen Impaktormasse: Warum so wenig? Das liegt doch schon in der Größenordnung dessen, was eine  heutige Atlas V oder Ariane 5 zum Mars schicken kann. In der Zukunft würde man ja wohl hoffentlich für eine Asteroidenabwehrmission eine Schwerlastrakete springen lassen, Falcon Heavy, Angara Heavy, Long March Heavy oder SLS, am besten alle. Inpaktmasse dann eher 20 Tonnen oder mehr, und nicht nur eine Mission, schließlich macht es keinen Sinn, bei einer solchen Unternehmung geizig zu sein. Steigerung des Ausweicheffekts also um den Faktor 4, 8, 12, 16 ….

So. Jetzt sind aus den 600 km Ausweicheffekt schon 1200 km geworden, wenn ich die mittlere Dichte eines üblichen silikatischen Asteroiden annehme. Unter Einbeziehung des Verstärkungseffekts werden daraus 3600, 4800, 6000 km, aber das ist mit einer starken Unsicherheit behaftet. Wenn die Abwehrsonde nicht nur ein Pille-Palle-Fünftonner ist, sondern mehrere Zwanzigtonner, haben wir schon einen Ausweicheffekt von mehreren Zehntausend Kilometer. Das reicht, selbst wenn es ein 500-Meter-Objekt ist. Es reicht auch dann noch, wenn man nicht 20, sondern nur 10 Jahre Vorlaufzeit hat und sich deswegen der Effekt halbiert.

Stimmt das alles?

Rechnen Sie bitte selbst nach.

Also, alles in Butter?

Nein. Nichts in der Technik ist absolut sicher und in der Wissenschaft ist alles immer eine Frage von Wahrscheinlichkeiten. Wie gesagt, bei einigen Klassen von Asteroidenbahn funktioniert das mit der mit der Asteroidenabwehr eher besch….eiden. Vorbedingung ist auf jeden Fall die Vorlaufzeit. Wenn wir gepennt haben und unverhofft einen Asteroiden entdecken, der uns nächstes Jahr erwischen wird, dann können wir auch nichts machen. Dann wären wir aber auch selbst Schuld.

Alle Berechnungen hier sind nur überschlägig und sollen eins zeigen: Im Fall des Falls hätten wir eine Chance, zumindest bei einer ganzen Menge der erdbahnkreuzenden Asteroiden. Das aber auch nur dann, wenn wir jetzt unsere Hausaufgaben machen und die Population erdbahnkreuzender Asteroiden annähernd in ihrer Gesamtheit, bis hinunter in den Bereich von Objektgrößen unter 100 Metern kennen und diese Kenntnis kontinuierlich aktualisieren.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

29 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Also dann, “nicht kleckern, klotzen” ist angesagt…

    Herzlichen Dank für die schnelle und trotzdem ausführliche Antwort!

  2. Michael Khan schrieb (21. April 2017):
    > […] überschlägige Berechnungen zur Impulsübertragung bei einem Hochgeschwindigkeitsimpakt einer Abwehrsonde auf einem Asteroiden
    > […] Masse von etwa 2 X 10^8 t
    > […] Nehmen wir an, die Vorlaufzeit zwischen Abwehrmaßnahme und berechnetem Einschlagsdatum wäre 20 Jahre.

    > […] 600 km Ausweicheffekt […]

    > •5 Tonnen Impaktormasse: Warum so wenig?

    Bzw.: Warum nur einmalig?

    Aber auch:
    Warum überhaupt die gewünschte Impulsveränderung durch einen “Impakt” herbeiführen wollen,

    und nicht z.B. durch Betreiben eines geeigneten und vor allem geeignet ausgerichteten (z.B. sehr ordentlichen) Triebwerks, das hinreichend früh und ausdauernd am Laufen zu halten wäre?

