Asteroiden im irdischen Nahfeld

Kollisionen von Himmelsbrocken sind bei der Entstehung von  Planetensystemen alltäglich. Erst allmählich bilden sich durch zufällige Zusammenstöße lokale Schwerkraftzentren heraus, Keimzellen der Planeten. Die jungen Trabanten von Sternen sind noch viele Millionen Jahre danach zahlreichen Bombardements solcher vagabundierenden Objekte ausgesetzt. All das gehörte auch zur Geschichte unseres eigenen Sonnensystems, in dem sich mit dem Asteroidengürtel im Bereich zwischen Mars und Jupiter bis heute eine ganze Zone solcher Ur-Klumpen und Kollisionsfragmente erhalten hat. Die Bahnen dieser Relikte im Asteroidengürtel haben sich nach rund 4,5 Milliarden Jahren weitgehend stabilisiert. Doch bis heute gibt es zahllose Querschläger, die auf reichlich exotischen Bahnen durch das Sonnensystem reisen – Kollisionsrisiko mit Planeten inbegriffen! 

1994 beobachteten Astronomen ein seltenes Naturspektakel auf dem Planeten mit dem roten Fleck: Der Komet Shoemaker-Levy 9, zuvor in zahlreiche Teile zerborsten, verschwand auf Nimmerwiedersehen in der dichten Atmosphäre des Jupiter. Dieses markante Ereignis im Verbund verbesserter Beobachtungsmethoden führte dazu, dass sich Astronomen für die Entdeckung solcher Kleinteile im Sonnensystem verstärkt zu interessieren begannen, verbunden mit der Frage der Wahrscheinlichkeit eines solchen Zusammenstoßes.

Auch der Erdbahn nähern sich Asteroiden immer wieder.  Sie gehören zu den Near-Earth Objects, kurz NEOs. Auch wenn sie lange Zeit für uns kaum zu beobachten waren, ist ihre Existenz schon lange bekannt  Vor über hundert Jahren wurde ein  Asteroid mit dem Namen Eros (Durchmesser: 34 × 11 × 11 km) entdeckt. Bald war klar, dass sein Weg durchs Sonnensystem die Erdbahn in einem Zyklus von rund vierzehn Monaten quert. Inzwischen kennen wir rund zwanzigtausend solcher Asteroiden und 107 Kometen. Alle diese NEOs bergen das Potenzial,  irgendwann einmal mit der Erde zu kollidieren.

Die Folgen eines Zusammenstoßes könnten enorm sein: Der Einschlag eines nur fünfhundert Meter messenden Asteroiden würde ganz Europa weitgehend zerstören und ein zehn Kilometer großes Objekt sogar das Ende der menschlichen Zivilisation bedeuten. Die größten Asteroiden bringen natürlich die größte Gefahr, doch da geben Experten  Entwarnung, da solch große Objekte weitestgehend bekannt sind.

Doch auch die kleinen Objekte haben es in sich – und die sich sehr häufig.  Der atmosphärelose Mond ist inzwischen ein interessantes Feld, um gerade die Häufigkeit der Existenz kleiner Objekte in Erdnähe über Einschläge indirekt abzuschätzen. Auch Beobachtungen im Projekt NEOLITA der ESA haben ergeben, dass dort stündlich mehrere Einschläge zu beobachten sind, die von NEOs  stammen, die eine Größe bis zu einigen Metern haben.  Auf der Grundlage solcher Beobachtungen geben Experten eine Vorstellung über die erwartete Häufigkeit bestimmter NEO-Größenklassen. Im Bereich von zehn bis dreißig Metern wird die Zahl erdnaher Asteroiden auf mehrere hundert Millionen geschätzt, bis hundert Meter immer noch auf mehrere Millionen, katalogisiert sind davon allerdings nur einige tausend. In der Kategorie bis einem Kilometer ist etwa ein Fünftel bekannt und selbst von Objekten, die größer als ein Kilometer sind, könnte es noch eine Dunkelziffer von zehn bis fünfzehn Prozent geben.

