NASA-Raumsonde Psyche erforscht einzigartigen Asteroiden nach Hinweisen auf das frühe Sonnensystem

Soll nächstes Jahr auf den Markt kommen, NASAMit der Psyche-Mission hat sich die Agentur zum ersten Mal auf den Weg gemacht, einen Asteroiden zu erforschen, der reicher an Metall als Gestein oder Eis ist.

Mehr als 150 Jahre sind vergangen, seit der Schriftsteller Jules Verne „Reise zum Mittelpunkt der Erde“ geschrieben hat, aber die Realität muss dieses Science-Fiction-Abenteuer noch einholen. Während Menschen keinen Weg zum metallischen Kern unseres Planeten finden können, hat die NASA den Besuch eines riesigen Asteroiden im Visier, der möglicherweise die gefrorenen Überreste des geschmolzenen Kerns einer vergangenen Welt ist.

Psyche genannt, umkreist dieser Asteroid die Sonne im Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Anhand von Daten, die von erdgestützten Radar- und optischen Teleskopen gesammelt wurden, glauben Wissenschaftler, dass Psyche größtenteils aus Metall besteht. Es könnte ein Teil oder das gesamte eisenreiche Innere eines frühen planetarischen Bausteins sein, der seiner äußeren Gesteinshülle beraubt wurde, als er während der frühen Entstehung des Sonnensystems wiederholt mit anderen großen Körpern kollidierte.

Der Asteroid, der an seiner breitesten Stelle etwa 173 Meilen (280 Kilometer) misst, könnte auch etwas anderes sein. Es könnte das Reststück eines ganz anderen eisenreichen Körpers sein, der sich irgendwo im Sonnensystem aus metallreichem Material gebildet hat.

Das Konzept dieses Künstlers zeigt den Asteroiden Psyche, das Ziel der Psyche-Mission der NASA. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU

Die Psyche-Mission der NASA hofft, es herauszufinden. Die Raumsonde ist für einen Start im August 2022 geplant und wird den Asteroiden, nach dem sie benannt wurde, zwei Jahre lang umkreisen, Bilder aufnehmen, die Oberfläche kartieren und nach Beweisen für ein uraltes Magnetfeld suchen. Psyche wird auch die Neutronen und Gammastrahlen untersuchen, die von der Oberfläche des Asteroiden kommen, um seine elementare Zusammensetzung zu bestimmen.

Als erste Mission zur Erforschung eines Asteroiden mit einer Oberfläche, die statt Gestein oder Eis erhebliche Mengen an Metall enthält, versucht Psyche, Eisenkerne, einen unerforschten Baustein der Planetenentstehung, besser zu verstehen. Die Mission bietet möglicherweise auch die erste Gelegenheit, das Innere eines Gesteinsplaneten direkt zu untersuchen, indem sie einen Blick in das Innere eines zuvor geschichteten Planetenkörpers bietet, der sonst nie gesehen werden könnte. Was Wissenschaftler lernen, könnte zusätzliches Licht auf die Entstehung der Erde und anderer Gesteinsplaneten werfen.

Im Jet Propulsion Laboratory der NASA integrieren Ingenieure ein Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer in die Raumsonde Psyche der Agentur. Das Instrument wird helfen, die Elemente zu bestimmen, aus denen sein Ziel besteht, ein Asteroid, der auch Psyche genannt wird. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

„Es gibt viele grundlegende Fragen zu Psyche, die unbeantwortet sind“, sagte die leitende Ermittlerin der Mission, Lindy Elkins-Tanton von der Arizona State University. „Und mit jedem Detail, das aus Daten hinzugefügt wird, die wir von der Erde sammeln können, wird es nur noch schwieriger, eine vernünftige Geschichte zu machen. Wir wissen wirklich nicht, was wir bis zu unserem Besuch sehen werden, und wir werden überrascht sein.“

Zum Beispiel führten frühere bodengestützte Beobachtungen Wissenschaftler zu der Annahme, dass der Asteroid zu 90% aus Metall bestand. Jüngste Forschungen unter der Leitung von Elkins-Tanton verwendeten aktualisierte Dichtemessungen, um zu schätzen, dass der Asteroid wahrscheinlicher zwischen 30% und 60% Metall ist.

Im Jet Propulsion Laboratory der NASA inspiziert ein Ingenieur das Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer, während es in die Raumsonde Psyche der Agentur integriert ist. Das Instrument hilft dabei, die Elemente zu bestimmen, aus denen das Ziel besteht. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Und Wissenschaftler sind verwirrt, warum Psyche anscheinend wenig Eisenoxide enthält, die chemische Verbindungen aus Eisen und Sauerstoff sind. Mars, Merkur, Venus, und die Erde hat sie alle. „Wenn wir also richtig liegen, dass Psyche eine Mischung aus Metal und Rock ist und das Gestein sehr wenig Eisenoxid enthält, dann muss es eine seltsame Geschichte darüber geben, wie es entstanden ist – weil es nicht in die Standardgeschichten von passt planetarischen Schöpfungen“, sagte Elkins-Tanton.

Geheimnis der Psyche

Wissenschaftler wissen auch nicht, wo Psyche entstanden ist. Es könnte innerhalb des Hauptasteroidengürtels entstanden sein, aber es ist auch möglich, dass es in derselben Zone wie die inneren Planeten wie die Erde geboren wurde – oder im äußeren Sonnensystem, wo sich jetzt Riesenplaneten wie Jupiter befinden. Keine der Ursprungsgeschichten folgt einem einfachen Weg dorthin, wo Psyche jetzt lebt, 280 Millionen Meilen (450 Millionen Kilometer) von der Sonne entfernt.

