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July 30, 2018

ZUM ABSCHUSS FREIGEGEBEN

Die Apokalypse ist im Anflug. Ein Asteroid, knapp halb so groß wie jener, der einst die Dinosaurier und mit ihnen einen Großteil des Lebens auf der Erde auslöschte, rast auf unseren Planeten zu. Die Berechnungen der Astronomen sind alarmierend: Auf den Runden, die der gut vier Kilometer dicke Felsklotz auf seiner Umlaufbahn um die Sonne dreht, wird er die Erde zweimal relativ nah passieren und bei der dritte Annäherung in gut 20 Jahren mit hoher Wahrscheinlichkeit treffen. In diesem fiktiven Katastrophen-Szenario steht die Menschheit kurz vor der Ausrottung. Und doch wäre ein guter Ausgang der bösen Geschichte möglich.

Die Raumfahrtagenturen aller Länder tun sich zusammen und schmieden einen spektakulären Plan: Teleskope auf der Erde und eine Raumsonde sollen den Asteroiden bei seinem ersten Vorbeiflug erforschen, insbesondere Aufbau, Zusammensetzung und Rotation. Sollte sich der Kollisionskurs bestätigen, erfolgt bei der zweiten Annäherung der Rettun versuch: Ein ganzer Schwarm von Sonden startet zu dem Asteroiden, mit dem Ziel, ihn um eine Winzigkeit abzubremsen und derart abzulenken, dass er die Erde Jahre später verfehlt. Das klingt zwar arg nach Hollywood und erinnert an Filme wie »Armageddon« oder »Deep Impact«, in denen es um drohende Einschläge von Asteroiden geht. Aber Wissenschaftler beteuern: Unrealistisch sind solche Vorstellungen nicht. Jederzeit könnten wir einen Asteroiden auf Kollisionskurs mit der Erde entdecken -und tatsächlich bereiten sich die Raumfahrtagenturen darauf vor. »Wir sollten so etwas unbedingt im All an echten Asteroiden testen, da mit wir im Ernstfall genau wissen, was zu tun ist, und keine Überraschungen erleben«, sagt Alan Harris vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin. In einem echten Ernstfall habe man womöglich nur einen Versuch. Wie groß die drohende Gefahr ist, wird immer deutlicher. Seit den 90er Jahren sind ein halbes Dutzend Programme angelaufen, die das All mit Teleskopen und Kameras nach »Near-Earth Objects« (NEOs) absuchen - also nach erdnahen Objekten, die durchs Sonnensystem vagabundieren und dabei die Umlaufbahn der Erde kreuzen können. NEOs sind Asteroiden oder Kometen, die ursprünglich weiter draußen um die Sonne kreisten. Durch eine Störung – eine besondere Planeten Konstellation oder eine Kollision untereinander -wurden sie auf eine neue Umlaufbahn gelenkt, die sie ins Innere des Sonnensystems führt. Mehr als 17 000 solcher Vagabunden haben Astronomen inzwischen aufgespürt, zu 99 Prozent sind es Asteroiden. Und jede Nacht finden sie weitere. Bis jetzt gilt zwar für alle bekannten NEOs Entwarnung - so weit kalkulierbar, wird keiner die Erde treffen. Aber sicher ist das nicht, denn wir haben längst nicht alle auf dem Schirm. Zwar deuten die abflauenden Entdeckungsraten bei den über einen Kilometer großen Himmelskörpern darauf hin, dass inzwischen wenige Prozent von ihnen bekannt sind.