    Um die entsprechende (Milchmädchen-)Rechnung mal aufzumachen:

    10 MN / (2 X 10^8 t) =
    10^7 (kg m / s^2) / (2 X 10^11 kg) =
    5 X 10^(-5) m / s^2,

    1/2 X (5 X 10^(-5) m / s^2) X (20 X 3 X 10^7 s)^2 =~=
    8 X 10^12 m =
    8 X 10^9 km,

    d.h. fast ein Millionenfaches des gewünschten Ausweicheffekts
    (bei damit verbundenem sicher wesentlich bis gänzlich unrealistischem Aufwand für Treibwerks-Treibstoff-Transport).

    p.s.
    > Zunächst einmal finde ich es richtig gut, dass in Kommentaren solche Überlegungen angestellt und Berechnungen durchgeführt werden. Derartig konstruktive Diskussionen gibt es in den wenigsten Blogs.

    Derartig konstruktive Diskussionen und Darlegungen kommen in Blogs besonders dann auf, wenn darin die Darstellung von mathematischen Formeln durch \( \LaTeX \)-Syntax ermöglicht, und (insbesondere auch deshalb) eine Kommentarvorschau angeboten ist.

    • Hochgeschwindigkeitsimpakte sind bahnmechanisch um Größenordnungen einfacher zu realisieren als eine Lösung mit einem Triebwerk, die ja eine Landung auf dem Asteroiden impliziert. Für einen Hochgeschwindigkeitsimpakt muss man einfach nur eine Abwehrsonde dem Asteroiden in den Weg lenken, wenn er die Ekliptik kreuzt. Das geht selbt dann, wenn er eien hochexzentrische Bahn hoher Inklination hat. Mit einem Raumschiff in eine solche Bahn zu kommen, ist aber für sich genommen schon sehr schwierig.

      Wenn man das geschafft haben sollte, mit irgendeiner in der Zukunft verfügbaren Technik – warum dann den Aufwand mit dem installierten Triebwerk? Man sollte einen elektrisch betriebenen Magnetkapapult installieren, der Stücke vom Asteroiden aufklaubt und sie wegschießt. Der Asteroid selbst ist der Treibstoff, und er wird dabei immer kleiner.

      • Michael Khan schrieb (21. April 2017 @ 14:48):
        > Hochgeschwindigkeitsimpakte sind bahnmechanisch um Größenordnungen einfacher zu realisieren als eine Lösung mit einem Triebwerk, die ja eine Landung auf dem Asteroiden impliziert.

        Sicherlich wären Landungen (von Triebwerken, als auch von Treibstoff) erheblich “schwerer zu realisieren” im (harten, so gut wie nicht kompensierbaren) Sinne von “mit längerer Flugdauer verbunden, die von der Vorlaufzeit abgeht” bzw. “für geringere Nutzlast geeignet”, als schlichtes Aufprallen-Lassen.

        Die Richtung, in der die Impulsveränderung bewirkt würde, ist allerdings auch bedeutsam; gewisse “einfacher zu realisierende” Impakte wären deshalb als Abwehrmaßnahmen ganz ungeeignet.
        (Damit im Zusammenhang die Diskussion der Asteroidenbahn im obigen SciLog-Beitrag.)

        > Für einen Hochgeschwindigkeitsimpakt

        … der zur Abwehr am wirksamsten wäre …

        > muss man einfach nur eine Abwehrsonde dem Asteroiden in den Weg lenken, wenn er die Ekliptik kreuzt.

        Ganz genau. (Soweit ich das recht verstehe.)
        Für welchen Anteil von (schon bekannten) NEO-Asteroiden ergäbe sich diese Situation überhaupt; geschweige denn Jahre bis Jahrzehnte vor deren Querung der Erdumlaufbahn?

        > […] warum dann den Aufwand mit dem installierten Triebwerk?

        In meiner obigen (Milchmädchen-)Rechnung vor allem: Um einen beeindruckenden Schub annehmen/verrechnen zu können.

        > Man sollte einen elektrisch betriebenen Magnetkapapult installieren, der Stücke vom Asteroiden aufklaubt und sie wegschießt.

        Auch gut.

        > Der Asteroid selbst ist der Treibstoff […]

        Sicher nicht; aber (zumindest) kann er die erforderliche Stützmasse liefern.