Asteroiden im Allgemeinen können Einblicke in die Planetenentstehung und die Funktionsweise des frühen Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren bieten. Aber Psyche ist für Wissenschaftler besonders interessant, weil es mit seinem Metallgehalt, seiner hohen Dichte und seiner geringen Konzentration an Eisenoxiden ungewöhnlich ist.

„Die Tatsache, dass es so ungewöhnlich ist, erzählt uns eine neue Geschichte über die Entwicklung von Asteroiden, die wir noch nie zuvor gesehen haben“, sagte Bill Bottke, Psyche-Missionswissenschaftler am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Das ist ein Stück der Geschichte, das wir im Moment nicht haben. Indem wir dieses Stück mit all den anderen zusammenbringen, die wir haben, verfeinern wir unsere Geschichte darüber, wie sich das Sonnensystem früh bildete und entwickelte.“

Handwerkszeug

Um die Ursprünge des Asteroiden herauszufinden, wird die wissenschaftliche Untersuchung der Mission auf ein Magnetometer, ein Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer sowie einen multispektralen Imager zurückgreifen. Wissenschaftler wissen, dass der Asteroid kein Magnetfeld wie die Erde erzeugt, aber wenn Psyche in der Vergangenheit ein Magnetfeld hatte, könnte es heute noch im Material des Asteroiden aufgezeichnet werden. Mit Sensoren, die an einem 2 Meter langen Ausleger montiert sind, kann das Magnetometer feststellen, ob Psyche noch magnetisiert ist. Wenn ja, würde dies bestätigen, dass der Asteroid Teil des Kerns eines frühen Planetesimals ist, dem Baustein eines frühen Planeten.

Ingenieure des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien integrieren das Magnetometer-Instrument am 28. Juni 2021 in die Raumsonde Psyche der Agentur. Das Instrument wird helfen festzustellen, ob der Asteroid Psyche Teil eines Planetesimalen ist. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Das Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer-Instrument des Orbiters wird Wissenschaftlern helfen, die chemischen Elemente des Asteroiden zu bestimmen. Wenn kosmische Strahlung und hochenergetische Teilchen auf die Oberfläche von Psyche treffen, absorbieren die Elemente, aus denen das Oberflächenmaterial besteht, die Energie. Die Neutronen und Gammastrahlen, die sie als Reaktion emittieren, können vom Spektrometer nachgewiesen werden, was es Wissenschaftlern ermöglicht, ihre Eigenschaften mit denen von bekannten Elementen abzugleichen, um zu bestimmen, woraus Psyche besteht.

Unterdessen bilden ein Paar Farbkameras den multispektralen Imager. Der Imager ist empfindlich für Licht, das knapp über dem liegt, was Menschen sehen können, und verwendet Filter im ultravioletten und nahinfraroten Wellenlängenbereich. Das in diesen Filtern reflektierte Licht könnte dazu beitragen, die Mineralogie von jeglichem Gesteinsmaterial zu bestimmen, das auf der Oberfläche von Psyche existieren könnte.

Dieses Foto zeigt den multispektralen Imager von Psyche, der am 13. September 2021 bei Malin Space Science Systems in San Diego, Kalifornien, zusammengebaut und getestet wird. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Das Telekommunikationssystem der Raumsonde wird auch bei der Wissenschaft helfen. Das X-Band-Funksystem wird hauptsächlich verwendet, um Befehle an das Raumfahrzeug zu senden und von diesem technische und wissenschaftliche Daten zu empfangen. Wissenschaftler können jedoch auch subtile Veränderungen dieser Radiowellen analysieren, um die Rotation, das Wackeln, die Masse und das Schwerefeld des Körpers zu messen, was zusätzliche Hinweise auf die Zusammensetzung und Struktur des Inneren von Psyche liefert.

Augen auf Psyche

Aber bevor diese wissenschaftliche Analyse beginnt, wird es Bilder geben. Bis Ende 2025, drei Jahre nach dem Start, wird Psyche in Sichtweite des Asteroiden sein, und das Imager-Team wird in höchster Alarmbereitschaft sein.

„Noch bevor wir in die Umlaufbahn gelangen, werden wir viel bessere Bilder bekommen als mit Teleskopen auf der Erde. Wir beginnen, Features aufzulösen, sehen große Krater, Kraterbecken – vielleicht Bergketten. Wer weiß, was wir sehen werden?“ sagte Jim Bell von der Arizona State University, stellvertretender Studienleiter von Psyche und Leiter des Imager-Teams. “Alles, was wir wissen, ist, dass die Realität von Psyche noch seltsamer und schöner sein wird, als wir uns vorstellen können.”

Diese Abbildung zeigt die NASA-Raumsonde Psyche, die im August 2022 starten soll. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ASU

Mehr über die Mission

ASU leitet die Psyche-Mission. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien ist für das Gesamtmanagement, die Systemtechnik, die Integration und den Test sowie den Missionsbetrieb der Mission verantwortlich. Die Missionsphase, die als Montage-, Test- und Startoperation bekannt ist, läuft derzeit um JPL. Bis zum nächsten Frühjahr wird Psyche fertig montiert und bereit sein, an das Kennedy Space Center der NASA geliefert zu werden.

Das JPL stellt auch ein Technologie-Demonstrationsinstrument namens Deep Space Optical Communications bereit, das auch auf Psyche fliegen wird und das Laserkommunikation mit hoher Datenrate testen wird, die von zukünftigen NASA-Missionen verwendet werden könnte.