Astronomie, Satellit, Weltraum

Erdüberquerende Asteroiden



Wie können wir sie erkennen, messen und ablenken?

Von David K. Lynch,

Pan-STARRS-Teleskop im Bau auf Maui. Bild von Pan-STARRS. Verwendung mit Genehmigung.

Können wir etwas gegen einen Asteroiden unternehmen, der dazu bestimmt ist, die Erde zu treffen? Die Antwort lautet: Ja, vorausgesetzt, es ist klein genug und wir haben genug Zeit, ein Raumschiff zu schicken, um es abzulenken. Wie wir sehen werden, wird der Asteroid, den wir bewältigen können, umso größer sein, je länger die Warnzeit ist. Viele Aspekte der Minderung von Asteroideneinwirkungen wurden im Spaceguard-Bericht zusammengefasst. In jüngerer Zeit hat die NASA auch eine Studie abgeschlossen und wird vom Kongress genutzt, um zu entscheiden, welche Schritte die USA und andere Nationen unternehmen können und sollten.

Astronomen haben viel Zeit damit verbracht, herauszufinden, wie sie die Erde vor einem Asteroideneinschlag retten können. Zuerst musst du alle Asteroiden finden, ihre Umlaufbahnen berechnen und sehen, welche gefährlich nahe an die Erde kommen. Sobald Sie die Umlaufbahn kennen, können Sie herausfinden, wann sie schlagen wird. Hier erfahren Sie, wie viel Warnzeit Sie haben. Und schließlich, wenn Sie die Masse des Asteroiden herausfinden können, können Sie berechnen, wie stark Sie ihn drücken müssen, um seine Umlaufbahn gerade so weit zu ändern, dass er die Erde verfehlt. Hollywoods Idee, eine Bombe zum „Sprengen“ zu schicken, ist unrealistisch, da die heutigen Trägerraketen keine ausreichend große Bombe tragen können. Anstelle eines einzigen großen Körpers könnten außerdem viele kleine Fragmente auf die Erde gerichtet sein.

Sie finden

Asteroiden zu finden ist relativ einfach. Die erste wurde 1801 von Giuseppe Piazzi gefunden. Mehrere Observatorien befassen sich derzeit mit der Suche und Verfolgung von Asteroiden (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS und andere). Gegenwärtig wurden etwa 80% der Asteroiden mit einem Durchmesser von mehr als 1 km gefunden. Keiner von diesen hat Umlaufbahnen, die sie zu einem terrestrischen Volltreffer bringen würden. Im Jahr 2004 wurde ein 250 m großer Asteroid entdeckt, der voraussichtlich am 13. April 2029 (Freitag, den 13.!) In der Nähe der Erde vorbeiziehen wird. Apophis genannt, beträgt die Aufprallwahrscheinlichkeit des Asteroiden 1 zu 45000 und wird voraussichtlich abnehmen, wenn die Umlaufbahn in den kommenden Jahren verfeinert wird. Asteroid 1950 DA wird 2880 der Erde sehr nahe kommen. In Anbetracht der Unsicherheiten in seiner Umlaufbahn bleibt der Einfluss eine Möglichkeit.

Wenn es um Asteroideneinschläge geht, ist die Größe entscheidend. Asteroiden mit einem Durchmesser von weniger als 10 Metern sind wenig bedrohlich, da sie in der Atmosphäre aufbrechen oder verbrennen. Diese, die einen Durchmesser von mehr als 5 km haben, sind zu groß, als dass wir etwas dagegen unternehmen könnten. Dies sind nur Schätzungen, da es auf die Masse ankommt, nicht auf den Durchmesser. Einige Asteroiden sind Trümmerhaufen, lose zusammengefügte Ansammlungen kleinerer Körper, die durch die schwache Schwerkraft des Asteroiden zusammengehalten werden. Andere sind harte, dichte Steine ​​wie Chondriten und Eisen. Grob gesagt liegt der relevante Größenbereich zwischen 10 m und 5000 m Durchmesser. Denken Sie also an Felsen zwischen der Größe Ihres Hauses und dem Berg. Rushmore.