        Die Energie zum Antrieb des vorgesehenen elektrisch betriebenen Magnetkapapults müsste aber zusätzlich bereitgestellt werden; und am “einfachsten” bzw. wirksamsten vermutlich immer noch durch Transport von Treibstoff von der Erde zum Asteroiden (einschl. hinreichend sanfter Landung).
        (Eventuelle Asteroide, deren o.g. “Multiplikationsfaktoren” im Bereich vieler Zehnerpotenzen lägen, sind natürlich ein ganz anderes Thema. … ;).

        p.s.
        Danke für das zeitnahe Löschen meiner vorausgegangenen überflüssigen Kommentarversuche.

        • Siehe auch dieser Artikel. Jede Asteroidenbahn kreuzt zwei Mal pro Umlauf dei Ekliptik. Mindestens einer dieser Kreuzungspunkte muss auf der Erdbahn liegen, wenn es sich um einen Asteroiden handelt, der der Erde gefährlich werden kann.

          Doch, natürlich ist das Material des Asteroiden der “Treibstoff”, also das, was sich in ausgestoßene Stützmasse verwandelt, wenn man einen Magnetkatapult auf der Oberfläche verankert hat. Nur geht es bei der Lösung mit dem Magnetkatapult ja gar nicht primär darum. den Asteroiden abzulenken (obwohl man auch das erreichen kann), es geht in erster Linie darum, in in so kleine Brocken zu zerlegen, dass keiner dieser Brocken noch gefährlich ist.

          Elektrische Energie wird bei Raumfahrtanwendungen immer solarelektrisch oder thermoelektrisch generiert.

          • Michael Khan schrieb (21. April 2017 @ 21:32):
            > Jede Asteroidenbahn kreuzt zwei Mal pro Umlauf die Ekliptik.

            (Oder liegt ganz in der Ekliptik; als Ausnahmefälle.)

            > Mindestens einer dieser Kreuzungspunkte muss auf der Erdbahn liegen, wenn es sich um einen Asteroiden handelt, der der Erde gefährlich werden kann.

            Ganz recht. Genau darum, um die Frage, die ich oben nur sehr knapp formuliert hatte, nochmals ausführlicher und konkreter zu stellen:

            Von allen bekannten Asteroiden, bzw. auch allgemeiner: allen Himmelskörpern, von denen bekannt ist, dass sie meinetwegen innerhalb der nächsten 1000 Jahre (um einen bestimmten sinnvollen Rahmen zu setzen) der Erde (bzw. dem Mond) recht nahe kommen werden (meinetwegen innerhalb 10^9 m Abstand zur Erde),

            – wie viele werden überhaupt noch einmal die Ekliptik kreuzen, bevor sie der Erde am nächsten kommen (und dabei ein weiteres Mal die Ekliptik kreuzen würden)?; und

            – wie viele davon kreuzen die Ekliptik mindestens einmal im Zeitraum von 10 bis 20 Jahren, bevor sie der Erde am nächsten kommen?

            > Doch, natürlich ist das Material des Asteroiden der „Treibstoff“, also das, was sich in ausgestoßene Stützmasse verwandelt, wenn man einen Magnetkatapult auf der Oberfläche verankert hat.

            Das zwar schon; aber selbstverständlich nicht der „Treibstoff“, also das, was z.B. durch chemische oder nukleare Umsetzung Energie bereitstellt, die durch das Magnetkatapult in kinetische Energie (im Wesentlichen: kinetische Energie der ausgestoßenen Stützmasse gegenüber dem restlichen Asteroiden bzw. Himmelskörper) gewandelt wird.

            > Elektrische Energie wird bei Raumfahrtanwendungen immer solarelektrisch oder thermoelektrisch generiert.

            Sogar mit einer (einigermaßen dauerhaft zu erbringenden) Leistung von ca.

            9 MN X 4 km/s =~= 40 GW,

            entsprechend meiner obigen Triebwerks-(Milchmädchen-)Rechnung
            ??

            > Nur geht es bei der Lösung mit dem Magnetkatapult ja gar nicht primär darum. den Asteroiden abzulenken (obwohl man auch das erreichen kann), es geht in erster Linie darum, in in so kleine Brocken zu zerlegen, dass keiner dieser Brocken noch gefährlich ist.

