Ein weiterer Asteroid trifft die Erde. Ist die Menschheit bereit, sich der Bedrohung durch erdnahen Objekte zu stellen?

Am 19. November 2022 um 4:27 Uhr Ortszeit lagen die meisten Menschen am Ufer des Ontariosees an der Grenze zwischen den USA und Kanada noch im Tiefschlaf. Ein erdnaher Asteroid mit dem Codenamen 2022 WJ1 kam leise, brach in einem extrem niedrigen Winkel in die Atmosphäre ein und passierte mit einem hellen Schweif die Gegend des Ontariosees. Unter der Einwirkung von Ablation und Druck zerfiel es und explodierte in der Atmosphäre. Viele Menschen wurden durch die gewaltige Erschütterung aus dem Schlaf gerissen und lokale Überwachungskameras zeichneten auf, wie der Asteroid über den Himmel zog und die Dunkelheit erhellte. Tatsächlich ist dies bereits das sechste Mal, dass die Menschheit vor einem erdnahen Asteroideneinschlag gewarnt wurde. Dieser Asteroid schlug unter genauer Beobachtung der Astronomen in der Nähe der Küste Ontarios ein.

Video 1 – Erdnaher Asteroid passiert den CN Tower in Toronto

(Videoquelle: EarthCam)

Teil 1

Veranstaltungsrückblick

Drei Stunden vor dem Einschlag führte die Catalina Sky Survey auf dem Gipfel des Mount Lemmon in Arizona Routineuntersuchungen erdnaher Asteroiden durch. Das Catalina Sky Survey System besteht aus drei optischen Teleskopen: Die 1,5-Meter- und 0,7-Meter-Weitfeld-Durchmusterungsteleskope (internationale Nummern G96 bzw. 703) werden zur Entdeckung unbekannter Asteroiden eingesetzt, während das 1,0-Meter-Schmalfeld-Teleskop (internationale Nummer I52) zur Verfolgung und Messung neu entdeckter Asteroiden verwendet wird. Das Catalina-System ist das weltweit effizienteste Teleskopsystem zur Entdeckung erdnaher Asteroiden und hat bisher mehr als die Hälfte aller erdnahen Asteroiden der Welt entdeckt. Von den fünf vorherigen erfolgreichen Warnungen vor erdnahen Asteroideneinschlägen wurden vier von der Catalina Sky Survey entdeckt. Die Hauptaufgabe von Himmelsdurchmusterungen besteht darin, unbekannte erdnahen Asteroiden zu entdecken, von denen einige eine ernsthafte Bedrohung für die Erde darstellen könnten. So zerfiel im Jahr 2013 ein erdnaher Asteroid mit einem Durchmesser von etwa 18 Metern über der russischen Region Tscheljabinsk und explodierte, wobei fast 1.500 Menschen verletzt wurden.

Abbildung 1: Animiertes Bild des Tscheljabinsk-Vorfalls

(Bildnachweis: NASA)

Die Suche nach Asteroiden im weiten Nachthimmel ist nicht einfach. Denn diese schwachen Asteroiden können aus allen Himmelsrichtungen kommen und der Himmelsbereich, den ein Teleskop in einem bestimmten Moment erfassen kann, ist wie das Licht einer Taschenlampe. Daher ist es notwendig, den riesigen Nachthimmel in mehrere „Gitterbereiche“ zu unterteilen und diese Gitterbereiche dann mit Taschenlampen nacheinander zu beleuchten, um ein Beobachtungsbild zu erhalten. Auf dem Bild sind viele Sterne zu sehen, manche hell und manche dunkel. Mit etwas Glück sind auch Planeten, Zwergplaneten, Asteroiden und Kometen dabei. Allerdings können die Astronomen derzeit nicht sagen, bei welchen Zielen es sich um Asteroiden handelt, da diese Ziele in den wenigen zehn Sekunden, die das „Taschenlicht“ beleuchtet, nahezu stationär sind. Astronomen müssen diese gitterförmigen „Himmelsbereiche“ mithilfe einer „Taschenlampe“ in regelmäßigen Abständen, beispielsweise alle 10 Minuten, nacheinander erneut beleuchten. Durch den Vergleich von Bildern desselben Himmelsbereichs, die zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen wurden, und das Entfernen von Störungen durch stationäre Sterne und Hintergrundrauschen können wir erdnahen Asteroiden finden, die sich in einem „beweglichen“ Zustand befinden.

Das G96-Teleskop der Catalina Sky Survey erfasste den Asteroiden erstmals am 19. November um 04:53 GMT (00:53 Uhr Ortszeit am 19., etwa 3,5 Stunden nach dem Asteroideneinschlag) und machte drei weitere Bilder um 05:02, 05:10 und 05:18. Nach der Verarbeitung von vier Bildern entdeckte der Beobachter des Catalina-Systems, David Rankin, den Asteroiden, der auf die Erde zurasen könnte. Aufgrund der Erfahrung, bereits viermal erfolgreich Einschlagskörper auf der Erde entdeckt zu haben, ging das diensthabende Personal davon aus, dass es sich um einen Asteroiden handeln könnte, der die Erde treffen würde. Das Catalina-System beendete sofort sein tägliches Himmelsdurchmusterungsprogramm und nutzte das G96-Teleskop, um um 5:35 Uhr alle 11 Sekunden vier aufeinanderfolgende Bilder des Asteroiden aufzunehmen, um die Genauigkeit der Bahnmessung des Asteroiden zu verbessern. Die neuen Daten bestätigten, dass der Asteroid mit hoher Wahrscheinlichkeit die Erde treffen würde. Anschließend richteten die Bediener alle drei Teleskope auf den Asteroiden, um präzise Verfolgungsbeobachtungen durchzuführen. Auch das Farpoint-Observatorium in Kansas und das Shasta Valley-Observatorium in Kalifornien verfolgten und beobachteten den Asteroiden.