Wenn ein Asteroid gefunden wird, auf dem der Name der Erde steht, ist noch viel zu tun. Umlaufbahnen sind nicht unendlich genau bekannt, es gibt immer kleine Unsicherheiten. Wird es wirklich die Erde treffen oder wird es mit ein paar tausend Kilometern sicher an uns vorbeiziehen? (ein paar tausend km sind sehr, sehr nah!) Während einige Astronomen daran arbeiten, die Genauigkeit der Umlaufbahn zu verbessern, werden andere versuchen, die Masse des Asteroiden zu messen.

Bild eines Asteroiden.

Sie messen

Das ist knifflig. Selbst im größten Teleskop sind die meisten Asteroiden nichts anderes als Lichtpunkte am Nachthimmel. Wir können ihre tatsächliche Größe und Struktur nicht sehen, nur ihre Farbe und Helligkeit. Aus diesen und einer Schätzung der Dichte des Asteroiden können wir die Masse abschätzen. Die Unsicherheiten sind jedoch zu groß, um eine zuverlässige Ablenkungsmission durchzuführen. Der nächste Schritt wird sein, ein Raumschiff zum Asteroiden zu schicken, um dessen Masse und andere Eigenschaften wie Form, Dichte, Zusammensetzung, Rotationsraten und Kohäsivität zu messen. Dies kann entweder ein Vorbeiflug oder ein Lander sein. Eine solche Mission würde auch äußerst genaue Umlaufbahninformationen liefern, da das Raumschiff als Leuchtfeuer fungieren oder einen Funktransponder auf dem Asteroiden platzieren könnte.

Den Asteroiden abzulenken ist der schwierige Teil, obwohl die Physik ziemlich einfach ist. Die Idee ist, den Asteroiden anzustoßen und seine Umlaufbahn um einen winzigen Betrag zu verändern. Normalerweise würde es die Erde mit ungefähr 30 km / s treffen, obwohl dies davon abhängt, ob es seitwärts, frontal oder von hinten kommt. Nehmen wir als Beispiel 30 km / s.

Wir kennen den Radius der Erde: 6375 km. Wenn wir wissen, wie viel Warnzeit zum Aufprall benötigt wird - sagen wir 10 Jahre -, müssen wir den Asteroiden nur um 6375 km / 10 Jahre oder etwa 2 cm / s beschleunigen oder verlangsamen. Ein Asteroid mit einem Durchmesser von 1 km wiegt etwa 1,6 Millionen Tonnen. Um seine Geschwindigkeit um 2 cm / s zu ändern, werden mehr als 3 Megatonnen Energie benötigt.

Die Sicherheit hängt davon ab, dass die Asteroiden so früh wie möglich gefunden werden. Je mehr Vorwarnzeit Sie haben, desto einfacher ist es natürlich, die Änderung vorzunehmen, da Sie nicht so stark drücken müssen. Oder Sie können das Drücken verzögern, während Sie die Umlaufbahn verfeinern oder Technologie entwickeln. Alternativ bedeutet eine kurze Warnzeit, dass Sie beschäftigt sein und so viel Druck wie möglich ausüben müssen. Frühwarnung ist der beste Ansatz. Wie das Sprichwort sagt: "Ein Stich in der Zeit spart neun."

Kometen sind die Joker des terrestrischen Aufprallspiels. Sie werden in der Regel erst wenige Monate vor der Annäherung an das innere Sonnensystem entdeckt. Mit Durchmessern von wenigen Kilometern und Geschwindigkeiten von bis zu 72 km / s stellen sie eine potenziell unüberschaubare Bedrohung dar. Mit weniger als ein paar Jahren Warnung würde es wahrscheinlich nicht genug Zeit geben, um eine Ablenkungsmission zu starten.

NASAs DEEP IMPACT MISSION:
Das Raumschiff wurde absichtlich mit etwa 10 km / s in den Kern des Kometen Tempel 1 geschleudert. Das war das Ergebnis. 4. Juli 2005. NASA-Bild.