            Das mag im Falle tatsächlicher Gefährdung relevant sein, führt allerdings weit weg von der Aufgabenstellung von Leser ragger65.

        • Ja, Herr Wappler, wenn man einige zeit auf http://www.projectrho.com/public_html/rocket/ verbracht hat, dann weiß man, daß im Englischen klar zwischen “fuel” und “propellant” unterschieden werden kann, und versucht im Deutschen dann auch zwischen “Brennstoff” und “Stützmasse” zu unterscheiden.

          Trotzdem ist Herr Khan’s Formulierung “der Asteroid selbst wäre der Treibstoff” nicht wirklich falsch, weil das deutsche Wort “Treibstoff” bei nicht-chemischen Antrieben nun mal mehrdeutig ist, und die Bedeutung als “propellant” sich eindeutig aus dem Kontext ergibt. Es war schließlich an keiner Stelle die Rede davon, den Asteroiden erst nach Uran und Thorium zu durchsuchen, um Asteroidenmaterial als Energiequelle zu nutzen. Erdbahnkreuzende Objekte bewegen sich schließlich zumindest für ein paar Monate pro Umlauf nach genug an der Sonne, um Sonnenenergie als “fuel” zu nutzen.

  3. Kann ich alles gut nachvollziehen – ausser einer Vorwarnzeit von 20 Jahren. Wenn die Kollision 20 Jahre in der Zukunft liegt wird es wohl sogar schwierig den genauen Auftreffpunkt (auf der Erde) zu berechnen, denn dazu müsste man den Ort des Asteroiden, seine Geschwindigkeit und die in den 20 folgenden Jahren auf ihn einwirkenden Kräfte sehr genau kennen.

    Ein Impaktor oder besser wohl eine Serie von Impaktoren eignet sich zudem wie im Artikel bemerkt vor allem für kleinere Asteroiden. Doch die sind ja auch viel häufiger als grosse und wenn die Erde in naher Zukunft von einem ernstzunehmenden Asteroiden getroffen wird, dann ist dieser mit grösster Wahrscheinlichkeit sogar kleiner als 100 m im Durchchmesser. Eventuell würde es aber genügen den Auftreffpunkt eines 100 m grossen Asteroiden um ein paar dutzend Kilometer zu verschieben, also beispielsweise von der Stadt New York weg auf einen ländlichen Fleck im Staat New York. Dazu sollte dann auch eine Vorwarnzeit von 1 bis 2 Jahren genügen.
    Ich denke man sollte sich bei einer Asteroidenabwehr auf die häufigen Fälle konzentrieren, also auf Vorkommnisse wie in Tunguska 1908.

    • Die kleinen Objekte sind halt oft zu schwer zu entdecken und zu verfolgen.

      Natürlich kann man nicht genau den Auftreffpunkt bestimmen. Man hat einen Unsicherheitsellipsoiden, der die Erde einschließt. Je besser man die Bahn bestimmt, desto kleiner wird der Unsicherheitsellipsoid. Aber es ist illusorisch, anzunehmen, man könnte auf Jahre hinaus die Einschlagstelle genau einkreisen.

      • Stimmt. Doch die kleinen Objekte sind die mit denen man immer wieder rechnen muss. Das Sentinel-Projekt (Teleskop in Venusumlaufbahn) will 80% aller NEO’s mit einem Durchmesser grösser als 40 m entdecken.
        So etwas kostet zwar, aber es lohnt sich in mehrfacher Hinsicht:
        1) Werden potenziell gefährliche kleinere Objekte entdeckt, also Objekte von denen die Erde etwa alle 100 Jahre einmal getroffen wird.
        2) Werden kleinere NEOs entdeckt, die auch für die Raumfahrt von Interesse sind (Erkundung, Rohstoffausbeutung, Abschleppen an anderen Ort).

          • Stimmt. Gemäss Wikipedia sollen durch Sentinel 90% aller NEO’s grössser als 140 m sollen entdeckt werden.
            Die Angabe, die ich zitiert habe (>80% aller NEO’s grösser als 40 m), scheint inzwischen revidiert worden zu sein.
            Nun, auch ein Katalog der Bahnen aller NEO’s grösser als 140 m ist nützlich. Ich denke mir, man kann dann die NEO’s finden, welche in den nächsten paar tausend Jahren der Erde gefährlich werden können und es werden wohl nur ein paar wenige sein.

