Bisherige Modellberechnungen der Form des Asteroiden Apophis, der 2029 in nur 30.000 Kilometern Distanz die Erde passieren wird (Illu.). Copyright: Astronomical Institute of the Charles University: Josef Ďurech, Vojtěch Sidorin (via WikimediaCommons) / CC BY 4.0
Würzburg (Deutschland) – Erst kürzlich haben die Raumfahrtingenieure und -Wissenschaftler um Professor Hakan Kayal vom Interdisziplinären Forschungszentrum für Extraterrestrik (IFEX) an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg eindrucksvoll die Fähigkeit bewiesen, einen eigenen Forschungs-Kleinstsatelliten ins All zu bringen und von dort aus zu betreiben. Ähnliche „Cube-Sats“ sollen nun auch bei der Annäherung des 340 Meter durchmessenden Asteroiden Aphophis in fünf Jahren zu Einsatz kommen.
Ausgerechnet am Freitag, den 13. April 2029, wird der Asteroid Apophis in nur knapp 31.750 Kilometern Entfernung die Erde passieren und dabei von der Erde aus am Abendhimmel auch als Lichtpunkt auch von Aug aus zu sehen sein. [Zum Vergleich: Die Distanz zwischen Erde und Mond beträgt 384.400 km!]. Galt der 340 Meter große Brocken und das vermeintlich unheilvolle Datum seiner Erdannäherung lange Zeit als potenziell gefährlich für unseren Planeten, so ist mittlerweile klar, dass Apophis die Erde zumindest 2029 verfehlen wird. Tatsächlich ist die Sorge nicht ganz unbegründet: Würde der Asteroid mit der Erde kollidieren, so dürfte alleine sein Einschlagskrater einen Durchmesser von einigen Kilometern haben. Die Wucht des Aufpralls könnte eine Fläche von der Größe Mitteleuropas verwüsten.
Diagramm des Erd-Vorbeiflugs des Asteroiden Apophis im Vergleich zur Mondumlaufbahn am 13. April 2029 (Illu.). Quelle: NASA
Hintergrund
Asteroiden sind unregelmäßig geformte Objekte, die sich auf Umlaufbahnen um die Sonne bewegen. Bislang sind an die 1,3 Millionen Asteroiden in unserem Sonnensystem bekannt. Etwa 2500 gelten als potenziell gefährlich – weil sich ihre Umlaufbahnen der Erdbahn auf weniger als circa 20 Mondentfernungen annähern und ihr Durchmesser größer als 140 Meter ist. Die Wissenschaft weiß nicht besonders viel über Asteroiden: Bisher gab es nur gut 20 Satellitenmissionen, die diese Himmelskörper als Ziel hatten.
Wie sind Asteroiden aufgebaut? Was beeinflusst ihre Flugbahn? Was passiert mit ihnen, wenn sie nah an anderen Objekten vorbeifliegen und deren Gravitationskraft zu spüren bekommen? Viele Fragen sind zu klären. Weil nur etwa alle 1000 Jahre ein Asteroid dieser Größe der Erde so nah kommt, ergibt sich die seltene Gelegenheit, den Asteroiden mit relativ geringem Aufwand zu untersuchen. Dabei könnte die Menschheit auch Erkenntnisse gewinnen, mit deren Hilfe sich Abwehrmaßnahmen gegen gefährliche Asteroiden entwickeln lassen. (Quelle: JMU)
Da eine sichere Passage von Apopphis in fünf Jahren mittlerweile jedoch als gesichert gilt, rückt der kosmische Brocken hauptsächlich ins Augenmerk der Wissenschaft. Gefördert mit rund 300.000 Euro durch das Bundeswirtschaftsministerium, werden an der Uni Würzburg derzeit drei Konzepte für eine Kleinsatellitenmission geprüft.
Das Team um die wissenschaftlichen Mitarbeiter Jonathan Männel, Tobias Neumann, Clemens Riegler und Hakan Kayal, der die Professur für Raumfahrttechnik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) inne führt, hat nun drei Konzepte für eine Erkundungsmission von Apophis mit Kleinstsatelliten im Rahmen von „Projekt NEAlight“ im Visier. Alle drei basieren auf den Ergebnissen des SATEX-Projekts aus dem Jahr 2023, in dem das Würzburger Team das Potenzial von Kleinsatelliten für interplanetare Missionen analysiert hat und auf den Erfolgen der SONATE-2-Mission.
