Asteroiden 08.03.2013, 22:00 Uhr

Knall mit Effekt über Tscheljabinsk

Den 17 m großen Boliden, der Mitte Februar über Russland explodierte, hatte kein Weltraumforscher auf der Rechnung. So kleine Objekte sind mit heutigen Teleskopen kaum zu finden – erst recht nicht, wenn sie die Sonne im Rücken haben. Doch das kann sich ändern. Forscher erarbeiten seit Längerem konkrete Abwehrmaßnahmen gegen Asteroideneinschläge.

Asteroiden können jederzeit auf der Erde einschlagen. Um die Gefahr zu begrenzen, arbeiten Forscher intensiv an konkreten Abwehrmaßnahmen.

Asteroiden können jederzeit auf der Erde einschlagen. Um die Gefahr zu begrenzen, arbeiten Forscher intensiv an konkreten Abwehrmaßnahmen.

Foto: dpa/Nasa

Ein glühender Schweif, dann Blitze. Zeitverzögert eine gewaltige Detonation. Das Kamerabild zittert. Im Hintergrund klirren Scheiben. Schreie. Die Bilder der Boliden-Explosion über der russischen Millionenstadt Tscheljabinsk sind um die Welt gegangen.

Schnell war klar: der Himmelskörper war an allen Teleskopen vorbei zur Erde gerast. Während Weltraumforscher und Medien auf den Asteroiden 2012 DA14 fokussiert waren, der einen halben Tag später an der Erde vorbeizog, war der Bolide von Tscheljabinsk aus entgegengesetzter Richtung gekommen. Also von der Sonne her, wo ihn kein Teleskop erspähen konnte. Wenn überhaupt, hätte er Monate früher entdeckt werden können, als er auf seiner elliptischen Bahn von der Erde weg in den Raum zwischen Mars und Jupiter raste.

Der Unbekannte ist mittlerweile weitgehend enttarnt. Durch Auswertung von Infraschall-Messdaten eines weltweiten Netzwerks von Messstationen, die über illegale Atomtests wachen, konnten Wissenschaftler ermitteln, dass er 17 m groß war. Von seinem Eintritt in die Atmosphäre über Alaska legte er mit 18 km/s rund 6500 km zurück. Die enorme Hitze des zunehmenden Luftwiderstands zerfetzte ihn dann über dem Ural. Nach NASA-Angaben endete er in 15 km bis 20 km Höhe in einer Explosion mit der Sprengkraft von 40 Hiroshimabomben.

Blogger Michael Khan, der als Missionsanalytiker bei der EU-Weltraumbehörde ESA tätig ist, wird flau, wenn er über die möglichen Folgen nachdenkt. Etwas mehr Volumen, eine andere Materialzusammensetzung oder nur ein steilerer Einfallswinkel hätten zur Katastrophe führen können. „Wenn Gesteinsbrocken mit derartiger Geschwindigkeit in die Atmosphäre eindringen, entsteht vor dem Objekt ein Kissen aus komprimiertem Gas, das so heiß wird, dass das Gestein von außen nach innen schmilzt und zu Plasma verdampft“, erklärt er. Zudem hämmere die Luft, deren Dichte sich in der Atmosphäre alle 10 km vervierfache, auf ihn ein.

Volumen, Material und Einfallswinkel bestimmen, wie nah ein Asteroid der Erde vor der Explosion kommt. „Objekte ab 100 m Größe schaffen es generell bis zur Erdoberfläche“, erklärt Khan. Das liegt daran, dass die Oberfläche mit dem Quadrat des Durchmessers zunimmt, das Volumen aber in dritter Potenz. Ein zehn Mal größerer Brocken hat also 1000 Mal mehr Volumen, das langsamer verdampft – und bei seiner Explosion exponentiell mehr Energie freisetzt.