Sie abzulenken

Es gibt mehrere Möglichkeiten, Asteroiden abzulenken, obwohl noch nie versucht wurde. Die Ansätze lassen sich in zwei Kategorien einteilen: impulsive Deflektoren, die den Asteroiden sofort oder innerhalb weniger Sekunden anstoßen, und "Slow Push" -Deflektoren, die dem Asteroiden über viele Jahre hinweg eine schwache Kraft auferlegen.

Impulsabweiser gibt es in zwei Varianten: Bomben und Kugeln. Beide liegen innerhalb der aktuellen technologischen Möglichkeiten. Durch das Zünden einer Bombe auf oder in der Nähe des Asteroiden wird Material von der Oberfläche gesprengt. Der Asteroid zieht sich in die entgegengesetzte Richtung zurück. Sobald die Masse des Asteroiden bekannt ist, kann man leicht herausfinden, wie groß die zu verwendende Bombe ist. Die größten Sprengkörper, die wir haben, sind Atombomben. Sie sind das energiereichste und zuverlässigste Mittel zur Bereitstellung von Energie, weshalb die nukleare Ablenkung der bevorzugte Ansatz ist. Atombomben sind hunderttausendmal stärker als der nächstbeste Ansatz. Kugeln.

Der „Bullet“ -Ansatz ist ebenfalls einfach. Ein Hochgeschwindigkeitsprojektil ist in den Asteroiden gerammt. Gegenwärtig haben wir die Technologie, eine tonnenschwere Kugel in einen Asteroiden zu schicken. Wenn die Geschwindigkeit hoch genug wäre, könnte dieser Ansatz Drucke liefern, die um ein Vielfaches höher sind als die, die allein durch den Aufprall entstehen würden, da das Material auf die gleiche Weise vom Asteroiden weggeblasen würde, wie es eine Bombe tut. Tatsächlich wurde der Bullet-Ansatz - die sogenannte „kinetische Ablenkung“ - auf indirekte Weise ausprobiert. Im Jahr 2005 wurde das Raumschiff Deep Impact der NASA absichtlich in den Pfad des Kometen Tempel 1 manövriert. Der Zweck war, ein Loch in den Kometen zu schlagen und zu sehen, was herauskam. Und es hat funktioniert. Während die Änderung der Geschwindigkeit des Kometen zu gering war, um gemessen zu werden, hat die Technik bewiesen, dass wir einen Asteroiden verfolgen und erfolgreich anvisieren können.

Langsame Drücker sind zu diesem Zeitpunkt weitgehend konzeptionell. Dazu gehören: Ionenmotoren, Schwerkrafttraktoren und Massenfahrer. Die Idee ist, das Gerät zum Asteroiden zu transportieren, zu landen und daran zu befestigen und dann viele Jahre lang ununterbrochen zu drücken oder zu ziehen. Ionenmotoren und Massentreiber schossen Material mit hoher Geschwindigkeit von der Oberfläche. Der Asteroid schreckt nach wie vor zurück. Ein Schwerkrafttraktor ist eine kontrollierte Masse, die sich mit so etwas wie einem Ionenstrahlruder vom Asteroiden abhebt. Die Masse des Traktors zieht den Asteroiden mit seiner eigenen Schwerkraft. Der Vorteil aller langsamen Drücker ist, dass während der Bewegung des Asteroiden Position und Geschwindigkeit kontinuierlich überwacht werden können und somit bei Bedarf Korrekturen vorgenommen werden können.

Ionenmotor an der Oberfläche eines Asteroiden.
NASA-Bild mit illustrativen Änderungen.

Das Anbringen von Gegenständen an einem Asteroiden ist schwierig, da die Schwerkraft extrem schwach ist und die Oberflächeneigenschaften möglicherweise nicht bekannt sind. Wie würden Sie eine Maschine auf einem Sandhaufen befestigen? Die meisten Asteroiden drehen sich und daher würde der Drücker herumhüpfen und selten in die richtige Richtung zeigen. Es müsste sich auch mit dem Asteroiden drehen und das kostet Energie, viel davon. Obwohl der Schwerkrafttraktor nicht unter diesen Nachteilen leidet, benötigt er eine stetige Energiequelle. All diese Geräte sind kompliziert. Sie müssen mit Strom versorgt, gesteuert und ferngesteuert werden, damit sie viele Jahre lang ununterbrochen im Weltraum arbeiten können - eine sehr große Herausforderung.

