Der Autor eines Katastrophenromans hätte es sich nicht besser ausdenken können: An einem Freitag, dem dreizehnten aller Tage, wird der potenziell gefährliche Asteroid (99942) Apophis der Menschheit extrem nahe kommen.
Am 13. April 2029 werden zwischen dem kosmischen Gestein und der Erde nur noch rund 30.000 Kilometer liegen. Dann wird es auch von Würzburg aus möglich sein, Apophis mit bloßem Auge als Lichtpunkt am Abendhimmel zu erkennen.
Was den Asteroiden so gefährlich macht, ist sein durchschnittlicher Durchmesser von beeindruckenden 340 Metern. Sollte es auf die Erde treffen, wäre die Zerstörung durch einen Aufprall auf dem Land enorm.
„Allein der Einschlagskrater hätte wahrscheinlich einen Durchmesser von mehreren Kilometern und die Wucht des Einschlags könnte eine Fläche von der Größe Mitteleuropas verwüsten“, schätzt Jonathan Männel, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Raumfahrttechnik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Bayern, Deutschland.
Aber keine Panik: Zumindest für die nächsten 100 Jahre wird Apophis die Erde verschonen, wie die NASA berechnet hat. Seit der Asteroid im Jahr 2004 entdeckt und als gefährlich eingestuft wurde, beobachten die USA und andere Weltraumorganisationen seine Umlaufbahn genau und wissen nun, dass er an der Erde vorbeifliegen wird.
Apophis bietet eine seltene Gelegenheit zur Forschung
Asteroiden sind unregelmäßig geformte Objekte, die sich auf Umlaufbahnen um die Sonne bewegen. Bisher sind etwa 1,3 Millionen Asteroiden in unserem Sonnensystem bekannt, etwa 2500 davon gelten als potenziell gefährlich für die Erde.
Potenziell gefährliche Asteroiden (PHA) sind erdnahe Asteroiden, deren Umlaufbahnen weniger als 20 Mondentfernungen von der Erdumlaufbahn entfernt sind und deren Durchmesser über 140 Meter (460 Fuß) beträgt. Über Asteroiden weiß die Wissenschaft nicht viel: Bisher gab es nur etwa 20 Satellitenmissionen, die diese Himmelskörper ins Visier genommen haben.
Wie ist die Struktur von Asteroiden? Was beeinflusst ihre Flugbahn? Was passiert mit ihnen, wenn sie in die Nähe anderer Objekte fliegen und deren Anziehungskraft spüren? Es gibt viele Fragen, die beantwortet werden müssen.
Da ein Asteroid dieser Größe der Erde nur alle 1000 Jahre so nahe kommt, besteht die seltene Gelegenheit, den Asteroiden mit relativ geringem Aufwand zu untersuchen. Dabei könnte die Menschheit auch Erkenntnisse gewinnen, die zur Entwicklung von Abwehrmaßnahmen gegen gefährliche Asteroiden genutzt werden könnten.
Drei Konzepte werden untersucht
Welchen Beitrag könnte Deutschland zur Apophis-Forschung leisten? Ein JMU-Team um den Luft- und Raumfahrtingenieur Professor Hakan Kayal geht dieser Frage im NEAlight-Projekt nach.
Projektleiter Jonathan Männel und die wissenschaftlichen Mitarbeiter Tobias Neumann und Clemens Riegler untersuchen drei Konzepte für deutsche Kleinsatellitenmissionen. 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 analysierte.
Konzept Nummer eins: Für eine nationale Mission baut Kayals Team einen Kleinsatelliten, der den Asteroiden Apophis zwei Monate lang auf seinem Weg zu seinem erdnächsten Punkt begleiten und anschließend einige Wochen bei ihm bleiben soll.
In dieser Zeit werden die Veränderungen in Apophis fotografisch dokumentiert und anhand verschiedener Messungen analysiert. Diese Strategie bringt einige technische Herausforderungen mit sich, da der Kleinsatellit eine große Distanz zurücklegen und weitgehend autonom funktionieren muss.
Konzept Nummer zwei: Deutschland beteiligt sich an der geplanten europäischen RAMSES-Mission. Vorgesehen ist ein größerer Satellit, ausgestattet mit Kleinsatelliten, Teleskopen und anderen Messinstrumenten, der Apophis anfliegen und ihn über einen längeren Zeitraum bei seinem Vorbeiflug an der Erde begleiten soll. Einer der Kleinsatelliten könnte aus Würzburg stammen und gemeinsam mit den anderen Satelliten den Asteroiden untersuchen.
Für das JMU-Team wäre der technische Aufwand geringer und der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn größer. Ob die RAMSES-Mission letztendlich 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 kurz am Asteroiden vorbei, wenn dieser der Erde am nächsten ist, und macht Fotos. Dies würde zeigen, dass eine solche Mission auch mit kostengünstigen Kleinsatelliten möglich ist.
Der Aufwand wäre relativ gering, die Beobachtungszeit wäre jedoch kurz und die gewonnenen Erkenntnisse dürften eher gering sein. Diese Mission könnte einige Tage vor der Ankunft von Apophis beginnen – bei den ersten beiden Konzepten müsste der Satellit ein Jahr früher gestartet werden.
Ausarbeitung der Szenarien bis April 2025
Im NEAlight-Projekt wird Kayals Team die Anforderungen für diese drei Missionsszenarien detailliert erarbeiten, die grundlegenden Missionsarchitekturen definieren und die Umsetzungsmöglichkeiten bewerten. Darüber hinaus werden anhand der drei Konzepte auch Realisierungsmöglichkeiten für zukünftige interplanetare Kleinsatelliten geprüft, die beispielsweise zum Mond oder anderen erdnahen Asteroiden (NEA) fliegen.
Das Projekt wurde Anfang Mai 2024 gestartet und hat eine Laufzeit von einem Jahr. Es wird am Interdisziplinären Forschungszentrum für Extraterrestrische Studien (IFEX) an der JMU-Professur für Weltraumtechnologie durchgeführt.