      • Die Erde wird alle 27 Jahre von einem 15 Meter Objekt getroffen, alle 60 Jahre von einem 20 Meter Objekt (wie Tscheljabinsk) und alle 185 Jahre von einem 30 Meter Objekt. Alle 764 Jahre schliesslich trifft ein 50 Meter Objekt auf die Erdoberfläche. Ein 50 Meter Objekt deponiert bereits eine Energie von 5.9 Megatonnen TNT was der 500 Detonationstenergie der Hiroshima-Bombe entspricht. Wenn solche ein 50 Meter Objekt am falschen Ort niedergeht, kann es fatale Konsequenzen haben, aber bereits ein Sturz in den Ozean kann über den ausgelösten Tsunami gefährlich werden.

        • Da zitieren Sie die von Ihnen verlinkte Wikipedia falsch. Objekte von unter 100 Metern Durchmesser produzieren in aller Regel Airbursts. Die Aussage …

          Alle 764 Jahre schliesslich trifft ein 50 Meter Objekt auf die Erdoberfläche.

          … ist schlicht unzutreffend. Bei unter 100 Metern Objektdurchmesser wird die Erdoberfläche in der Regel nicht erreicht. Ausnahmen sind Objekte mit hohem Eisengehalt. Auch unter den silikatischen mag es Ausnahmen geben.

          Die angegebenen Häufigkeiten sind auch bloße Schätzungen. Ich denke, die Häufigkeit von starken Airbursts ist höher als dort behauptet.

          • Stimmt, die Erdoberfläche wurde ja auch beim Tunguska-Event 1908 (Baumentwurzelung bis in 30 km Entfernung, 15,000 Kilotonnen TNT Explosionskraft, Explosion in 8.5 km Höhe ) nicht erreicht.

          • Spuren rezenter Impakte hätte man wahrscheinlich gefunden, aber mir scheint, die Statistik der Airbursts unterliegt einem “Reporting bias”. Beispielsweise sind hier von 1900 bis 1992 ganze 16 Airburst-Ereignisse aufgelistet, von 1993 bis heute aber 40. Offensichtlich eine Frage der verfügbaren Daten. Vor Beginn des Raumfahrtzeitalters und der militärischen Überwachung der Erde hätte es sehr wohl in weiten Teilen der Erde selbst große Airbursts geben können, die niemand bemerkt hat. Selbst in der nahen Vergangenheit kann es noch unbemerkte Airburst-Ereignisse gegeben haben, siehe zum Beispiel hier.

  4. Die Asteroidenabwehr durch Beschuss mit einem Hochgeschwindigkeitsimpaktor ist umso wirksamer je kleiner der Asteroid. Asteroide bis zu einigen zehntausend Tonnen Masse könnten auch noch wenige Tage vor dem voraussichtlichen Impakt durch einen einzigen Impaktor abgewehrt werden. Solche kleinen Asteroide der Tscheljabinsk-Klasse (20 m Durchmesser, 10’000 Tonnen) treffen alle paar Jahre auf die Erde und haben bereits das Potenzial zu milliardenteuren Schäden, wenn sie den Kern einer Großstadt treffen. Eine jederzeit bereite Abwehr würde sich also lohnen. Vielleicht könnte ein grosser, aktiver, weltraumbasierter Radar die Detektion eines 20 Meter Asteroiden bis zum Erdabstand von 4 Million Kilometern (10x Mondabstand) garantieren. Es blieben nach Detektion eines solchen erdkollidierenden Asteroiden noch ein bis zwei Tage Zeit für die Abwehr, wenn wir eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 50’000 Kilometern pro Stunde für Asteroiden annehmen. Diese kurze Zeit bedeutet, dass das Abwehrsystem jederzeit “scharf”, also abwehrbereit sein müsste.