Wir haben gezeigt, dass Ionen-Triebwerke mindestens einige Jahre im Weltraum arbeiten können, aber bisher haben Ionen-Triebwerke nicht genug Kraft, um einen bedrohlichen Asteroiden abzulenken, es sei denn, es liegt eine außergewöhnlich lange Warnzeit vor. Die Kehrseite langer Warnzeiten ist, dass Ungewissheiten in der Umlaufbahn des Asteroiden es unmöglich machen, sicher zu sein, dass er die Erde treffen wird. Es gibt ein paar weitreichende Slow-Push-Konzepte: Den Asteroiden weiß streichen und das Sonnenlicht Strahlungsdruck ausüben lassen; einen Laser in die Umlaufbahn bringen und ihn viele Male zappen; Drücken Sie einen kleineren Asteroiden so weit in die Nähe, dass er durch die Schwerkraft abgelenkt wird. Wenn Astronomen die Zahlen eingeben, bleiben die Ideen jedoch hinter jedem praktischen System zurück.

Astronomen sind nicht die einzigen, die sich um Asteroideneinschläge sorgen. Betroffen sind Politiker, Einsatzorganisationen und die Vereinten Nationen. Wenn wir einen Asteroiden ablenken müssen, wer wird dafür bezahlen? Wer wird das Raumschiff tatsächlich starten? Wenn Atombomben der sicherste Weg sind, den Asteroiden abzulenken, müssen wir dann Atombomben bereithalten? Werden andere Nationen den USA, Israel, Russland oder Indien vertrauen, um Atomwaffen auch für eine humanitäre Mission ins All zu bringen? Was ist, wenn der Asteroid in Richtung Genf fährt und wir nur die Mittel haben, um den Aufprallort um 1000 km zu verschieben? Welche Richtung wählen wir und wer entscheidet? Können wir sicher sein, mit nicht getesteten Ablenktechnologien eine präzise Verschiebung durchzuführen?

Was tun wir, wenn der Asteroidenschlag unvermeidlich ist? Evakuieren wir Menschen aus der Region, wenn wir wissen, wo sie zuschlagen werden? Wie weit bewegen wir sie? Wenn die Trümmer des Aufpralls in der Atmosphäre verbleiben, kann es zu einer globalen Abkühlung kommen. Wer ist für die Weltnahrungsmittelversorgung zuständig? Wie groß wird der Tsunami sein, wenn er im Ozean einschlagen wird? Wie können wir sicher sein, dass die von uns vorhergesagten Verwüstungen richtig sind oder dass wir etwas nicht übersehen haben? Die vielleicht beunruhigendsten Auswirkungen von Asteroiden sind eine völlig neue Art von Katastrophe: Wie bereiten wir uns auf die Zerstörung des Ostens der USA vor, wenn wir 20 Jahre gewarnt haben?

Diese und andere Fragen werden heute in wissenschaftlichen Meetings auf der ganzen Welt diskutiert. Glücklicherweise ist die Wahrscheinlichkeit, dass in absehbarer Zeit sogar ein kleiner Asteroid auf die Erde trifft, sehr gering.

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David K. Lynch, PhD, ist Astronom und Planetologe und lebt in Topanga, Kalifornien. Wenn er nicht in der Gegend von San Andreas herumlungert oder die großen Teleskope von Mauna Kea benutzt, spielt er Geige, sammelt Klapperschlangen, hält öffentliche Vorträge über Regenbogen und schreibt Bücher (Farbe und Licht in der Natur, Cambridge University Press) und Essays. Dr. Lynchs neuestes Buch ist der Field Guide to the San Andreas Fault. Das Buch enthält zwölf eintägige Fahrten entlang verschiedener Teile des Fehlers sowie meilenweise Straßenprotokolle und GPS-Koordinaten für Hunderte von Fehlermerkmalen. Zufällig wurde Daves Haus 1994 durch das Erdbeben der Stärke 6,7 in Northridge zerstört.