Doch wie wahrscheinlich ist es, dass unser Planet getroffen wird? Khan geht davon aus, dass die kolportierte Quote von einem Einschlag pro Jahrhundert zu gering ist. In den letzten 100 Jahren habe es ein halbes Dutzend Einschläge gegeben, wobei lange nur Ereignisse über bewohntem Gebiet auffielen. Über Wahrscheinlichkeiten sei erst dann zu reden, wenn die tatsächliche Anzahl erdnaher Asteroiden bekannt ist. Ein Bericht der NASA-Konferenz „Target Neo“ zeigt, dass bisher wohl kaum 0,3 % der Objekte bis 50 m Größe bekannt sind, von jenen bis 100 m circa 2,5 % und auch von Asteroiden bis 150 m Größe nur knapp 7 %. „Objekte unter 20 m Größe, wie der von Tscheljabinsk, sind kaum aufzuspüren“, so Khan. Allerdings sei die systematische Suche in Gang. „In einigen Jahren werden wir mehr wissen“, ist er überzeugt.

Detlef Koschny ist bei der ESA im niederländischen Noordwijk für die Asteroidenbeobachtung verantwortlich. „Mit den momentan verfügbaren Mitteln wäre es ein großer Zufall gewesen, den Boliden von Teschljabinsk am Nachthimmel zu entdecken“, sagt auch er. Damit so kleine Objekte ins Netz gehen, bräuchte es Teleskope, die den gesamten Himmel in einer Nacht abscannen. Heute sei dafür ein Monat nötig. Richtung Sonne gebe es bisher überhaupt keine Möglichkeit der Erkundung. Das wäre nur mit einem Weltraumteleskop innerhalb des Erdorbits machbar, das dann von der Venus her mit der Sonne im Rücken Richtung Erde blickt.

Näher aus heutiger Sicht ist laut Koschny ein Netz terrestrischer Weitwinkel-Teleskope, um den Himmel tatsächlich in höherer Frequenz komplett abzuscannen. „Wir planen den Einsatz dieser Technik in unserem ESA-Programm zur Überwachung erdnaher Asteroiden“, sagt er. Sie müsse bewegte Objekte natürlich mehrmals ansteuern, um aus deren Bewegung Umlaufbahnen zu errechnen. Man werde Teleskope mit 1-m-Spiegel und riesigem Gesichtsfeld nutzen. Das derzeit diskutierte Design sehe einen Winkel von über 40 Quadratgrad (6,5° x 6,5°) vor. Das entspreche der 80-fachen Fläche des Vollmonds mit einem Foto. Von diesen Teleskopen wären vier bis sechs für den Komplett-Scan nötig. Eines davon wird nun gebaut.

Im All dagegen wäre ein Infrarot-System wünschenswert, da sich damit vertiefte Information über warme bewegte Objekte im Sonnensystem sammeln ließen. Die Hintergründe erläutert Alan Harris vom DLR Berlin, der das europäische Netzwerk zur Asteroidenabwehr NEOShield leitet: „Erdgestützte Teleskope können Lichtkurven der rotierenden, oft kartoffelartig geformten Objekte sichtbar machen.“ Reflektiertes Sonnenlicht blinkt durch die Rotation regelmäßig auf, was auf die Rotationsgeschwindigkeit, -achse und Form schließen lässt.

Die Größe der Objekte ist so aber kaum zu ermitteln. „Dafür müssten wir auch das Material kennen“, erklärt er. Ob eine helle oder dunkle Oberfläche das Licht reflektiert, habe großen Einfluss auf die aufflackernden Lichtpunkte. Licht- und Wärmestrahlung zusammen dagegen lassen die Größenermittlung zu. Darum der Wunsch nach thermischer Infrarotmessung. Doch dabei stört die Atmosphäre. Das Verfahren macht nur von Satelliten aus Sinn. Erste Missionen im All haben so die Geheimnisse verschiedener Asteroiden gelüftet. Doch angesichts der Zahl der Brocken, die im Raum um die Erde unterwegs sind, bleibt viel Forschungsbedarf.

Doch was bringt es überhaupt, einen herannahenden Asteroiden zu kennen, dessen Einschlag ganze Landstriche verwüsten wird? Harris befasst sich mit solchen Szenarien. Er erinnert an einen Impact eines 4-m-Boliden 2008 im Sudan, wo zwischen Entdeckung und Einschlag ganze 23 Stunden blieben. „Da sind die Möglichkeiten begrenzt“, sagt er. Man könne dann nur regional warnen. Etwa, dass einem grellen Himmelsblitz zeitverzögert eine gewaltige Druckwelle folgt. Im Ural hätte das viel Leid verhindern können.