Gefahren drohen der Erde  also vor allem von den vielen bisher unbekannten NEOs. Selbst diese nur scheinbar winzigen Himmelskörper können erhebliche Zerstörungskraft entwickeln, denn sie rasen mit einer Relativgeschwindigkeit von durchschnittlich fünfzehn bis zwanzig Kilometern pro Sekunde auf die Erde zu. 2013 verursachte ein bis dato unbekanntes Objekt mit einem Durchmesser von etwa zwanzig Metern  erhebliche Schäden im Ural. Der inzwischen Tscheljabink benannte Asteroid explodierte kurz über der Erdoberfläche, nur Bruchteile stürzten auf den Boden. Aber durch die Schockwelle wurden 1.500 Menschen verletzt, vorwiegend durch zersprungenes Glas. Eine Staubwolke verteilte sich anschließend rund um den Globus.

Jetzt beginnen Astronomen damit, solche Mini-Brocken in Erdnähe systematisch zu erfassen. Die Zahl der NEOs steigt dadurch dramatisch. Allein 385 der derzeit bekannten NEOs der Größenklasse bis zu zwanzig Metern wurden in den ersten Monaten des Jahres 2019 aufgespürt.

Bei den NEOs handelt es sich vor allem um Asteroiden, doch einige der Kandidaten sind Kometen.  Nähern sie sich der Sonne, bilden sie dank ihres hohen Wasser- und CO2-Gehaltes einen  Schweif aus Gasen und Staub. Aber wir können diesen Schweif bei diesem Kometentyp kaum beobachten, weil er vom Sonnenlicht weitgehend überstrahlt wird. Solche der Sonne sehr nahe kommenden Kometen  nennen die Astronomen “Sonnenstreifer“. Die Sonnen-Sonde Soho kann sie dank eines an Bord befindlichen Koronographen für uns seit zwanzig Jahren sichtbar machen. Rund 3000 wurden seither entdeckt.

Für die Suche nach Asteroiden und deren Bewertung haben die Astronomen inzwischen nicht nur automatisierte Methoden entwickelt. Weltweit wurden auch schon Institutionen und definierte Prozesse geschaffen. Astronomen an zwei Observatorien in den USA suchen nach NEOs: im Observatorium auf dem Mount Lemmon in Arizona und auf dem Haleakala-Observatorium in Hawaii mit dem Pan-STARRS-Teleskop. Die Suche nach den kleinen Asteroiden – eine schwierige Aufgabe. Mit einem anvisierten Weltraumteleskop NEOCam könnte der Entdeckerwelt übrigens im nächsten Jahrzehnt ein ganz neues Werkzeug beigestellt werden.

Die Entdeckung von Asteroiden am Teleskop geht so: Innerhalb von zwanzig Minuten werden von einem großflächigen Himmelsausschnitt mehrere Bilder aufgenommen und automatisch ausgewertet. Die Software vergleicht die elektronischen Bilder und rechnet dann alle sich nicht bewegenden Objekte, also die Sterne, heraus. Übrig bleiben diejenigen Objekte, die sich durch das Bild bewegen, vor allem Asteroiden. Tim Spahr hat als erster ein derartiges Programm für die Analyse von NEOs geschrieben und damit die Grundlage dieser heutigen Beobachtungstechnik geschaffen. Spahr koordiniert inzwischen ein internationales, von den Vereinten Nationen mandatiertes Projekt. Das IAWN (International Asteroid Warning Network) der UN hat das Ziel, solche Objekte nicht nur zu entdecken und zu katalogisieren, sondern die Daten weltweit zugänglich zu machen. 

