Welche Überraschungen wird es geben, wenn Proben vom Asteroiden Bennu zurückkehren?

Am 24. September um 10:53 Uhr Eastern Time landete die Probenkapsel der Pluto-Sonde mit Proben von der Oberfläche des Asteroiden Bennu erfolgreich in einer Wüste in der Nähe von Salt Lake City im Bundesstaat Utah. Was ist das Besondere daran, dass der Asteroid Bennu als Probenentnahmeziel ausgewählt wurde? Welche neuen Technologien kommen bei der langen Probenrückführungsmission der Sonde zum Einsatz? Welche versteckten Gefahren müssen überwunden werden? Welche wissenschaftlichen und technologischen Vorteile könnte diese Mission den Wissenschaftlern bringen?

Warum BenU wählen?

Der Asteroid Bennu wurde 1999 vom von der NASA finanzierten Lincoln Near-Earth Asteroid Research Team entdeckt. Mit einem Äquatordurchmesser von etwa 500 Metern und einer Umlaufbahn, die etwa 7,5 Millionen Kilometer von der Erdumlaufbahn entfernt ist, erregte es schnell die Aufmerksamkeit des Planetary Defense Coordination Office und wurde als potenziell gefährliches Objekt eingestuft.

Die Probenkapsel landete in einer Wüste in der Nähe von Salt Lake City, Utah, USA

Nach kontinuierlicher Beobachtung und präzisen Berechnungen gehen Wissenschaftler davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Asteroid Bennu zwischen 2175 und 2199 die Erde trifft, 1/2700 beträgt, was ihn unter allen ähnlichen erdnahen Asteroiden zu einem Hochrisikoziel macht. Dadurch stach Bennu unter zahlreichen „Konkurrenten“ hervor und wurde zum Untersuchungs- und Probennahmeziel der Pluto-Sonde. Offensichtlich hoffen die Wissenschaftler, durch die Untersuchung ihrer Proben herauszufinden, wie mit diesen „gefährlichen Elementen“ umzugehen ist.

Der Prozess der Namensgebung des Asteroiden Bennu ist recht interessant: Im Jahr 2013 gewann der 9-jährige Amerikaner Michael Puccio bei einem Wettbewerb die Namensrechte. Die Idee zur Namensgebung stammt von Bennu, dem Sonnengott der altägyptischen Mythologie, der Sonne, Schöpfung und Wiedergeburt symbolisiert. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass die Sonde die Möglichkeit hat, einen Blick auf die Geheimnisse der Geburt des Sonnensystems zu werfen und zu versuchen, das Rätsel um den Ursprung des Lebens zu lösen. Darüber hinaus stellten die alten Ägypter Bennu oft als Graureiher dar, und der Gelenkarm des Kontaktprobenehmers sowie die Solarzellen der Pluto-Sonde ähneln dem Hals und den Flügeln eines Gottes, was dem kleinen Jungen ebenfalls als Inspiration gedient haben könnte.

Tatsächlich gibt es noch einen weiteren wichtigen Grund, warum der Asteroid Bennu als Missionsziel ausgewählt wurde. Wissenschaftler gehen davon aus, dass es reich an Kohlenstoff und anderen Mineralien ist und dass diese Substanzen und Gesteine ​​bereits zu Beginn des Sonnensystems existierten. Gerade weil es so alt ist, enthalten seine Proben wahrscheinlich molekulare Substanzen, die schon existierten, als das Leben auf der Erde entstand, und sind daher wirklich wertvolle „Materialien aus erster Hand“.

Wie wir alle wissen, basieren Lebensformen auf der Erde auf Ketten von Kohlenstoffatomen, die mit Elementen wie Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff kombiniert sind. Die Wissenschaftler hoffen, in den Proben von Bennu neue Entdeckungen zu machen und möglichst viel über die Rolle organischer Asteroiden bei der Entstehung von Leben auf der Erde aufzudecken. Wenn es eine entscheidende Entdeckung gibt, dann sind die Menschen auf der Erde vielleicht die „Außerirdischen“, nach denen wir schon lange suchen.

Auch der Name der Sonde lässt bereits erste Rückschlüsse auf die Intention dieser Mission zu. „Pluto“ ist eine wörtliche Übersetzung aus dem Chinesischen, und die Transliteration der englischen Abkürzung lautet „Osiris“, der altägyptische Gott, der in der einen Hand einen Haken und in der anderen eine Dreschflegel hält. Der Legende nach lehrte Osiris den Menschen im Nildelta in Ägypten landwirtschaftliches Wissen und förderte so die Fortpflanzung des Lebens. Die von der Pluto-Sonde mitgebrachten Asteroidenproben enthalten wahrscheinlich organische Materie, die zur Entstehung des Lebens auf der Erde beigetragen hat. Darüber hinaus ist Osiris auch der Gott der Unterwelt, der den Tod symbolisiert, was darauf hindeutet, dass der Asteroid, den die Pluto-Sonde erforschen soll, mit der Erde kollidieren und Zerstörung und Tod bringen könnte.

