Immer wärmer: Erdennahe Asteroiden durch Hitzesignatur erkennen

Die NASA-Forscher haben auf dem APS-Treffen im April 2019 eine neue Technik vorgestellt, um erdnahe Asteroiden mithilfe ihrer Infrarotemissionen zu erkennen

Am 15. Februar 2013 löste sich ein Objekt am Himmel über der russischen Stadt Tscheljabinsk auf. Die Explosion - bis zur Antarktis nachgewiesen - war stärker als eine Atomexplosion, 25- bis 30-mal stärker. Es hat Fenster zerbrochen und ungefähr 1200 Menschen verletzt. Tatsächlich war die Explosion so intensiv, dass sie die Sonne möglicherweise kurzzeitig überstrahlt hat.

Tscheljabinsk-Feuerball, aufgenommen von einer Dashcam aus Kamensk-Uralsky nördlich von Tscheljabinsk, wo es noch dämmerte. (Planetary Society Institute)

Das Hauptanliegen des Ereignisses in Tscheljabinsk ist, dass es sich um einen Meteor handelte, der von einem größeren - relativ kleinen - Asteroiden mit einem Durchmesser von 17 bis 20 m abgebrochen war. Es gibt viele, viel größere Objekte da draußen. Zu wissen, wo genau das von großem Vorteil wäre.

Die Aufgabe, solche Objekte in der Nähe der Erde zu lokalisieren - Near Earth Objects (NEOs) und die Frage, wie ein Aufprall verhindert werden kann, untersuchen Amy Mainzer und ihre Kollegen von der NASA-Mission zur Asteroidenjagd im Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien. Sie haben einen einfachen, aber genialen Weg gefunden, um NEOs auf ihrem Weg zum Planeten zu entdecken.

Dies ist eine Sammlung von Bildern aus der Raumsonde WISE des Asteroiden 2305 King, die nach Martin Luther King Jr. benannt ist. Der Asteroid erscheint als eine Reihe orangefarbener Punkte, da dies eine Reihe von Belichtungen ist, die zusammengefügt wurden, um seine Bewegung zu zeigen über den Himmel. Diese Infrarotbilder wurden farbcodiert, damit wir sie mit dem menschlichen Auge wahrnehmen können: 3,4 Mikrometer werden als blau dargestellt; 4,6 Mikrometer sind grün, 12 Mikrometer sind gelb und 22 Mikrometer sind rot dargestellt. Aus den WISE-Daten können wir berechnen, dass der Asteroid einen Durchmesser von etwa 12,7 Kilometern hat und ein Reflexionsvermögen von 22% aufweist, was auf eine wahrscheinliche Steinzusammensetzung (NASA) hinweist.

Mainzer, der der Hauptermittler der Mission ist, erläuterte die Arbeit des NASA-Büros für planetare Verteidigungskoordination beim Treffen der American Physical Society in Denver - einschließlich der NEO-Erkennungsmethode ihres Teams und wie dies die Bemühungen zur Verhinderung künftiger Erdeinwirkungen unterstützen wird.

Mainzer sagt: „Wenn wir ein Objekt nur wenige Tage vor dem Aufprall finden, sind unsere Auswahlmöglichkeiten erheblich eingeschränkt. Daher haben wir uns bei unseren Suchbemühungen darauf konzentriert, NEOs zu finden, wenn sie weiter von der Erde entfernt sind, und so die maximale Zeit und Öffnungszeit zur Verfügung gestellt ein breiteres Spektrum an Möglichkeiten zur Schadensminderung zu schaffen. “

Du wirst wärmer!

Das Auffinden von NEOs ist keine leichte Aufgabe. Mainzer beschreibt es so, als würde er versuchen, einen Kohlenklumpen am Nachthimmel zu entdecken.

Sie führt aus: „NEOs sind von Natur aus ohnmächtig, weil sie größtenteils sehr klein und im Weltraum weit von uns entfernt sind.

"Hinzu kommt, dass einige von ihnen so dunkel sind wie Druckertoner, und der Versuch, sie auf dem Schwarz des Weltraums zu erkennen, ist sehr schwierig."

