Am 26. September stürzte die Raumsonde DART (Double Asteroid Redirection Test) der NASA mit 22.000 km/h in Dimorphos, einen kleinen Mond des erdnahen Asteroiden Didymos, ein. Vor dem Aufprall führten Ingenieure und Wissenschaftler des Southwest Research Institute ein Experiment durch, um den Kraterprozess zu untersuchen, der die Masse der ausgestoßenen Materialien erzeugt, und misst die anschließende Impulsverstärkung des Aufpralls.
Das Experiment, bei dem ein realistischeres Ziel als die zuvor untersuchten verwendet wurde, wird in einem neuen Artikel beschrieben, der in veröffentlicht wurde Das Planetary Science Journal.
Die NASA verfolgt nicht nur erdnahe Asteroiden (NEAs), die eine mögliche Einschlaggefahr für unseren Heimatplaneten darstellen könnten, sondern erforscht auch Technologien, um den Weg eines kleinen NEA abzulenken. Es wäre nur eine kleine Änderung der Umlaufbahn erforderlich, um die Flugbahn eines Objekts so zu ändern, dass es sicher an der Erde vorbeifliegt, solange die Änderung ausreichend weit vor dem Zeitpunkt des Aufpralls angewendet wird.
Das Ändern des Impulses eines Asteroiden durch eine direkte Kollision bietet einen Doppelschlag: die direkte Impulsübertragung des aufprallenden Projektils, das es nach vorne drückt, und der Rückstoß des Asteroiden von den Trümmern, die aus dem Einschlagskrater ausbrechen, auch bekannt als Kraterauswurf. Der Auswurf überträgt Schwung und schleudert das Ziel in einer „Aktion-Reaktion“-Weise weg, ähnlich wie eine Rakete startet, wenn Hochgeschwindigkeitsgas aus dem Heck des Fahrzeugs austritt.
„Eine große Frage, vor der wir standen, war, wie der Asteroid tatsächlich aussehen und wie er zusammengesetzt sein würde. Ob wir etwas aus kleinen Laborexperimenten lernen können, ist für uns von großem Interesse“, sagte Dr. James D. Walker, Direktor der Abteilung Technische Dynamik des SwRI und Erstautor der Studie.
Walker ist zusammen mit seinen Co-Autoren Dr. Sidney Chocron, Donald J. Grosch und Dr. Simone Marchi Mitglied des DART-Ermittlungsteams.
Die Raumsonde der DART-Mission startete im November 2021 von der Erde. Am 26. September stürzte sie absichtlich in den Kleinmond Dimorphos, um zu beurteilen, ob eine Raumsonde einen Asteroiden auf Kollisionskurs mit der Erde ablenken könnte. Dimorphos umkreist den Asteroiden Didymos, ein erdnahes Objekt, das als potenziell gefährlicher Asteroid eingestuft wurde. DART wurde entwickelt, um die Umlaufbahn des Mondes um Didymos zu verschieben.
Die große zweistufige Leichtgaskanone des SwRI, die Projektile mit einer Geschwindigkeit von bis zu sieben Kilometern pro Sekunde abfeuern kann, wurde verwendet, um ein Projektil auf ein Objekt zu schießen, das den kleinen Mond darstellt. Da Dimorphos für einen „Trümmerhaufen“-Asteroiden gehalten wurde, der aus Felsbrocken besteht, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden, wurde der Mond durch eine Ansammlung von Felsen und Steinen dargestellt, die in diesem Fall durch Zement zusammengehalten wurden.
„Wir haben eine Aluminiumkugel, die die DART-Raumsonde darstellte, mit der zweistufigen leichten Gaskanone mit 5,44 Kilometern pro Sekunde auf das Ziel abgefeuert, was sich den erwarteten 6,1 Kilometern pro Sekunde des DART-Einschlags nähert“, sagte Walker.
„Unser Experiment hat eine Impulsübertragung auf das Ziel gemessen, die dem 3,4-fachen des einfallenden Impulses des Aluminiumkugelprojektils entspricht. Die Zahl 3,4 wird von Wissenschaftlern als griechischer Buchstabe Beta des Aufpralls bezeichnet. Daher lieferte der Kraterauswurf zusätzliche 240 % des Impulses um den Körper abzulenken, über das hinaus, was das Projektil selbst bietet.
Das Experiment zielte darauf ab, den Kraterprozess zu untersuchen und die Impulserhöhung zu messen, die sich aus der Kollision ergeben würde. Entscheidend war, dass der Trümmerhaufen nicht an Ort und Stelle gehalten wurde, sondern vertikal als Pendel aufgehängt wurde, um die Impulsverstärkung oder den Rückstoß zu messen, der durch die Aufprallauswurfmassen erzeugt wurde.
„Es ist wichtig, das Ausmaß des Rückstoßes zu verstehen“, sagte Co-Autorin Dr. Simone Marchi. „Es läuft alles auf die Menge an Impuls hinaus, die durch den Aufprall auf das Ziel übertragen wurde, und es gab eine beträchtliche Menge an Rückstoß- und Auswurfmaterial.“
Durch die Messung des Impulses konnte das SwRI-Team dann wichtige Informationen extrahieren, die die Schwierigkeit der Ablenkung von Asteroiden im Weltraum abschätzen könnten. In diesem letzten Experiment war die Impulssteigerung höher als in früheren Experimenten des Teams. Ein höherer Rückstoß deutet darauf hin, dass es einfacher wäre, den Asteroiden abzulenken.
In den Wochen nach dem Einschlag gab die NASA bekannt, dass DART den kleinen Mond erfolgreich angestoßen hatte. Walker freut sich nun darauf zu sehen, was man sonst noch aus der Mission lernen kann, einschließlich der Momentumübertragung des Ereignisses im Weltraum.
„Es wird eine Weile dauern, die Daten zu berechnen, zum Teil, weil es die Schätzung der Masse des Mondes beinhaltet, die unbekannt ist“, sagte er. „Sobald es eine Einigung über die Masse gibt, wird uns die Messung der Änderung in der Umlaufbahn des Mondes die Impulsübertragung verraten. Wir haben einen spekulativen Körper, den wir beeinflusst haben, und was wir wirklich gerne wissen würden, ist, wie die Größe die Dinge beeinflusst hat . Es wird eine Herausforderung sein, das festzustellen.“
Das Papier erscheint in Das Planetary Science Journal.
Mehr Informationen:
Simone Marchi et al, Impulserhöhung durch eine Aluminiumkugel mit 3 cm Durchmesser, die mit 5,4 km / s auf eine kleine Felsbrockenanordnung trifft, Das Planetary Science Journal (2022). DOI: 10.3847/PSJ/ac854f