»Doch bei den 100 bis 1000 Meter großen ist es nur ein Viertel«, sagt Gerhard Drolshagen, NEO Beauftragter der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Und bei kleineren Objekten zwischen 10 und 100 Metern, die durchaus große Schäden anrichten können, ist es nur ein Bruchteil. Manche Himmelskörper kommen von weit draußen und haben Um Laufzeiten von vielen Jahren. »Sie waren bislang zu weit weg, um sie zu sichten, und könnten plötzlich auftauchen«, sagt Alan Harris. Außer dem sind Objekte, die aus Richtung der blendenden Sonne kommen, schwer erkennbar, da die Teleskope sie anhand ihrer Lichtpunkte am Himmel aufspüren müssten. Es gibt also noch viele Brocken, die uns gefährlich werden könnten. Auch von den bekannten NEOs gilt rund je des Zehnte als »potenziell gefährliches Objekt« (potentially hazardous object, PHO). Dazu zählen jene, die größer als 140 Meter sind, somit ganze Länder verwüsten könnten und zudem der Erde auf ihren be rechneten Bahnen näher als 7,5 Millionen Kilometer kommen. Das entspricht etwa dem 20-fachen Abstand zwischen Erde und Mond. Bei dieser geringen Distanz könnte eine schwer kalkulierbare kleine Störung so ein PHO doch noch auf Erdkurs bringen. Experten schätzen, dass bis zu 5000 weitere PHOs auf ihre Entdeckung warten - selbst kilometerdicke Killer-Asteroiden sind nicht auszuschließen. Wie überraschend auch ein kleines NEO auftauchen kann, zeigte sich am 15. Februar 2013 im Ural: Völlig unvorhergesehen, weil aus Sonnenrichtung kommend, trat ein rund 20 Meter großer Asteroid in die Erdatmosphäre ein und zerplatzte mit einem riesigen Knall in etwa 30 Kilometer Höhe nahe der russischen Stadt Tscheljabinsk.

Die Druck welle ließ Tausende Fensterscheiben bersten, das Dach einer Fabrik ein stürzen und sorgte für rund 1500 Verletzte. »Es war Glück, dass er in
recht flachem Winkel niederging«, sagt Alan Harris. »Käme ein solcher Brocken steiler herunter, würde er womöglich erst tiefer zerplatzen, und größere Teile könnten bis zum Boden durchkommen.« Tscheljabinsk war eine Art Weckruf. Er hat die Europäer animiert, in die NEO-Suche einzusteigen. Die bisherigen US-amerikanischen Such Programme haben jeweils nur einen kleinen Ausschnitt des Nachthimmels im Blick und sind vornehmlich auf größere Objekte ausgerichtet. Ab 2019 will die ESA mit ihrem »Flyeye Telescope« (Fliegenaugen Teleskop) vor allem Objekte unter 150 Meter ins Visier nehmen. Sein ähnlich wie ein Facettenauge in 16 Segmente geteilter Spiegel solljede Nacht größere Teile des Himmels auf einmal abscannen. Zwar würde man die kleinen Asteroiden meist erst Wochen, Tage oder nur Stunden vorher kommen sehen. Für ein Ablenkungsmanöver im All ist das zu knapp. »Aber es reicht immerhin für Vorsichtsmaßnahmen auf der Erde«, sagt Alan V Harris. Der berechnete Einschlagsort könnte zum Beispiel evakuiert werden. Doch da bei Objekten ab rund 50 Meter Größe auch Todesopfer denk bar sind, wollen Forscher einen Einschlag natürlich lieber ganz verhindern. Forscher in Russland und den USA planen etwa, einen nahenden Asteroiden mit Atomsprengsätzen zu beschießen. Nicht, um ihn im All zu zerstören -zu unkalkulierbar wäre die Größe und Flugbahn der Bruchteile. Die Bombe soll mit etwas Abstand vor dem Asteroiden zünden. »Die Röntgen- und Neutronenstrahlung der Explosion lässt die zugewandte Oberfläche des Asteroiden verdampfen«, erklärt Harris.

