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Asteroiden gelten oft als ruhige Relikte aus der Frühzeit des Sonnensystems. Neue Beobachtungen zeigen jedoch ein anderes Bild. In manchen Doppelasteroidensystemen bewegen sich Staub und Felsstücke ständig zwischen zwei Himmelskörpern hin und her.
Ein Beispiel dafür liefert das Asteroidenpaar Didymos und Dimorphos. Forschende fanden Hinweise darauf, dass Material regelmäßig vom größeren Asteroiden Didymos abgelöst wird, langsam durch den Raum driftet und schließlich auf seinem kleinen Mond Dimorphos landet. Das System wirkt damit fast wie ein kosmisches Pingpongspiel.
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Ein Doppelasteroid in Erdnähe
Didymos ist der Primärkörper eines binären Asteroidensystems. Sein Durchmesser beträgt rund 780 m. Der kleinere Begleiter Dimorphos misst etwa 160 m. Der Mond umkreist Didymos in einer Entfernung von rund 1,2 km. Solche Systeme sind in der Nähe der Erde relativ häufig. Schätzungen zufolge besitzen etwa 10 bis 20 % der erdnahen Asteroiden einen kleinen Mond.
Das Didymos-System wurde besonders interessant, als die NASA im September 2022 eine ungewöhnliche Mission startete. Die Raumsonde DART (Double Asteroid Redirection Test) steuerte gezielt auf Dimorphos zu und prallte mit hoher Geschwindigkeit auf den Asteroidenmond.
Ziel war ein Experiment zur planetaren Verteidigung. Forschende wollten testen, ob sich die Bahn eines Asteroiden durch einen gezielten Einschlag verändern lässt.
Der Test funktionierte. Der Einschlag verkürzte die Umlaufzeit von Dimorphos um rund 33 Minuten. Gleichzeitig lieferte die Mission hochauflösende Bilder der Oberfläche – aufgenommen in den letzten Minuten vor dem Aufprall.
Rätselhafte Streifen auf der Oberfläche
Bei der späteren Auswertung dieser Bilder entdeckten Forschende ungewöhnliche Muster. Auf der Oberfläche von Dimorphos erschienen helle, fächerförmige Streifen. Zunächst glaubte das Team an einen Fehler.
„Zuerst dachten wir, dass etwas mit der Kamera nicht stimmte, und dann dachten wir, dass es vielleicht ein Fehler in unserer Bildverarbeitung sein könnte“, sagte die Studienleiterin Jessica Sunshine von der University of Maryland.
Erst eine aufwendige Bildanalyse brachte Klarheit. Forschende entfernten Schatten von Felsbrocken sowie störende Lichtreflexe aus den Aufnahmen. Dabei wurden die Streifen deutlich sichtbar.
Die Strukturen passten schließlich zu einem bekannten Muster: Ablagerungen von Material, das mit sehr geringer Geschwindigkeit auf der Oberfläche auftrifft.
Sunshine erklärte: „Aber nachdem wir alles bereinigt hatten, stellten wir fest, dass die Muster, die wir sahen, sehr gut mit Aufprallen bei niedriger Geschwindigkeit übereinstimmten, wie beim Werfen von ‚kosmischen Schneebällen’. Wir hatten den ersten direkten Beweis für einen kürzlich erfolgten Materialtransport in einem binären Asteroidensystem.“
Wenn Sonnenlicht Asteroiden beschleunigt
Der Ursprung dieser „kosmischen Schneebälle“ dürfte auf dem größeren Asteroiden Didymos liegen. Eine wichtige Rolle spielt dabei ein physikalischer Prozess mit dem Namen Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack-Effekt, kurz YORP.
Der Effekt entsteht, weil Asteroiden Sonnenlicht absorbieren und später als Wärme wieder abstrahlen. Bei unregelmäßig geformten Körpern geschieht das nicht gleichmäßig. Dadurch entsteht ein winziges Drehmoment.
Über Millionen Jahre kann dieses Drehmoment die Rotation eines Asteroiden verändern. Dreht sich ein Körper immer schneller, kann Material von seiner Oberfläche abgestoßen werden.
Viele Forschende vermuten, dass Dimorphos selbst auf diese Weise entstanden sein könnte – aus Material, das einst von Didymos abgesprengt wurde.
Gesteinsbrocken bewegen sich erstaunlich langsam
Berechnungen zeigen, dass die Felsstücke erstaunlich langsam unterwegs sind. Modelle des Forschungsteams ergeben eine Geschwindigkeit von etwa 30,7 cm/s. Das entspricht nur rund 0,3 m/s und liegt unter der durchschnittlichen Gehgeschwindigkeit eines Menschen.
„Anstatt sich gleichmäßig zu verteilen, würden diese langsamen Einschläge eher eine Ablagerung als einen Krater bilden“, sagte Sunshine. „Und sie konzentrieren sich auf den Äquator, wie es die Modellierung des vom Primärkörper abgespaltenen Materials vorhersagt.“
Experimente im Labor
Um diese Hypothese zu überprüfen, führten Forschende Laborversuche durch. Dabei ließen sie Murmeln auf eine Sandschicht fallen, die mit kleinen Kieselsteinen bedeckt war. Die Steine sollten größere Felsbrocken auf der Oberfläche von Dimorphos simulieren.
Hochgeschwindigkeitskameras zeichneten die Versuche auf. Die Aufnahmen zeigten, dass einige Partikel von den Steinen blockiert wurden, während andere zwischen ihnen hindurchflossen. Dadurch entstanden strahlenartige Ablagerungen.
Die Muster ähnelten stark den Strukturen auf dem Asteroidenmond. Auch Computersimulationen am Lawrence Livermore National Laboratory bestätigten dieses Verhalten.
Hera soll das Asteroidensystem erneut untersuchen
Noch ist unklar, wie stark der Einschlag der DART-Sonde die Oberfläche verändert hat. Einige der beobachteten Ablagerungen könnten durch den Aufprall zerstört worden sein. Eine Antwort darauf könnte bald die europäische Raumsonde Hera liefern. Die ESA-Mission soll das Didymos-System im Dezember 2026 erreichen.
Hera wird den Einschlagskrater untersuchen und die Struktur von Dimorphos analysieren. Gleichzeitig könnten neue Aufnahmen zeigen, ob die fächerförmigen Ablagerungen noch vorhanden sind oder ob sich neue Muster gebildet haben.
Sunshine betont die Bedeutung dieser Beobachtungen: „Wir wissen jetzt, dass sie viel dynamischer sind als bisher angenommen, was uns helfen wird, unsere Modelle und unsere planetarischen Abwehrmaßnahmen zu verbessern.“