Neue Technologien lösen neue Probleme

Im Jahr 2016 wurde die Pluto-Sonde gestartet und steuerte auf die Umlaufbahn des Asteroiden Bennu zu, sie beeilte sich jedoch nicht, auf dem Asteroiden zu landen, um „mit der Arbeit zu beginnen“. Stattdessen umkreiste er Bennu in einer Umlaufbahn von nur 1,6 bis 2,1 Kilometern. Dies ist auch das erste Mal, dass einer Sonde ein Langzeitflug um einen Himmelskörper mit solch geringer Größe und Schwerkraft gelungen ist.

Die Probenkapsel sammelte etwa 250 Gramm Gesteins- und Bodenproben von der Oberfläche von Bennu.

Im Laufe des nächsten Jahres passte die Pluto-Sonde ihre Umlaufbahn genau an und tastete jeden Zentimeter der Oberfläche des Asteroiden Bennu in verschiedenen Höhen ab. In einigen Bereichen, die einer besonderen Untersuchung bedürfen, beträgt die Vorbeiflughöhe der Sonde sogar nur 250 Meter. Dank dieser genauen Untersuchungen ist Bennu, ein winziger heller Punkt in erdgebundenen Teleskopen, zu einem der am besten erforschten Asteroiden im Sonnensystem geworden. Ende 2018 entdeckte die Sonde beispielsweise Wasserspuren auf der Oberfläche von Bennu.

Obwohl die Vorarbeiten ausreichend detailliert waren, standen die Wissenschaftler vor dem offiziellen Beginn der Probenentnahme erneut vor einem schwierigen Problem. Ursprünglich hatten die Wissenschaftler geplant, als Landegebiet eine flache Fläche mit einem Durchmesser von etwa 50 Metern auf der Oberfläche von Bennu zu finden. Doch sie stellten fest, dass die Oberfläche von Bennu zerklüftet und felsig war und das endgültige Einsatzgebiet nur einen Durchmesser von sechs Metern hatte. Wenn die Sonde auf der gesamten Oberfläche von Bennu landet, wird sie wahrscheinlich große Mengen Staub und Schutt aufwirbeln und Kurzschlüsse in elektronischen Geräten sowie mechanische Ausfälle verursachen. Daher muss der Probenentnahmeprozess so schnell und effizient wie möglich erfolgen.

Um neue Schwierigkeiten zu überwinden, setzte die Sonde neue Technologien und Lösungen ein. Ursprünglich hatten die Wissenschaftler geplant, während der Lande- und Probenentnahmephase der Sonde die Laserentfernungsmessung als Hauptmittel zur Navigation und Positionierung zu verwenden. Nach der Planänderung entwickelten Wissenschaftler eine alternative Navigations- und Positionierungslösung auf Basis optischer Bildgebung – die Technologie zur Verfolgung natürlicher Merkmale. Vereinfacht ausgedrückt machte die Pluto-Sonde während des Landevorgangs kontinuierlich Echtzeitfotos von der Umgebung des Arbeitsbereichs, verglich diese Fotos mit der dreidimensionalen Gelände- und Bilddatenbank, ordnete markante Steine ​​als Orientierungspunkte zu und aktualisierte kontinuierlich ihre Echtzeitposition, Geschwindigkeit und geplante Probenentnahmeposition. Wird im aufgenommenen Bild ein gefährliches Hindernis erkannt, kann der Detektor auch selbstständig evakuieren.

Anschließend fuhr die Pluto-Sonde ihren Gelenkarm mit sphärischer Spitze aus und der Probenkopf fuhr so ​​weit wie möglich in Richtung der Asteroidenoberfläche aus. Dabei nutzte sie die Dynamik der langsam absteigenden Umlaufbahn der Sonde, um die Oberfläche des Asteroiden sanft zu berühren. In dem Moment, als der Gelenkarm die Oberfläche des Asteroiden berührte, feuerte die Sonde komprimierten Stickstoff ab, wodurch Staub und Trümmer auf der Oberfläche des Asteroiden aufgewirbelt und schnell im Probenehmer gesammelt wurden. Es ist eine lange Geschichte, aber tatsächlich betrug die offizielle Betriebszeit des Detektors nur 10 Sekunden, was man als „eine Libelle, die über das Wasser gleitet“ beschreiben könnte. Damit war der kritischste Schritt einer Mission abgeschlossen, die 7 Jahre dauerte.