Das JPL beschäftigt im Center for Near-Earth Object Studies, kurz CNEOS, zahlreiche Spezialisten, die die Bahndaten von Asteroiden mit Gefährdungspotential möglichst genau ermitteln, Grundlage dafür, Vorhersagen über das Gefahrenpotenzial zu machen. Bei hohem Risiko  werden weitere Untersuchungen des Objektes initiiert. In Europa übernehmen diese Aufgabe vor allem Experten an der Universität von Pisa, deren Aktivitäten auch über die ESA finanziert werden. Die Berechnung des Einschlagrisikos schon bekannter NEOs ist keine leichte Aufgabe, vor allem dann, wenn nur alte Beobachtungsdaten vorliegen.  Das führte in den letzten Jahren immer wieder zu Korrekturen der Wahrscheinlichkeit des Einschlagsrisikos schon länger bekannter Objekte. 

Für exakte Bahnkalkulationen können selbst kleinste Effekte eine Rolle spielen – beispielsweise dieser: die Tatsache, dass viele Asteroiden  keine Kugeln sind.  Oder auch der sogenannte Jarkowski-Effekt. Wie die Erde werden die kleinen Asteroiden während ihres Tagzyklus vom Sonnenlicht beschienen und strahlen diese Wärme auf der „dunklen“ Seite wieder ab. Bei der Erde ist das nicht anders, aber hier spielt der Effekt aufgrund ihrer Größe keine Rolle für die Bahn. Bei den besonders  kleinen Asteroiden jedoch wirkt diese Strahlung wie ein kleines Photonentriebwerk. Über Jahrzehnte oder Jahrhunderte kann dieses Phänomen erhebliche Auswirkungen auf den tatsächlichen Bahnverlauf nehmen – und damit auch auf die Wahrscheinlichkeit eines Kollisionskurses mit der Erde. Der Effekt ist schon seit dem Jahr 1900 theoretisch bekannt. Aber erst  ein Jahrhundert später konnte er auch nachgewiesen werden: unter anderem an dem 1991 entdeckten Asteroiden Golevka, dessen Bahn er in nur zwölf Jahren um etwa fünfzehn Kilometer verschoben hat.

Mit der Sonde Osiris Rex wollen die Astrophysiker bei Bennu, einem weiteren dieser kleinen Querschläger im Sonnensystem, auch diesem Jarkowski-Effekt jetzt genauer auf die Spur kommen.

Die Entdeckung und Untersuchung der kleinsten Himmelskörper hat in den letzten zehn Jahren mächtigen Schub erhalten. Noch ist die Wissenschaft erst ganz am Anfang dieser Forschung.

Der Text ist eine Adaption des Sprechertextes meiner Sendung bei HYPERRAUM.TV. In der auch am Beginn dieses Blogtextes verlinkten Reportage sind zudem Rüdiger Jehn von der ESA, Alan Harris von der DLR sowie Tim Spahr, Leiter der International Asteroid Warning Group, mit Statements zu hören und zu sehen.


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Ich habe viele Jahre journalistisch im Bereich Wissenschaft und Technologie gearbeitet, später dann mit meiner kleinen Beratungsfirma als Medienexpertin. 2010 erfüllte ich mir meinen großen Traum und gründete den Spartensender HYPERRAUM.TV, für den ich eine medienrechtliche Rundfunklizenz erteilt bekam. Seither mache ich als One-Woman-Show mit meinem „alternativen TV-Sender“ gewollt nicht massentaugliches Fernseh-Programm. Als gelernte Wissenschaftshistorikern habe ich mich gänzlich der Zukunft verschrieben: Denn die Vergangenheit können wir nur erkennen, die Zukunft aber ist für uns gestaltbar. Wir sollten versuchen, nicht blind in sie hinein zu stolpern!

Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Erdnahe Objekte: Space Debris (human origin) and NEOs (god origin)

    Kleine NEOs zu finden und ihre Bahndaten zu bestimmen ist eine ähnliche Aufgabe wie die, den Erdorbit systematisch nach Müll abzusuchen und die Bahndaten aller Müllobjekte zu erheben. Weltraummüll wird heute mit erdgebundenem Radar gesucht und verfolgt. Leo Labs hat gerade angekündigt, dass es in Neuseeland eine neue Radaranlage in Betrieb nehmen will, die Weltraummüll-Stücke bis hinunter auf 2 Zentimeter Grösse erfassen soll (bis jetzt waren 10 Zentimeter die Grenze). Hat dies Erfolg bedeutet das, dass noch aktive Satelliten praktisch allen potenziell für sie “tödlichen” Weltraummüllteilen ausweichen können (indem sie eine kleine Raketendüse zünden).