»Dadurch entsteht ein Rückstoßeffekt, der den Asteroiden beschleunigt.« Experten des russischen Raketenzentrums Makejew gaben Anfang 2016 den Plan bekannt, den Asteroiden Apophis im Jahr 2036 mit ei ner entsprechend bestückten Interkontinentalrakete zu Testzwecken ab schießen zu wollen. Apophis ist gut 300 Meter groß und galt lange als
gefährlichstes NEO, weil seine berechnete Kollisionswahrscheinlichkeit für das Jahr 2029 kurzzeitig bei fast drei Prozent lag. Inzwischen ist klar, dass er die Erde um mehr als 31 000 Kilometer verfehlen wird. Der erneute Vorbeiflug 2036 wird in sicherer Entfernung von mehreren Millionen Kilometern sein. Der nukleare Abschuss hat einige Vorteile: Er ist relativ leicht zu steuern und erzeugt eine hinreichend hohe Energie. Und auf Wendige Raummissionen erfordern mehrere Jahre Vorbereitung - immerhin müsste man die Sonden ja anders als Nuklearwaffen zunächst konstruieren und bauen. Wenn ein großer Brocken auf Kollisionskurs erst sehr spät entdeckt würde, wäre die schlichte Atomrakete wohl das Mittel der Wahl. »Der große Nachteil ist der politisch sehr sensible Umgang mit Atom bomben«, sagt der Physiker Kai Wünnemann vom Berliner Museum für Naturkunde (1vf fn) und Professor an der Freien Universität Berlin. »Die Abwehr eines Asteroiden wäre sicher ein internationales Projekt, aber heute herrscht unter den Staaten in Sachen Atomwaffen großes Misstrauen.« Dennoch glaubt Wünnemann, dass die Menschheit nicht untätig bleibt, falls Gefahr aus dem Weltall droht: »Das ist die einzige Naturkatastrophe, die wir abwehren können. Alle anderen, ob Überschwemmungen, Vulkanausbrüche oder Erdbeben, können wir nicht verhindern.« Alan Harris setzt eher auf einen kinetischen Impact. Das heißt: Die Forscher schießen eine Sonde ohne Sprengsatz auf den Asteroiden. Im von Harris geleiteten Projekt »NEOShield«, dessen zweite Phase im Oktober 2017 zu Ende ging, wurde diese Option ausführlich untersucht. Die Forscher nutzten dazu den weltweit stärksten Kanonenbeschleuniger am Ernst-Mach-Institut der Fraunhofer Gesellschaft in Freiburg. Sie schossen Projektile mit zehn Kilometern

pro Sekunde -zehnmal schneller als jede Gewehrkugel auf verschiedene Asteroiden-Imitate und analysierten, was passierte. Die Erkenntnisse übertrugen sie auf Computermodelle, in denen sie das Ablenken eines Asteroiden durch einen solchen Einschlag nachstellten. »Diese Methode sollte bei den allermeisten Asteroiden, die der Erde gefährlich werden können, funktionieren«, bilanziert Alan Harris. Damit meint er Objekte zwischen 50 und 500 Metern, die erheblichen Schaden anrichten und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auf Erdkurs kommen. Entdeckt man den Asteroiden früh genug, also weit über zehn Jahre im Voraus, bliebe womöglich Zeit, mit einer Raumsonde zu landen und Proben zu nehmen. Besteht er im Inneren aus massivem oder sogar metallhaltigem Gestein? Ist er porös wie die meisten Kometen, die in ihrer Zusammensetzung eher dreckigen Schneebällen ähneln? In die sem Fall würde die Energie eines Projektils den Asteroiden nicht wie ei ne Billardkugel wegstoßen, sondern in ihn eindringen wie ein Kiesel in eine Schneekugel, ohne ihn vom Weg abzubringen. Man könnte einen solchen »lmpactor« von der Hauptsonde auf den Asteroiden werfen, man könnte ein Projektil gesondert von der Erde aus hochschießen oder bei großen Objekten eine ganze Armada los schicken. Wahrscheinlich würde man sie frontal einschlagen lassen, um so die höchste relative Geschwindigkeit und den größten Impuls zu er reichen. »Bei dem Tempo von zigtausend Kilometern pro Stunde ist es extrem schwer, den Asteroiden richtig zu treffen«, sagt Alan Harris. Optimal wäre: auf einer Linie durch seinen Schwerpunkt. Erwischt man den Asteroiden zu weit seitlich, verliert man Energie, indem man zwecklos nur seine Rotation ändert. Harris: »Es sind sicher Kurskorrekturen innerhalb der letzten Minuten und Sekunden notwendig. Da die Erde für ei ne so kurzfristige Steuerung zu weit weg ist, müsste die Sonde automatisch navigieren.«