Als sich die Sonde von Bennu entfernte, wurden Bilder des Probenkopfes, der sich in mehreren verschiedenen Positionen bewegte, zur Auswertung herangezogen. Sie zeigten, dass die gesammelten Proben die für die Mission erforderlichen 60 Gramm bei weitem übertrafen und man sagen konnte, dass die Sonde mit einer „vollen Ladung“ zurückgekehrt war.

Wissenschaftliche Ergebnisse warten

Es wird erwartet, dass sich die Probenkapsel der Pluto-Sonde Ende September dieses Jahres ablöst und schließlich in der Wüste außerhalb von Salt Lake City, USA, landet. Um eine reibungslose Bergung der Probenkapsel zu gewährleisten, führten Wissenschaftler hier mehrere Monate lang Proben durch. Nach der Landung der Probenkapsel werden diese schnell geborgen, um eine Kontamination der Erdumwelt zu verhindern, und anschließend per Hubschrauber zur Sortierung in einen Reinraum im Johnson Space Center in Houston transportiert.

Mitarbeiter prüfen den Zustand der Probenkammer

25 Prozent dieser Proben sollen dem von der NASA angekündigten Plan zufolge in den nächsten zwei Jahren zu Forschungszwecken an rund 200 Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern verschickt werden. Die restlichen 75 % der Proben werden voraussichtlich jahrzehntelang gelagert. Mit dem technologischen Fortschritt werden sicherlich allerlei wunderbare neue Ideen und Technologien entstehen. Die NASA wird Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern um Vorschläge bitten und gegebenenfalls einige Proben für Forschungszwecke entnehmen.

Welche neuen Erkenntnisse könnten die Proben des Asteroiden Bennu der Menschheit bringen? Durch die „Aufspaltung“ des Namens der Sonde hoffen wir, Vorhersagen auf der Grundlage ihrer wissenschaftlichen Ziele treffen zu können.

Der professionelle Name von „OSIRIS“ lautet „Source Spectral Interpretation Resource Security Weathering Layer Identification Explorer“, abgekürzt „OSIRIS-Rex“. Insbesondere steht O für Origins (Ursprünge). Wissenschaftler hoffen, Proben eines primitiven, kohlenstoffreichen Asteroiden nehmen und analysieren zu können, um die Zusammensetzung, Verteilung und Entwicklungsgeschichte seiner Mineralien und organischen Stoffe zu untersuchen. SI steht für Spectral Interpretation, also die Erklärung der Gesamteigenschaften von Bennu und deren Vergleich mit den Ergebnissen von Beobachtungen anderer Asteroiden durch erdgebundene Teleskope; RI steht für Resource Identification, was bedeutet, dass die Sonde eine globale Karte der Eigenschaften, der chemischen und mineralogischen Eigenschaften des Asteroiden Bennu erstellen, seine geologische Entwicklungsgeschichte bestimmen und bei der Probenforschung helfen wird; S steht für Sicherheit. Die Sonde soll den Jarkowski-Effekt (eine Kraft, die durch die Wärmeabgabe eines rotierenden Asteroiden entsteht, der seine Umlaufbahn allmählich ändern kann) auf einen potenziell gefährlichen Asteroiden messen und untersuchen, welche Eigenschaften des Asteroiden diesen Effekt verursachen. REx steht für Regolith Explorer. Die Sonde wird eine detaillierte Untersuchung der Verwitterungsschicht des Oberflächenmaterials im Probenbereich durchführen und deren Struktur, Morphologie, Chemie und spektrale Eigenschaften aufzeichnen.

Tatsächlich ist die Mission der Pluto-Sonde weitaus komplizierter, als sich normale Menschen vorstellen. Nachdem Proben vom Asteroiden Bennu zur Erde zurückgeschickt wurden, wird dieser nicht „erfolgreich in den Ruhestand gehen“, sondern „eine neue Reise antreten“. Es wird erwartet, dass es sich Kraft von der Erde leiht, die Gravitationsschleuder zur Beschleunigung nutzt und nonstop auf den Asteroiden Apophis zusteuert und gleichzeitig in „Apophis Explorer“ umbenannt wird.

Apophis ist ebenfalls ein potenziell gefährlicher Asteroid, allerdings ist er kleiner und hat einen Durchmesser von etwa 370 Metern. Im Jahr 2029 wird er voraussichtlich rund 32.000 Kilometer von der Erde entfernt sein. Dann soll die Sonde ihn umfassend untersuchen, um die Bewegungseigenschaften erdnaher Asteroiden zu erforschen. Offensichtlich ist ein solch komplexes Manöver zur Bahnänderung der Sonde eine wertvolle Trainingserfahrung für das Bodenteam. (Autor: Liang Lei, Bildquelle: NASA, Checkpoint-Experte: Jiang Fan, stellvertretender Direktor des Wissenschafts- und Technologieausschusses der China Aerospace Science and Technology Corporation)