    Ähnliche Fortschritte sind auch bei der Detektion und Bahnkartierung von NEOs zu erwarten, denn die Technologie wird immer besser. Schon heute werden übrigens schon deutlich mehr irdische Meteore (Lichtphänomen beim Eintritt von Meteoriden) registriert als noch vor 20 Jahren.

    NEOs as resources and the fight for space resources

    NEOs sind nicht nur deshalb interessant, weil sie die Erde gefährden könnten. Noch interessanter könnten NEOs einmal werden als Ressourcen für eine zukünftige Weltraumfahrt in der Habitate in niedrigen Erdumlaufbahnen errichtet werden. Jeff Bezos (Amazon) hat kürzlich seine Weltraumpläne vorgestellt und dabei auch Bilder von riesigen die Erde umkreisenden Weltraumhabitaten gezeigt und gesagt, er glaube nicht an den Mars als nächstes Ziel sondern vielmehr an erdnahe Weltraumstationen.
    Allerdings ist die Frage woher das Baumaterial kommt. Von der Erde sicher nicht, denn es wäre zu teuer Millionen von Tonnen Material hochzuschiessen. Vom Mond aus wäre schon besser, denn vom Mond können auch kleinere Raketen schon abheben. Am besten aber wären NEOs, denn sie befinden sich schon in der Nähe der Erde. Hier ist nur die Frage ob ihre Masse ausreicht und ob es einer Firma überhaupt erlaubt sein soll, den Weltraum zu “plündern”.

  2. Hallo Susanne und hallo Martin 🙂

    vielen Dank für diese interessanten Infos.
    Die Frage die ich mir bei dieser Thematik allerdings immer stelle, ist eher philosophischer Natur: sollten wir irgendwann einen “Planetenkiller” im Anflug auf die Erde entdecken, können aber nichts mehr machen: soll man es den Menschen mitteilen oder besser nicht?
    Ich weiß: im Endeffekt spielts keine Rolle mehr. Ob nun vorher geplündert wird, Menschen sich gegenseitig umbringen(weil ja eh bald alles vorbei ist), religiöse Menschen sich zusammenrotten und auf die “Entrückung” warten…
    oder ob der Asteroid einschlägt und keiner hat was gewusst.
    In 65 Millionen Jahren wird das keine Sau mehr interessieren (sollte die Evolution das mit der Intelligenz noch mal versuchen).
    Ich für meinen Teil, würde es ja gerne vorher wissen, um noch von Familie und Freunden Abschied nehmen zu können, aber ich fürchte selbst da wird es Einige geben, die bei dieser Nachricht, Moral und Ethik endgültig fallen lassen.
    Vielleicht liefern ja die soziologischen Untersuchungen zu
    https://www.zeit.de/news/2018-01/14/katastrophenschutz-falscher-raketenalarm-erschreckt-menschen-auf-hawaii-14080802
    einen kleinen Hinweis, wie sich die Menschen verhalten werden.
    Aber wie gesagt: nur eine kleine philosophische Frage die in etwa genauso sinnvoll ist, wie die, ob man was hört, wenn im Wald ein Baum umfällt und keiner ist da 😉

    Viele Grüße

    Axel

  3. Ja, Herr Holzherr, wirklich spannende Ausführungen zum Thema Weltraumschrott, das ich ja auch schon einmal beleuchtet habe. Den Link habe ich noch unten im Blogeingefügt. Die Forscher sagen allerdings, dass es hinsichtlich möglicher Abwehrtechnologien (Die zweite Sendung zum Thema mit dem Schwerpunkt Abwehr in Kürze) keine direkten Überlappungen gibt. In jedem Fall scheint es doch so zu sein, dass die philosophische Frage vielleicht nicht auftritt, allerdings halten sich Forscher doch auch sehr bedeckt, wenn es darum geht, inwieweit wir die in der UN bereits diskutierten völkerrechtlichen Fragen global beantworten können, die heute noch als Voraussetzung für eine Abwehrmaßnahme diskutiert werden. Mehr dazu, wie gesagt, in wenigen Tagen.

