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Berner Erkenntnisse über Asteroiden-Einschlag

Eine an der Universität Bern entwickelte Software erforscht den Einschlag der NASA-Raumsonde DART auf dem Asteroiden Dimorphos. Mit der Analyse liefern die Schweizer Wissenschaftler einem internationalen Team Erkenntnisse gegen künftige Asteroiden-Einschläge auf der Erde.

Die ESA-Raumsonde Hera zur Planetenverteidigung wird derzeit für eine Reise zum fernen Asteroidenmond Dimorphos vorbereitet, der um seinen Mutter-Asteroiden Didymos kreist. Eines der ersten Merkmale, nach denen Hera suchen wird, ist der Krater, den die Vorgängermission DART auf Dimorphos hinterlassen hat, als sie den Asteroiden traf und seine Umlaufbahn änderte. Eine neue Studie zur Simulation des Einschlags, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, deutet jedoch darauf hin, dass kein Krater gefunden werden wird. Der DART-Einschlag dürfte stattdessen den gesamten Körper umgestaltet haben – eine wichtige Erkenntnis sowohl für die Asteroidenforschung als auch für die Verteidigung des Planeten Erde.

Was die Wissenschaftler wissen und was noch nicht

Am 26. September 2022 traf die etwa eine halbe Tonne schwere NASA-Raumsonde DART mit einer Geschwindigkeit von 6,1 km/s auf den mit Felsbrocken bedeckten Asteroiden Dimorphos. Dieses erste Experiment zur Ablenkung eines Asteroiden durch einen «kinetischen Einschlag» war erfolgreich: Beobachtungen von der Erde aus zeigen, dass die 11 Stunden und 55 Minuten dauernde Umlaufbahn von Dimorphos um seinen Mutter-Asteroiden Didymos um etwa 33 Minuten verkürzt wurde (gemessen mit einer Unsicherheit von plus/minus einer Minute).

Was die Forschenden noch nicht wissen, ist, wie der Asteroid als Ganzes auf den Einschlag der Raumsonde reagiert hat oder wie effizient die Impulsübertragung insgesamt war. Die Berechnung der Impulsübertragung, des sogenannten «Betafaktors», erfordert die genaue Kenntnis der Masse des Asteroiden, die dann von Hera gemessen werden soll.

Um Dimorphos nach dem Einschlag von DART aus der Nähe betrachten zu können, müssen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Ankunft der ESA-Raumsonde Hera warten. Hera soll im Oktober dieses Jahres starten und Ende 2026 bei Dimorphos eintreffen. Ausgestattet mit einer Reihe von Instrumenten und unterstützenden Miniatur-«CubeSats» soll sie den Aufbau, die Struktur und die Masse von Dimorphos untersuchen und Aufschluss darüber geben, wie der Hochgeschwindigkeitseinschlag ihn verändert hat (der Name Dimorphos stammt aus dem Griechischen und bedeutet «zwei Formen haben»).

Simulation des DART-Einschlags

In der Zwischenzeit hat ein internationales Forschungsteam dank Simulationen einen ersten Eindruck des DART-Einschlags gewonnen, welche mit dem Softwaresystem Bern Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) durchgeführt wurden. Dieses Softwaresystem wurde über zwei Jahrzehnte hinweg an der Universität Bern entwickelt und dient dazu, Kollisionen von Asteroiden, Kometen oder Planeten zu simulieren.

Mit dem Berner Softwaresystem werden kollidierende Körper in Millionen von Partikeln unterteilt, deren Verhalten beim Aufprall durch das Zusammenspiel verschiedener rekonfigurierbarer Variablen wie Schwerkraft, Dichte oder Materialstärke des Asteroiden bestimmt wird. Das Verfahren wurde in Laborexperimenten validiert und auch zur Simulation eines früheren Asteroideneinschlagsexperiments verwendet, als die japanische Raumsonde Hayabusa2 im Jahr 2019 einen kleinen Kupfer-Impaktor auf den Asteroiden Ryugu schoss.

Vorhersagen über künftige Einschläge

Das Team, das aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus insgesamt 24 Institutionen besteht, ist Teil der grösseren internationalen Hera Science Working Group. Die Forschenden dieser Gruppe freuen sich darauf, herauszufinden, ob die jüngsten Beobachtungen ihrer Kolleginnen und Kollegen am Didymos-System die Voraussagen ihrer Simulationen bestätigen, wie zum Beispiel die veränderte Form des Asteroiden und die daraus resultierenden Bahnstörungen, die schliesslich durch Hera vollständig aufgeklärt werden sollen.

Titelbild: Ein Blick auf den Asteroiden Dimorphos: Vollbildaufnahme der Kameras des Direct Asteroid Redirect Sekunden vor dem Einschlag am 26. September 2022. © NASA/Johns Hopkins APL

Quelle: 

Details der Studie

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