Dass dies prinzipiell möglich ist, hat die »Deep Impact«-Mission im Jahr 2005 gezeigt, als die NASA eine 370 Kilogramm schwere Sonde auf dem Kometen Tempel 1 einschlagen ließ -mit dem Ziel, das ausgeworfene Material zu analysieren. Der Zweck war damals nicht, den Kometen abzulenken, dafür war er viel zu groß. Ein kleinerer Asteroid würde leicht gebremst werden und dadurch auch eine andere Umlaufbahn um die Sonne einnehmen, also den Kurs Richtung Erde verlassen. Erfolgt die Abbremsung ein paar Jahre vor dem Einschlag, reicht eine Veränderung der Geschwindigkeit um wenige hundertstel Kilometer pro Stunde. »Üb das Manöver hinhaut, würde man mit einer weiteren Sonde aus sicherer Entfernung messen«, sagt Alan Harris. »Und bei einem Scheitern gäbe es womöglich einen Plan B.« Der könnte in einer subtileren Methode bestehen. Etwa, den Asteroiden quasi per Schwerkraft abzuschleppen: Fliegt eine Raumsonde ne ben ihm her, so zieht nicht nur seine Gravitation die Sonde an, sondern auch umgekehrt die Sonde den Asteroiden. Simulationen haben gezeigt, dass ihn dies effektiv vom Weg abbringen kann, sofern er nicht allzu groß ist und genug Zeit für einen jahrelangen Parallelflug bleibt. Darin aber liegt das Problem: »In vielen Fällen wäre dieser „Gravity Traktor“ wohl zu schwach, um rechtzeitig den nötigen Effekt zu erzielen«, sagt Kai Wünnemann. Ähnlich unausgereift präsentieren sich weitere Ideen zur Abwehr im All: Man könnte einen Asteroiden auch mit dem Ausstoß eines Düsentriebwerks zur Seite schieben oder so ein Triebwerk an ihm selbst befestigen. Man könnte ihn mit einem Laser beschießen oder mit Spiegeln das Sonnenlicht auf ihn fokussieren, um die Oberfläche zu verdampfen und so für einen ähnlichen Rückstoßeffekt sorgen wie beim Beschuss mit einem Nuklear-Sprengkopf.

Manche Forscher schlagen sogar vor, einen rabenschwarzen Asteroiden weiß anzusprühen, damit er das Sonnenlicht reflektiert. Die Photonen des Lichts würden so eine gewisse Kraft auf den Himmelskörper ausüben und ihn ablenken. Ob und in welchen Fällen eine dieser Methoden infrage kommt, müsse man unbedingt in der Realität testen, fordert Alan Harris. Für sein Projekt „NEOShield“ wäre dies der logische nächste Schritt gewesen. Tat sächlich wollten NASA und ESA 2020 zwei Raumsonden zu dem erdnahen Asteroidenduo Didymos und Didymoon schicken, um einen kinetischen Aufprall auszuprobieren. Eine Sonde der ESA sollte die Asteroiden beobachten und mit einer Lande-Einheit erforschen. Eine zweite Sonde der NASA mit dem Namen DART sollte sich auf Didymoon stürzen. Doch das ESA-Projekt fand auf einer Konferenz Ende 2016 nicht genug Unterstützung und wurde abgesagt. Ebenso wie im Sommer 2017 die NASA-Mission »ARM« (siehe P.M. 11/2015). Für ARM hatte die NASA schon mehr als 100 Millionen Dollar ausgegeben; geplant war, dass ein kleiner Asteroid eingefangen werden sollte. »DART aber wird bestimmt kommen«, sagt Kai Wünnemann. Bis dahin lässt die Überprüfung der Theorien an der Wirklichkeit also noch auf sich warten. Es bleibt zu hoffen, dass auch die Entdeckung eines Killer-Asteroiden zeitlich noch in weiter Ferne liegt. »Mit praktischen Tests dürfen wir nicht warten, bis der Ernstfall eintritt«, warnt der Astronom Florian Freistetter in seinem Buch »Asteroid Now«. Und Kai Wünnemann bestätigt: »Wir müssen jetzt etwas tun. Schon aus Verantwortung gegenüber den nachfolgenden Generationen.«

