Spurensicherung nach Asteroidencrash

Forscher nutzen einzigartige Perspektive der Rosetta-Sonde, um kosmische Kollision exakt zu datieren

Zwei Asteroiden sind in der ersten Februarhälfte 2009 jenseits der Umlaufbahn des Mars aufeinander geprallt. Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung. Die Forscher werteten Daten des Kamerasystems an Bord der europäischen Raumsonde Rosetta aus. Deren einzigartiger Blickwinkel sowie aufwendige Computersimulationen ermöglichten es, den Aufprall exakt zu rekonstruieren. Eine Kollision zweier Asteroiden, die sich vor so kurzer Zeit ereignet hat, war bisher unbekannt. (Nature, 14. Oktober 2010)

Einige Millionen große und kleine Gesteinsbrocken bevölkern den Asteroidengürtel, die Region zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter. Auf ihrem Weg um die Sonne kommt es immer wieder vor, dass solche Asteroiden (auch Planetoiden oder Kleinplaneten genannt) zusammenstoßen. Wegen der riesigen Ausmaße des Asteroidengürtels bleiben die meisten dieser Ereignisse unentdeckt. Größere Kollisionen, die sich vor Tausenden oder Millionen von Jahren ereigneten, verraten sich anhand diffuser Staubbänder im All. Ein anderer Hinweis sind Familien von Asteroiden mit ähnlichen Umlaufbahnen. Der Großteil des heutigen Wissens über derartige Zusammenstöße stammt aus "fossilen" Überbleibseln, denen die Astronomen in einer Art Weltraum-Paläontologie nachspüren.

Im Januar 2010 waren Wissenschaftler des amerikanischen Forschungsprojekts LINEAR (LIncoln Near-Earth Asteroid Research), die den Weltraum routinemäßig nach erdnahen Asteroiden absuchen, auf den bereits getroffenen Asteroiden P/2010 A2 gestoßen. Wegen seines Aussehens hielten viele Forscher den Himmelskörper zunächst für einen Kometen - und folgten bei der Benennung daher der gängigen Nomenklatur für diese Himmelskörper. Erst genauere Beobachtungen in den folgenden Monaten deckten sein wahres Wesen auf - und lieferten eine Überraschung.

"Das Objekt P/2010 A2 und ein nur wenige Meter großer Miniplanetoid sind sozusagen erst gestern ineinander gerast", sagt Colin Snodgrass vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau. Der Schweif aus Trümmerstücken lässt sich mithilfe großer Teleskope noch direkt beobachten. "Das ist so, als würde man statt Fossilien einen vollständigen Dinosaurier finden", fügt Snodgrass hinzu.

Entscheidend für die Datierung sind vor allem die Form des Trümmerschweifs und dessen zeitliche Entwicklung. "Um beides genau beurteilen zu können, kommt es in erster Linie auf die Beobachtungsperspektive an", erklärt Snodgrass. Da die Umlaufbahnen unseres Planeten und des Asteroiden nahezu in einer Ebene liegen, bilden alle Aufnahmen von der Erde aus lediglich eine Projektion des Schweifs ab. Dessen wirkliche Länge und Form lässt sich so nur schlecht erkennen.

Diese Einschränkung betrifft auch das hochpräzise Weltraumteleskop Hubble, das in 575 Kilometern Höhe um die Erde kreist - an kosmischen Entfernungen gemessen also in unmittelbarer Nähe. Allein der Raumsonde Rosetta, die sich zum Beobachtungszeitpunkt im März 2010 weit jenseits der Umlaufbahn des Mars befand, bot sich ein völlig anderer Blick: Denn die Umlaufbahnen des Asteroiden und der Sonde sind gegeneinander verkippt.

Die Situation ist vergleichbar mit dem frontalen Betrachten einer heranrasenden Lokomotive. Die lange Reihe der angehängten Waggons ist aus dieser Perspektive nur schlecht einzuschätzen. Erst wenn man seinen Standort etwa nach oben verlegt, wird die gesamte Länge des Zuges sichtbar.

"Anhand der Aufnahmen der Raumsonde konnten wir die dreidimensionale Gestalt des Schweifs erkennen", erklärt Snodgrass. Die Form sei für einen Kometen, der kontinuierlich Material emittiert, untypisch und deute auf den Trümmerschweif nach einem Asteroidenaufprall hin. Zusammen mit weiteren erdgebundenen Aufnahmen boten die Bilder von Rosetta Max-Planck-Wissenschaftlern die Möglichkeit genau zu rekonstruieren, wie sich der Schweif entwickelt hatte.

So fütterten sie ihr Computerprogramm zunächst mit einer Anfangsvermutung über die Größe der Trümmerstücke, die derzeit sichtbar sind. In einem nächsten Schritt berechneten die Forscher, wie sich die Verteilung dieser Stücke zeitlich entwickeln müsste. "Durch Vergleich mit der tatsächlichen Entwicklung lässt sich die Annahme der Teilchengröße immer weiter verfeinern - bis der genaue Zeitverlauf rekonstruiert ist", sagt Jean-Baptiste Vincent vom Max-Planck-Institut, der die Simulationen durchführte.

Mit ihrer Methode konnten die Wissenschaftler den Zeitpunkt des Aufpralls auf zehn Tage um den 10. Februar 2009 eingrenzen. Für die Trümmerstücke ermittelten sie zudem eine Größe von mindestens einem Millimeter. Die Berechnungen liefern einzigartige Erkenntnisse über die frühe Phase nach einer Asteroidenkollision.

Zudem ist das Ergebnis der Forscher eine bedeutende technische Leistung der Rosetta-Sonde. Der Trümmerschweif lässt sich nur schwer erkennen, auf der Erde mussten die größten Teleskope mit einer Öffnung von bis zu zehn Metern sowie das Weltraumteleskop Hubble eingesetzt werden. Im Vergleich ist das Kamerasystem OSIRIS an Bord von Rosetta etwa 7000-mal weniger leistungsstark. "Die OSIRIS Kamera entspricht eher dem Teleobjektiv eines Fotoapparats denn einem Teleskop", sagt Cecilia Tubiana, die die Bilder verarbeitet und ausgewertet hat.

"OSIRIS wurde entworfen, um aus der Nähe Aufnahmen von Kometen zu machen", ergänzt Holger Sierks, Leiter des OSIRIS-Teams. Stattdessen trennten die Raumsonde Millionen von Kilometern vom Asteroiden P/2010 A2, sodass die Trümmerstücke nur als sehr, sehr schwacher Schweif gegen den Sternenhintergrund zu erkennen waren. Insgesamt mussten die Forscher vier Stunden lang Bilder aufnehmen und diese sorgfältig kombinieren.

Die ESA-Raumsonde Rosetta ist seit 2004 unterwegs zum Kometen Churyumov-Gerasimenko, den sie 2014 erreichen wird. Das wissenschaftliche Kamerasystem OSIRIS wurde am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung entwickelt und gebaut. Im Juli waren dem Kamerasystem beim Vorbeiflug am Asteroiden Lutetia einzigartige Aufnahmen gelungen.