„Eine Überraschung wie dort ist auch mit größeren Objekten jederzeit möglich“, räumt Harris ein. Doch gebe es auch Gegenbeispiele, wie den Asteroiden Apophis. Dessen Annäherung bis auf 30 000 km an die Erde im Jahr 2029 ist bereits bekannt. Wäre er auf Kollisionskurs, blieben zwei Jahrzehnte Zeit, um zu agieren. „Nach mehreren Erkundungsmissionen könnten wir eine Abwehrmission starten“, sagt der DLR-Forscher. NEOShield entwickle Abwehrszenarien. Eine Idee, um 300 m große Asteroiden wie Apophis umzulenken: kinetische Impaktoren. Das sind mehrere 100 kg schwere Raumsonden, die mit hoher Geschwindigkeit auf das Objekt gelenkt werden. „Ein solcher Impuls würde den Asteroiden in seiner Umlaufbahn um einige Zentimeter pro Sekunde beschleunigen oder bremsen, damit die Erde bereits am vorausgesagten Kollisionspunkt vorbei gezogen ist oder ihn noch nicht erreicht hat“, so Harris. Je weiter der Weg zur Erde bei so einem Manöver, desto weniger Kraft braucht es.

Harris und Koschny waren just am Tag des Impacts über dem Ural in Wien auf einer Konferenz mit Vertretern der Vereinten Nationen. Dort ging es um internationale Kooperationen bei der Abwehr potenzieller Gefahren aus dem All. „Ziel ist es, die Zusammenarbeit der nationalen Raumfahrtbehörden zu forcieren und mittelfristig mehr Geld und Ressourcen in diese Forschung zu leiten“, sagt Harris. NEOShield sei in einer ersten Stufe mit 5,8 Mio. € EU-Geld ausgestattet, um Pläne für Testmissionen zu erarbeiten und die theoretische Basis zu legen. Perspektivisch sei dann mindestens eine Mission nötig, um die Modelle im realen Asteroiden-Versuch zu eichen. Diese Mission ist aber bisher nicht finanziert. Sie wird einige 100 Mio. € kosten. Ganze Messreihen, die an sich wünschenswert wären, sind angesichts dieser Summen wohl illusorisch.

Entsprechend liegt der Schwerpunkt auf der Erkundung und auf Testreihen in irdischen Labors. Etwa bei Frank Schäfer, der am Freiburger Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik Impaktoren testet. Dafür hängt er mit seinem Team Gesteinsblöcke unterschiedlicher Porosität in Pendel und jagt per Leichtgaskanone unterschiedlich geformte Körper – Kugeln, Stäbe oder Plättchen auf die Schwerpunkte dieser „Test-Asteroiden“. Dabei dokumentieren sie den Aufprall der bis zu 10 km/s schnellen Impaktoren per Hochgeschwindigkeitskamera und messen die auftretenden Kräfte sowie die Aus- und Rückschläge.

„Wir nutzen dabei den Effekt, dass es neben der Beschleunigung des Aufpralls durch fortgeschleuderte Materie – also die Exkavation – ein Rückstoß entsteht, der das Objekt zusätzlich beschleunigt“, erklärt er. Diesen zusätzlichen Antrieb wolle man bei einer Testmission so weit wie irgend möglich nutzen. Dafür erforscht Schäfer nun, wie genau dieser Rückstoß funktioniert und wie er sich optimieren lässt: „Dafür müssen wir wissen, wie sich der Effekt in Abhängigkeit zur Gesteinszusammensetzung und -Porosität verhält und wie er sich quantifizieren lässt.“ Asteroiden wiesen bisherigen Erkenntnissen nach Porositäten von 20 % bis 70 % auf. Von der Verteilung der Hohlräume hängt es ab, wie ein Impaktor beschaffen sein sollte.

Ursprünglich wurden die Pendelversuche der Freiburger Kurzzeitdynamiker entwickelt, um die Außenwände von Satelliten gegen den Einschlag von Weltraumschrott zu optimieren. Dass sie nun Messreihen zum Ablenken von Asteroiden durchführen, findet Schäfer ganz normal. „Für uns hat das nichts mehr mit Science-Fiction zu tun“, sagt er. Sollten die Kollegen tatsächlich einen gefährlichen Asteroiden aufspüren und in Erkundungsmissionen dessen Zusammensetzung klären, dann muss angesichts der Kosten solcher Missionen der erste Schuss sitzen.  PETER TRECHOW

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