KRATER ALS ZEUGEN

Einschlagkrater auf der Erde verraten Forschern die ungefähre Größe der Himmelskörper, die bei ihrem Auiprall verdampft sind. Faustregel:
Ein großer Krater ist etwa zehnmal größer als sein Verursacher, ein kleiner Krater etwa 20-mal.

WAS IST WAS?

Die Bezeichnungen der Himmelskörper sind sich oft zum Verwechseln ähnlich. Hier eine Orientierung: Komet Großes Objekt (Durchmesser mehrere km), »Schweifstern« Asteroid Unregelmäßig geformter Kleinplanet, umkreist die Sonne Meteorit Ähnelt Asteroiden, nur deutlich kleiner (Millimeter bis einige Meter groß) Meteor Meteorit, der in der Erdatmosphäre zur »Sternschnuppe« wird Meteorit Der nicht verdampfte Rest eines Meteors, der auf die Erde prallt

Weltkarte der Einschläge

ASTEROIDEN

Noch nie wurde auf der Erde der Aufprall eines Himmelskörpers gefilmt - obwohl es immer wieder Einschläge gibt. Die meisten erfolgen unbemerkt im Meer oder in unbewohnten Regionen. Kleinere Asteroiden zerplatzen und verglühen beim Eintritt in die Erdatmosphäre, wobei sie als Feuerbälle oder übergroße Sternschnuppen sichtbar werden. Die Karte links zeigt 556 solcher Objekte (Durchmesser: 1-20 Meter) aus den Jahren 1994 bis 2013. Ihre Energie wird in Gigajoule (Milliarden Joule) gemessen. Zum Vergleich: Die Energie der Hiroshima-Bombe betrug 63 000 Gigajoule.

Begegnung mit Bennu

August 2018 könnte es spannend werden: Die vor zwei Jahren gestartete NASA-Raumsonde OSIRIS-REX kommt mit ihren Kameras dem Asteroiden Bennu so nah, dass sie erste Bilder von ihm senden kann. Im Oktober soll OSIRIS-REX dann nach der Landung auf dem knapp 500 Meter großen Himmelskörper erste Analysen liefern und Bodenproben entnehmen. Eine Kapsel damit soll 2023 auf der Erde landen.

Einschlag in Berlin

COMPUTERSIMULATION

Was würde passieren, wenn ein Asteroid auf die Erdoberfläche prallt? Der Physiker Kai Wünnemann, Experte für Simulationen am Berliner Museum für Naturkunde (Mfn), hat es mit seinem Team untersucht - am Beispiel eines 140 Meter großen Himmelskörpers, der mit 18 Kilometern pro Sekunde auf die Atmosphäre trifft -und dann auf den Berliner Bezirk Tiergarten. »Wenn der Impact aus Gestein ist, wird er vermutlich in viele Teile zerbrechen«, erklärt der Professor. Mehrere Schockwellen und Reibungshitze fuhren zu Zerstörungen und Feuer in einem etwa 1000 Quadratkilometer großen Gebiet. Besteht der Asteroid aus Eisen, ist er vermutlich fest genug, um beim Durchdringen der Atmosphäre intakt zu bleiben - nur etwa 20 Prozent seiner Masse gehen durch Abschmelzungen verloren. Die Bremswirkung der Atmosphäre ist dann gering: Der Brocken schlägt mit 16,5 km/s auf die Erde ein und bildet einen 1700 Meter breiten Krater, dessen Boden sich aufwölbt. Die Bilder oben zeigen die Simulation mit einer unterlegten Karte von Berlin (Tiergarten). Sie ist nicht maßstabsgerecht: In Wirklichkeit wäre
fast die gesamte Stadt von Feuer und Zerstörung betroffen.

Author: JAN BERNDORFF

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