NASA-Sonde Dart: "Wenn ein Asteroid auf die Erde zurast? Nicht panisch werden."

Die NASA startet Mittwoch eine Sonde, die in einen Asteroiden einschlagen und dessen Bahn ändern soll. Missions-Ingenieurin Elena Adams erklärt die Hintergründe

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(Bild: NASA/Johns Hopkins APL)

Von
  • Peter Michael Schneider
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Am Mittwoch soll die Dart-Sonde der NASA starten, die in neun Monaten auf einem Asteroiden einschlagen soll. Der soll damit minimal auf seiner Bahn – um einen zweiten Asteroiden – abgelenkt werden. Mit dem Test möchte die US-Weltraumagentur herausfinden, ob so auch verhindert werden könnte, dass ein gefährlicher Asteroid auf der Erde einschlägt. Im Interview erklärt Elena Adams vom Applied Science Labratory, was es damit auf sich hat. Sie ist Mission System Engineer von Dart.

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Was ist Dart?

Dart ist die erste Testmission zur Abwehr eines Asteroiden, die wir als Teil des Planetary Defense Office der NASA machen. Die Frage ist ja, was machen wir, wenn ein Asteroid auf die Erde zurast? Und die Antwort ist: Auf jeden Fall nicht panisch werden! Denn es gibt mittlerweile Möglichkeiten, das Problem zu lösen und die Dart-Sonde soll dies demonstrieren. Die Theorie sagt, dass es grundsätzlich möglich ist, einen Asteroiden mit einem ausreichend starken Aufprall von seiner Bahn abzulenken. Wenn wir das rechtzeitig machen, sollte sich vermeiden lassen, dass ein Asteroid die Erde trifft.

Elena Adams

(Bild: Johns Hopkins APL)

Aber es ist am Ende ein Experiment, weil wir nicht wissen, ob es funktioniert. Dart fliegt daher zu einem Asteroiden-System namens Didymos. Wir nennen es ein System, weil es ein binärer Asteroid ist, der aus zwei Himmelskörpern besteht. Es gibt also den Didymos genannten Asteroiden und seinen kleinen Mond Dimorphos, der ihn umkreist. Wir werden versuchen, Dimorphos zu treffen, um dessen Umlaufbahn um den größeren Asteroiden zu ändern.

Wie läuft die Mission ab?

Das Experiment besteht aus zwei Teilen. Zunächst wollen wir zum Asteroiden fliegen. Nach dem Start ist Dart neun Monate unterwegs. Im Herbst 2022 soll die Sonde dann auf dem Asteroiden einschlagen. Danach gibt es aber kein Raumfahrzeug mehr, um zu sehen, was passiert ist. Dann beginnt der zweite Teil des Experiments, allerdings hier von auf der Erde aus. Wir werden den Asteroiden einige Monate lang mit bodengestützten Teleskopen beobachten. Dabei wollen wir messen, in welchem Maß wir die Bahn von Didymos‘ Mond verändert haben. Dafür messen wir, die Lichtkurve des Asteroiden, also in welchen Abständen das Licht dunkler und heller wird, wenn der Asteroidenmond vor Didymos vorbeizieht.

Warum haben sie ausgerechnet ein System aus zwei Himmelskörpern gewählt, ist das nicht kompliziert?

Das Doppelsystem ist zwar schwierig, weil wir nicht wirklich wissen, wie der Mond aussieht und aus was es besteht. Ist er ein Haufen Geröll oder ein fester Block? Je nachdem können wir seine Umlaufbahn mehr oder weniger ändern. Aber, wenn wir nur auf den Mond eines binären Asteroiden zielen, gehen wir auf Nummer sicher, dass wir ihn überhaupt bewegen.

Wenn wir einen Asteroiden direkt anpeilen würden, der sich um die Sonne dreht, bräuchten wir viel mehr Masse und wir müssten ihn mit höherer Geschwindigkeit treffen, um seine Umlaufbahn zu ändern.

Weil die Bewegungsenergie des Hauptasteroiden größer ist?