    • Anmerkung: ein 20 bis 50 Meter grosser Asteroid der über und Richtung Manhattan in die Atmosphäre eintauchen würde könnte wenig bis sehr viel Schaden anrichten, je nach Auftreffwinkel,und Höhe der Detonation des Meteors. Ein gutes schnellreagierendes Asteroiden-Abwehrsystem könnte alle Asteroiden mit Erdkurs bekämpfen oder auch nur diejenigen mit sensiblem Einschlagspunkt. Es wäre aber in jedem Fall schwierig ein Ziel von nur 20 Metern Durchmesser zu treffen. Die Aufgabe wäre vergleichbar mit der Raketenabwehr mittels Antiraketen, jedoch wegen der grossen Geschwindigkeiten eher noch schwieriger.

      • Selbst wenn das Treffen gelingen sollte, kann die Zerstörung des Ziels schwierig sein. Bei kleinen Körpern ist es wahrscheinlich, dass man es nicht mehr mit einem Aggregat von Einzelbestandteilen unterschiedlicher Größe zu tun hat, sondern um einen Monolithen. Kriegt man einen 20-50-Meter großen Felsen durch den Aufprall einer Abwehrsonde zuverlässig in harmlose Bestandteile zertrümmert?

  5. Für die Vervielfachung des übertragenen Impulses wären vermutlich Nuklearwaffen geeignet.
    Wenn man eine Nuklearwaffe in einigem Abstand vom Asteroiden zündet, dann verdampft ein Teil seiner Oberfläche, was sowohl die Abstützmasse, als auch die Ausströmgeschwindigkeit erhöht, sowie auch eine großflächige Druckverteilung ermöglicht.
    Die 50 Megatonnen TNT Zar-Bombe von 1961 wog noch 27 Tonnen, aber heute kann man Wasserstoffbomben viel leichter bauen.
    Weil es so schön war, ein Video:
    http://www.youtube.com/watch?v=16cewjeqNdw

    • Ja, grosse Asteroide auf Kollisionskurs sollte man mit Nuklearwaffen bekämpfen, wenn das verbleibende Zeitfenster bis zur Kollision zu klein ist um eine andere Methode anzuwenden. Allerdings ist es 1) extrem unwahrscheinlich, dass sich dieses Szenario in den nächsten 100 Jahren realisiert 2) sollte sollch ein Einsatz vorher getestet werden damit man im Ernstfall alles richtig macht.

      • Eine ungefähre Abschätzung:
        Bildungsenthalpie von festem Siliciumdioxid ist 911 kJ/mol,
        Molekukargewicht von Siliciumdioxid ist 60,1 g/mol,
        Dichte von festem Siliciumdioxid ist 2660 kg pro Kubikmeter,
        4,184 mal 10 hoch 15 Joule pro 1 Megatonne TNT,
        2,092 mal 10 hoch 17 Joule pro 50 Megatonnen TNT,
        9,110 mal 10 hoch 5 Joule pro 60,1 Gramm Siliciumdioxid,
        1,516 mal 10 hoch 7 Joule pro Kilogramm Siliciumdioxid,
        1,380 mal 10 hoch 10 Kilogramm pro 50 Megatonnen TNT,
        5,188 mal 10 hoch 6 Kubikmeter pro 50 Megatonnen TNT,
        so viel festes Siliciumdioxid könnte man in seine Atome zerlegen,
        allerdings trifft nur ungefähr ein Sechstel der Strahlung den Asteroiden,
        allerdings wird nur ungefähr die Hälfte der Strahlung vom Asteroiden absorbiert,
        und natürlich bestehen Asteroiden nicht nur aus festem Siliciumdioxid,
        aber es gibt bestimmt ein schönes Feuerwerk.
        Wenn man sicherheitshalber eine Reihe von Raketen losschickt,
        dann muss man darauf achten, dass sie nicht vom nuklearen elektromagnetischen
        Impuls oder von der Strahlung der vorherigen Explosionen geschädigt werden.