Konzept eines Kleinstsatelliten zur Erkundung des Asteroiden Apophis. Copyright/Quelle: SATEX-Team, Universität Würzburg
Konzept Nummer eins: Für eine nationale Mission baut Kayals Team einen Kleinsatelliten, der den Asteroiden Apophis zwei Monate lang auf seinem Weg zum erdnächsten Punkt begleitet und auch einige Wochen danach an ihm dranbleibt. In dieser Zeit sollen die Veränderungen von Apophis fotografisch dokumentiert und mit verschiedenen Messungen untersucht werden. Diese Strategie hält einige technische Herausforderungen bereit, weil der Kleinstsatellit eine weite Distanz zurücklegen und dabei weitgehend autonom funktionieren muss.
Konzept Nummer zwei: Deutschland beteiligt sich an der geplanten europäischen RAMSES-Mission. Diese sieht einen größeren Satelliten vor, bestückt mit Kleinsatelliten, Teleskopen und anderen Messinstrumenten, der zu Apophis fliegt und ihn beim Vorbeiflug an der Erde über längere Zeit begleitet. Einer der Kleinsatelliten könnte aus Würzburg sein und den Asteroiden im Verbund mit den anderen Satelliten erforschen. Für das JMU-Team wäre hier der technische Aufwand kleiner und der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn größer. Ob die RAMSES-Mission letzten Endes realisiert wird, hängt auch von der Bereitschaft der europäischen ESA-Partner ab, das Projekt mitzufinanzieren.
Konzept Nummer drei: Ein an der JMU gebauter Kleinsatellit fliegt einmal kurz am Asteroiden vorbei, wenn dieser der Erde am nächsten ist, und macht Fotos. Auf diese Weise ließe sich demonstrieren, dass eine solche Mission auch mit preisgünstigen Kleinsatelliten möglich ist. Der Aufwand wäre relativ klein, die Beobachtungszeit aber kurz und der Erkenntnisgewinn vermutlich eher gering. Diese Mission könnte wenige Tage vor dem Eintreffen von Apophis beginnen – bei den ersten beiden Konzepten müsste der Satellit schon ein Jahr zuvor starten.
Dawn-Aufnahme des Zwergplaneten Ceres mit seinen markanten hellen Flecken im Occatr-Krater. Copyright: NASA/JPL-CalTech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Hintergrund: Auch Suche nach Anomalien auf Apophis Ähnlich wie schon der erst jüngst erfolgreich im All platzierte IFEX-Satellit „SONATE 2“ (…GreWi berichtete) könnte auch das Apophis-Projekt des IFEX mit KI-Technologien, wie sie derzeit an Bord von SONATE-2 erfolgreich im Erdorbit erprobt werden, künftig auch bei interplanetaren Asteroidenmissionen wie zu Apophis u.a. zur Detektion von Anomalien eingesetzt werden. „Damit wäre es etwa möglich, interessante Merkmale schneller und zielgerichteter zu erkennen“, erläutert Prof. Kayal gegenüber GrenzWissenschaft-Aktuell.de (GreWi). „Dazu zählen z.B. auch besondere, vielleicht sogar geometrische Muster und Strukturen auf der Oberfläche, die entweder aufgrund von geologischen Aktivitäten entstanden sind, oder sogar biologische oder biochemische Natur sein könnten.“ Als Beispiel nenn Kayal hier etwa die Entdeckung der hellen Flecken auf dem Zwergplaneten Ceres (s. Abb. l.), die aus großer Ferne zunächst fast schon an eine nächtliche Stadtbeleuchtung aus dem All erinnerten, sich bei genauer Betrachtung aus der Nähe jedoch als stark reflektierende salzhaltige Ablagerungen aus dem Untergrund herausstellten (…GreWi berichtete).
Bis 2025 sollen fortan im „Projekt NEAlight“ die Anforderungen an diese drei Missionsszenarien detailliert ausgearbeitet, die grundlegenden Missionsarchitekturen definiert und die Realisierungsmöglichkeiten bewertet werden. Weiterhin gelte es, anhand der drei Konzepte Realisierungsmöglichkeiten für zukünftige interplanetare Kleinsatelliten betrachten, die beispielsweise zum Mond oder zu anderen erdnahen Asteroiden (NEA) fliegen könnten.
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