Genau. Wir würden viel mehr Energie benötigen, um die Bahn eines solchen Körpers zu beeinflussen. Zudem fehlte uns eine Möglichkeit, das auch zu messen. Zudem braucht man dort keine zweite Sonde. In diesem Fall würde es viel länger dauern, um eine Veränderung festzustellen. So kann man die Veränderungen von der Erde aus messen. Im Moment dreht sich der Mond alle 12 Stunden um den Asteroiden. Nur zwei Monaten nach dem Einschlag werden wir Daten erhalten, wie wir seine Umlaufzeit verändert haben.

Sie haben aber nur eine Kugel...

Ja, wir haben nur eine Chance auf einen Treffer.

In welchem Winkel soll Dart aufschlagen?

Didymos bewegt sich nicht vollständig in der Ekliptikebene, sondern ist daraus ein wenig heraus geneigt. Wir treffen ihn retrograd, wobei sich seine Umlaufzeit beschleunigen sollte. Im Moment braucht er 11,92 Stunden für einen Umlauf. Seine Umlaufzeit wird danach um etwa 10 Minuten verkürzen.

Das heißt, es bleiben nur wenige Tage Reaktionszeit, um die Sonde in den Asteroiden zu lenken?

Eigentlich sogar nur in den letzten vier Stunden! Die Trägerrakete bringt die Sonde auf eine ballistische Flugbahn. Wir wissen genau, wo sich Didymos befindet. Wenn es keine Fehler in unseren Zielberechnungen und der statistischen Streuung gäbe, würden wir starten und Didymos theoretisch treffen. Aber natürlich gibt es Fehler, sobald wir starten. Auf dem Weg zu Didymos müssen wir also einige kleine Manöver durchführen.

Ungefähr 30 Tage, bevor wir Didymos erreichen, sieht Dart ihn zum ersten Mal. Vorher ist er selbst mit bodengestützten Observatorien von der Erde aus nur als Punkt zu beobachten. Dabei können wir nur Didymos erkennen, nicht aber den Mond. Ihn können wir auch von der Erde nicht sehen.

Wie erkennt Dart sein Ziel?

Die Sonde hat nur ein Instrument namens DRACO an Bord. Das ist ein 20-Zentimeter-Teleskop, das Didymos etwa 30 Tage lang nur als Punkt sehen wird. Auf diesen Punkt fliegen wir zu, bis etwa vier Stunden vor dem Einschlag. Ab dann wird die Sonde völlig autonom und steuert die letzten Stunden die Triebwerke automatisch.

Dabei blendet die Sonde alle irrelevanten Daten aus, beispielsweise Staub und Strahlung, die den Detektor stören könnte. Dabei muss sie sicherstellen, dass ihr Ziel in der Mitte des Sichtfelds ihres Teleskops bleibt, denn das beträgt nur 0,3 Grad. Ungefähr eine Stunde später werden wir dann hoffentlich endlich einen Punkt auf einer Seite von Didymos sehen, das ist dann Dimorphos, das Ziel.

Das bedeutet, Sie sehen den Mond erst eine Stunde, bevor die Sonde aufschlägt?

Ja, und es ist nur ein Punkt

Das ist ein ziemliches Blind Date.

Ziemlich, bis ungefähr vier Minuten vor dem Einschlag. An diesem Punkt erweitert sich das Bild des Monds auf mehr als nur ein paar Pixel. Dann, zwei Minuten später, hört die Sonde auf zu manövrieren und gleitet einfach hinein.

„Minuten des Terrors“, so ähnlich wie bei der Landung des Marsrovers Perseverance.

Ja, vier Minuten lang. Dazu kommen einige Stunden Zittern, bis wir Didymos tatsächlich sehen. Wir wissen ja nicht, woraus er besteht und wie er aussieht. Ist er geformt wie ein Hundeknochen, oder wie eine schöne Kugel? Wir haben Anforderungen, wo wir ihn treffen müssen: in der Mitte. Was aber, wenn eine dunkle Seite nicht zu erkennen ist? Das Raumschiff muss alles ganz alleine entscheiden.

Also können Sie ihn sehen, aber nicht mehr eingreifen?

Ja und nein. Wir werden zwar nichts machen, wir könnten es aber. Wir stehen die ganze Zeit mit der Sonde in Kontakt, die kontinuierlich jede Sekunde ein Bild zur Erde sendet. Wir haben Notfallverfahren, bei denen wir Befehle senden können, wenn das Raumschiff vom Kurs abweicht. Aber der Plan ist, dass unser autonomes Leit- und Kontrollsystem das übernimmt.