        • Wenn man einen kleinen Asteroiden hat, ist das direkte Draufhalten und Treffen wie beim Hochgeschwindigkeitsimpakt schon mal schwierig genug. Das punktgenaue Zünden eines nuklearen Sprengsatzes ist dann noch einmal eine zusätliche Komplikation. Wenn die Zündung zu früh erfolgt, dann trifft – denn die Relativgeschwindigkeit liegt ja im Bereich von einigen km/s – nicht etwa 1/6 der freigesetzten Energie den Asteroiden, sondern viel weniger. Wenn sie zu spät erfolgt, dann erfolgt sie gar nicht, und man hat doch nur einen Hochgeschwindigkeitsimpakt. Siehe hierzu auch hier.

          • Dafür gibt es eine Lösung: Man zündet die AntiAsteroiden-Atombombe nicht bei der schnellen Annäherung an den Asteroiden, sondern man versucht eine möglichst kleine Geschwindigkeit relativ zum Asteroiden zu erreichen. Wenn man mit dem Asteroiden mitfliegt kann man auch den idealen Abstand für die Zündung wählen. Man zündet erst wenn alles stimmt. Das Ziel der Zündung der Atombombe wäre die Zersplitterung des Asteroiden, nicht die Ablenkung.
            Solch ein Manöver würde allerdings eventuell sehr viel Treibstoff benötigen.

          • Das ist eben keine Lösung, sondern das Ausweichen auf eine ganz andere Klasse von Lösungen, die um Größenordungen höhere Anforderungen stellen. Die Nachteile des Hochgeschwindigkeitsimpakts sind die schlechte Dosierbarkeit, die geringe Genauigkeit und die eingeschränkte Effizienz. Der Vorteil ist, dass der Hochgeschwindigkeitsimpakt umso wirksamer ist, je mehr die Bahn des Asteroiden von der der Erde abweicht und je schwieriger es wäre, diese Bahn einzunehmen. Hohe Inklination, lange Umlaufperiode, große Exzentrizität, alles kein Problem, d.h., es ist sogar von Vorteil, weil man dadurch mehr Bumms beim Abwehrmanöver erzielt.

          • Einen Film zum Zersplittern eines Asteroiden durch eine Atombombe findet man beim Artikel How Nuclear Bombs Could Save Earth from Killer Asteroids
            Warum ist das eine vielversprechende Methode? Weil Asteroiden meist lockere Geröllhalden sind. Jede Explosion in einer solchen Geröllhalde produziert Geröll wobei man hoffen darf, dass das grösste Geröllstück im Zentimeter bis Meterbereich liegt. Solch kleine Stücke verglühen aber in der Erdatmosphäre und das schon in grosser Höhe.

          • Zum wiederholten Male: die Größe der monolithischen Einzelkomponenten reicht typischerwise bis in den Bereich von einigen Dutzend bis 100 Metern. Jedenfalls sind schon ab solchen Größen massenhaft “fast rotators” bekannt. Siehe u.a. hier, Fig 4. Aber sie können auch anderswo nachlesen, es ist anscheinend (und nicht nur “scheinbar”) ein umfassend und eindeutig dokumentierter Sachverhalt.

          • Man könnte zur Sicherheit auch noch einen Aufschlagzünder einbauen.
            Weil die Relativgeschwindigkeit rund 30 Kilometer pro Sekunde sein kann, und weil die Detonationsgeschwindigkeit des chemischen Sprengstoffes nur rund 7 Kilometer pro Sekunde beträgt, benötigt man einen rund 2 Meter langen dünnen Stab in Flugrichtung mit einer Lichtleiterfaser darin.
            Weil die räumliche Orientierung der Bombe gestört sein kann, kann man mehrere Stäbe in möglichst vielen Raumrichtungen verwenden, wie bei einem Seeigel.
            Bei einer Explosion an der Oberfläche wird sogar die Hälfte der freigesetzten Energie genutzt.
            Weil sie so schön ist, die kleine 475 Kilotonnen W88 zum selber basteln:
            https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1f/W-88_warhead_detail.png

          • @The Karl Bednarik: Ich traue mich nicht, nach der Verzögerungszeit von Auslöse- und Zündmechanismus zu googeln, weil die NSA dann meinen Blog gleich auf dem Radarschirm hat. Das müsste jedoch noch zur Detonationsgeschwindigkeit hinzu gerechnet werden.

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