Im Jahr 2022 schlug der Double Asteroid Redirect Test (DART) der NASA in einem erfolgreichen Test der planetaren Verteidigungstechnologie in den Asteroiden Dimorphos ein. Dieser Erfolg wurde an einer deutlichen Verschiebung der Umlaufbahn von Dimorphos um den größeren Asteroiden Didymos gemessen. Seitdem analysieren verschiedene Observatorien die Daten, um herauszufinden, was uns die Trümmer des Einschlags über die Struktur des Asteroiden verraten.
Alle diese Beobachtungen fanden in großer Entfernung vom Einschlag statt. Aber DART hatte einen kleinen CubeSat namens LICIACube dabei und ließ ihn einige Wochen vor dem Aufprall auf eine nachlaufende Flugbahn fallen. Es hat eine Weile gedauert, bis alle Bilder von LICIACube zur Erde zurückgekehrt und analysiert waren, aber jetzt liegen die Ergebnisse vor und sie geben Hinweise auf die Zusammensetzung und Geschichte von Dimorphos sowie darauf, warum der Einschlag einen so großen Einfluss auf seine Umlaufbahn hatte.
Trümmer aufspüren
LICIACube hatte sowohl Schmal- als auch Weitfeld-Imager an Bord (mit den Namen LEIA und LUKE über einige sorgfältig ausgewählte Backronyme). Es folgte DART etwa drei Minuten lang durch den Einschlagsbereich und nahm etwa eine Minute vor dem Aufprall Bilder auf, die noch über fünf Minuten danach andauerten.
Diese zeigten, dass der Aufprall ein komplexes Trümmerfeld erzeugte. Anstelle eines einfachen Materialkegels gab es Fäden und Klumpen aus Auswurfmaterial, die sich alle mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegten. Ein heute in Nature veröffentlichter Artikel versucht, viele davon zu katalogisieren. So identifiziert es beispielsweise einen Strom ausgeschleuderten Materials, der in den ersten Bildern nach dem Aufprall erscheint und bis zum Ende der Bildgebung verfolgt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt erstreckte es sich über acht Kilometer von der Einschlagstelle entfernt. Das entspricht einer Geschwindigkeit von etwa 50 Metern pro Sekunde.
Davon abgesehen gab es einen Materialklumpen, der etwa anderthalb Minuten lang sichtbar war und sich mit etwa 75 Metern pro Sekunde fortbewegte; ein zweiter Klumpen bewegte sich etwa halb so schnell.
Das sich am schnellsten bewegende Material, das sie verfolgen konnten, wurde mit etwa 500 Metern pro Sekunde ausgeschleudert, was etwa 1.800 Kilometern pro Stunde (1.100 Meilen pro Stunde) entspricht. Und das unterstreicht den Wert von LICIACube, da die besten Beobachtungen, die wir aus der Ferne haben, von Hubble gemacht wurden und nur Objekte erkannt wurden, die sich mit halber Geschwindigkeit bewegten.
Seltsamerweise sieht das ausgeworfene Material zunächst rötlich aus, verändert sich aber mit der Zeit allmählich zu mehr Blau. Die Forscher vermuten, dass dies bedeuten könnte, dass die Oberfläche des Asteroiden durch Strahlung gerötet war und das erste Material, das den Einschlag verließ, von der Oberfläche kam. Später, als mehr Material aus dem Inneren kam, ließ die Rötung nach.
Ende letzten Jahres befasste sich ein separater Artikel mit den Abmessungen des Trümmerkegels. Mithilfe dieser Daten wurde rückwärts ermittelt, wo dieser Kegel die Oberfläche von Dimorphos erreichte. Auf dieser Grundlage schätzten die beteiligten Forscher, dass das Material aus einem Krater mit einem Durchmesser von etwa 65 Metern stammte.
Ein schwaches Interieur
Die Verfolgung aller komplexen Trümmer ist unter anderem deshalb wichtig, weil sie für die Wirksamkeit von DART eine Rolle spielt. Wir wissen genau, wie viel Impuls die DART-Raumsonde bei der Kollision trug, und wir können dies mit Schätzungen der Menge vergleichen, die erforderlich ist, um die Umlaufbahn von Dimorphos zu ändern. Basierend auf Schätzungen des Ausmaßes der Orbitaländerung sowie der anfänglichen Masse von Dimorphos ist es ziemlich klar, dass der Impuls von DART nicht die gesamte Änderung erklären kann. Ein erheblicher Teil des Impulsaustausches kam also dadurch zustande, dass Trümmer des Aufpralls den Impuls von Dimorphos wegtrugen.
In einem weiteren Artikel werden die LICIACube-Daten zum ausgeworfenen Material herangezogen, um die inneren Eigenschaften von Dimorphos abzuschätzen. Ein Modell der Kollisionsphysik wurde verwendet, um verschiedene innere Zusammensetzungen des Asteroiden zu testen, die je nach Dichte, Menge an Festgestein im Vergleich zu losem Material und anderen Eigenschaften variierten. Die besten Ergebnisse wurden mit einem porösen Körper mit relativ geringer Dichte erzielt, der nicht viele große Felsbrocken in der Nähe seiner Oberfläche aufweist.
Angesichts dieser Struktur kommen die Forscher zu dem Schluss, dass DART wahrscheinlich eine globale Störung der Struktur seines Ziels verursacht hat.
Die schwache, fragmentierte Struktur von Dimorphos ähnelt stark der, die wir bei Besuchen sogenannter „Trümmerhaufen-Asteroiden“ wie Bennu und Ryugu gesehen haben. Das Auffällige daran ist, dass es viel schwächer ist als die Struktur seines größeren Nachbarn Didymos. Das stimmt jedoch mit Modellen über die Entstehung von Dimorphos überein. Diese gehen davon aus, dass Didymos Material abgab, von dem einige durch die Schwerkraft gebunden blieben und im Orbit landeten.
Ein Weg, der passieren könnte, wäre eine Kollision, aber man könnte davon ausgehen, dass diese energiereich genug ist, um ein breites Spektrum an Materialien aus Didymos freizusetzen. Eine Alternative besteht jedoch darin, dass die Sonnenerwärmung die Drehung von Didymos erhöhen könnte, bis die Anziehungskraft nicht mehr ausreicht, um die gesamte Materie festzuhalten. In diesem Fall wird wahrscheinlich zuerst leichteres Material von der Oberfläche abgeworfen, was möglicherweise auf die relativ geringe Größe des Materials in Dimorphos zurückzuführen ist.
Die gute Nachricht ist, dass wir in ein paar Jahren voraussichtlich einen noch besseren Blick auf das Post-Impact-System haben werden. Ende 2024 plant die ESA den Start einer Sonde namens Hera, die in die Umlaufbahn um das Didymos/Dimorphos-System gehen und detaillierte Daten über die Folgen der Kollision liefern soll.
The Planetary Science Journal, 2023. DOI: 10.3847/PSJ/ad09ba (Über DOIs).
Nature, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06998-2
Nature Astronomy, 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02200-3