  4. Hallo Frau Päch,

    > Mehr dazu, wie gesagt, in wenigen Tagen.

    Ich bin gespannt und freu mich drauf 🙂

    Vielen Dank und viele Grüße

    Axel

  5. @Axel – übrigens und nur ganz nebenbei: Als ich Ihre Zeilen gelesen habe, ist mir ein Film eingefallen – Melancholia. Ich bin normalerweise alles andere als ein Fan des trägen und müden Autorenfilms, aber der hat mich emotional voll erfasst, weil hier die Elegie des unausweichlichen, heran nahenden Endes durch einen Asteroideneinschlag inhaltlich auch das Thema ist. Es geht nicht um die soziologische, aber um die psychologische Thematik, um das Innenleben von Gefühlen und Gedanken unterschiedlicher Protagonisten einer Familie. Ich fand den Film extrem stimmungsvoll, und ich habe mich laufend gefragt, wie ich mich da platzieren würde in einer solchen Endzeit-Stimmung … Regisseur ist Lars von Trier (ist wohl selbst extrem depressiv). Für den Film hat er wohl vor ein paar Jahren auch eine Goldene Palme in Cannes erhalten – für mich sonst eher ein Indiz, dass ich den Film nicht unbedingt sehen muss …

  6. Zu Axel
    “Wie sich Menschen verhalten werden…”
    Genau so wichtig scheint mir auch wie sich Staaten(Länder) verhalten werden. Spielen wir dieses Szenario durch, so werden Wissenschaftler den Einschlagspunkt vorausrechnen und die Gefahr bewerten. Menschen ,die in diesem Katastrophengebiet leben ,werden dieses verlassen wollen, auch wenn die gesamte Erde betroffen werden würde. Motto: Die Illusion der Hoffnung, dass man woanders doch überleben kann…Als Folge würde Chaos ,Anarchie und Gewalt entstehen, da gewaltige Flüchtlingsströme alle Gesetze außer Kraft setzen würden und im Kampf um den vermeintlich sicheren Ort Mord und Totschlag regieren würden. Da die Hoffnung zuletzt stirbt, Menschen in Panik unberechenbar sind, kann ich mir ein solches apokalyptisches Szenario gut vorstellen: Rette sich,wer kann…

  7. Wann wird endlich mal aufgehört, die Menschheit so verrückt zu machen? Es ist doch nicht mehr auszuhalten, welche Fantasien Menschen entwickeln! Aliens, die die Erde zerstören wollen…kommen die nicht, sind es Asteroiden wie in Armageddon! Wenn der Mensch so weitermacht mit seinem wunderbaren Planeten, den er von Gott geschenkt bekommen hat, brauchen wir weder Aliens noch Meteoriten zu fürchten, denn dann ist dieser Planet samt Bewohnern durch die Dummheit der Menschen so zerstört, dass es weder Aliens noch Meteoriten braucht, hier noch etwas zu zerstören!
    Aber selbst das wird nicht geschehen: Prediger 1:4 “Eine Generation geht, eine Generation kommt, aber die Erde bleibt für immer”
    Jesaja 45:18 “Denn Folgendes sagt Jehova,der Schöpfer des Himmels, der wahre Gott,der die Erde formte, ihr Erschaffer, der ihr festen Bestand gab,der sie nicht umsonst erschuf, sondern sie formte, damit sie bewohnt wird: „Ich bin Jehova und sonst gibt es keinen.”
    Psalm 37:29 “Die Gerechten werden die Erde besitzen und für immer auf ihr leben.”

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