Dies ist ein Bild der geplanten Mission Near-Earth Object Camera (NEOCam), mit der erdnahe Asteroiden und Kometen gefunden, verfolgt und charakterisiert werden sollen. Mit einer thermischen Infrarotkamera würde die Mission die Wärmesignaturen von NEOs messen, unabhängig davon, ob sie hell oder dunkel gefärbt sind. Das Gehäuse des Teleskops ist schwarz lackiert, um seine eigene Wärme effizient in den Weltraum abzuleiten. Dank seines Sonnenschutzes kann es in der Nähe der Sonne beobachten, wo NEOs in den erdähnlichsten Umlaufbahnen einen Großteil ihrer Zeit verbringen. Im Hintergrund ist eine Reihe von Bildern der Hauptgürtel-Asteroiden zu sehen, die von der Prototyp-Mission NEOWISE gesammelt wurden. Die Asteroiden erscheinen als rote Punkte vor den Sternen und Galaxien im Hintergrund. (NASA)

Anstatt einfallende Objekte mit sichtbarem Licht ausfindig zu machen, arbeiteten Mainzer und ihr Team von JPL / Caltech mit einem charakteristischen Merkmal von NEOs - ihrer Wärme.

Asteroiden und Kometen werden von der Sonne erwärmt und leuchten so hell bei thermischen - infraroten - Wellenlängen. Dies bedeutet, dass sie mit dem NEOWISE-Teleskop (Near-Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer) leichter zu erkennen sind.

Mainzer erklärt: „Mit der NEOWISE-Mission können wir Objekte unabhängig von ihrer Oberflächenfarbe erkennen und damit ihre Größe und andere Oberflächeneigenschaften messen.“

Durch die Entdeckung der NEO-Oberflächeneigenschaften erhalten Mainzer und ihre Kollegen einen Einblick in die Größe und Beschaffenheit der Objekte. Beide Details sind für die Entwicklung einer Verteidigungsstrategie gegen eine erdbedrohliche NEO von entscheidender Bedeutung.

Zum Beispiel besteht eine Verteidigungsstrategie darin, ein NEO physisch von der Aufprallbahn der Erde wegzustoßen. Um die Energie zu berechnen, die für diesen Anstoß benötigt wird, sind Details der NEO-Masse und damit der Größe und Zusammensetzung entscheidend.

Das NEOWISE-Weltraumteleskop entdeckte den Kometen C / 2013 US10 Catalina, der am 28. August 2015 auf der Erde vorbeizog. Dieser Komet schwang aus der Oort-Wolke, der Hülle aus kaltem, gefrorenem Material, das die Sonne im entferntesten Teil des Sonnensystems umgibt jenseits der Umlaufbahn von Neptun. NEOWISE hielt den Kometen fest, als er von der Hitze der Sonne überschwemmt wurde. Am 15. November 2015 näherte sich der Komet der Sonne am nächsten und tauchte in die Erdumlaufbahn ein. Es ist möglich, dass dies das erste Mal ist, dass dieser alte Komet der Sonne so nahe ist. NEOWISE beobachtete den Kometen in zwei wärmeempfindlichen Infrarotwellenlängen von 3,4 und 4,6 Mikrometer, die in diesem Bild als Cyan und Rot farbcodiert sind. NEOWISE hat diesen Kometen in den Jahren 2014 und 2015 mehrmals entdeckt. Fünf der Aufnahmen werden hier in einem kombinierten Bild gezeigt, das die Bewegung des Kometen über den Himmel zeigt. Die reichlichen Mengen an Gas und Staub, die der Komet ausstößt, erscheinen in diesem Bild rot, weil sie sehr kalt sind, viel kälter als die Hintergrundsterne. (NASA)

Die Untersuchung der Zusammensetzung von Asteroiden wird den Astronomen auch helfen, die Umstände zu verstehen, unter denen sich das Sonnensystem gebildet hat.

Mainzer sagt: „Diese Objekte sind von Natur aus interessant, weil man glaubt, dass einige so alt sind wie das ursprüngliche Material, aus dem das Sonnensystem besteht.

"Eines der Dinge, die wir festgestellt haben, ist, dass NEOs in ihrer Zusammensetzung ziemlich unterschiedlich sind."

Mainzer ist nun bestrebt, Fortschritte in der Kameratechnologie für die Suche nach NEOs zu nutzen. Sie sagt: "Wir schlagen der NASA ein neues Teleskop vor, die Near-Earth Object Camera (NEOCam), um Asteroidenstandorte umfassender zu erfassen und ihre Größe zu messen."

Natürlich ist die NASA nicht die einzige Weltraumbehörde, die versucht, NEOs zu verstehen - die Hayabusa 2-Mission der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), um Proben von einem Asteroiden zu sammeln. In ihrem Vortrag erklärt Mainzer, wie die NASA mit der globalen Weltraumgemeinschaft zusammenarbeitet, um den Planeten vor den Auswirkungen der NEO zu schützen.