Video 2 Asteroidenbilder, aufgenommen von der Catalina Sky Survey

(Videoquelle: Catalina Sky Survey)

Um 06:12 GMT (02:12 Uhr Ortszeit, etwa 2,2 Stunden vor dem Asteroideneinschlag), nachdem die Teleskope G96, 703 und I52 jeweils vier Beobachtungen abgeschlossen hatten, bestätigte die Catalina Sky Survey, dass die Wahrscheinlichkeit, dass dieser erdnahen Asteroid auf der Erde einschlägt, 100 % erreichen würde. Außerdem wurde die absolute Helligkeit des Asteroiden mit 33,5 gemessen, was bedeutet, dass der Asteroid möglicherweise kleiner als 1 Meter ist – ein Asteroid dieser Größe würde in der Atmosphäre verglühen und würde für die Erde keine Gefahr darstellen. Diese Daten wurden mit der Website des International Planet Center synchronisiert und auch vom Scout-System der NASA analysiert.

Abbildung 2 Die Analyse des Scout-Systems zeigt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass dieser Asteroid die Erde trifft, 100 % beträgt

(Bildquelle: NASA)

Um 06:20 GMT (02:20 Uhr Ortszeit, etwa 2 Stunden vor dem Asteroideneinschlag) schickte Richard A. Kowalski, Chef-Operationsspezialist für das Catalina-System, eine Nachricht an die Minor Planet Mailing List (MPML): Die Catalina Sky Survey hat einen Asteroiden namens C8FF042 entdeckt, der offenbar kurz davor steht, die Erde zu treffen, und rief Beobachter auf der ganzen Welt dazu auf, den Asteroiden zu beobachten, um möglichst viele Daten zu erhalten. Die MPML-Mailingliste bringt Astronomieexperten und -enthusiasten aus verschiedenen Regionen der Welt zusammen. Der amerikanische Astronom Bill Gray sagte voraus, dass der Asteroid um 8:26:55 GMT über Brantford im Ontariosee an der Grenze zwischen den USA und Kanada einschlagen werde. Einige Leute versuchten, ihn zu verfolgen und stellten fest, dass sich der Asteroid zu schnell bewegte, als dass Teleskope mit ihm Schritt halten konnten. Den Teleskopen mit den Nummern H36 und T12 gelang es jedoch dennoch, den Asteroiden „einzufangen“. Einige Leute begannen, auf sozialen Plattformen Nachrichten zu posten und riefen „Nachteulen“, die noch nicht geschlafen haben, dazu auf, die Feuerballszene zu beobachten, die durch den bevorstehenden Eintritt des Asteroiden in die Atmosphäre verursacht wird.

Abbildung 3. Richard A. Kowalskis E-Mail an die Small-Bodies-Mailingliste

(Bildquelle: Autor)

Das letzte Bild des Asteroiden wurde vom 88-Zoll-Teleskop T12 der Universität von Hawaii auf dem Gipfel des Mauna Kea um 07:55 GMT (03:55 Uhr Ortszeit, etwa eine halbe Stunde vor dem Aufprall) aufgenommen, bevor er in den Schatten der Erde geriet und von keinem Teleskop mehr erfasst werden konnte. Nachdem der Asteroid jedoch in die Atmosphäre eintritt, wird seine kinetische Energie aufgrund atmosphärischer Reibung und Ablation in Lichtenergie umgewandelt und strahlt nach außen, wodurch ein heller Feuerball entsteht. Da der Asteroid in einem Winkel von nur etwa 10° in die Atmosphäre eintritt, wird er die Erde in einem nahezu horizontalen Winkel treffen, was bedeutet, dass die Flugbahn des Vorbeiflugs sehr lang sein wird. Wenn die Bewohner des Ontariosees noch wach sind, können sie beobachten, wie dieser Asteroiden-Feuerball mit Schweif nach einer langen Flugbahn auf der Erde einschlägt. Einige Leute begannen, mit tragbarer Filmausrüstung ins Freie zu gehen und darauf zu warten, dass der Asteroid in die Atmosphäre eintrat.

Um 08:27 Uhr GMT (04:27 Uhr Ortszeit, als der Einschlag erfolgte) traf der Asteroid wie erwartet ein und bewegte sich mit einem langen, hellen Schweif von West-Südwest nach Ost-Nordost. Jemand hat ein Foto von dem Asteroiden gemacht, der durch den CN Tower in Toronto flog. Man kann erkennen, dass der Asteroid den CN Tower fast horizontal wie ein Hochgeschwindigkeitszug passiert hat. Unter dem Einfluss atmosphärischer Reibung und Ablation zerfiel und explodierte es, wobei Fragmente verstreut wurden. Aufgrund des niedrigen Winkels wurde der Asteroid durch die Atmosphäre ausreichend abgebremst, so dass es den Anschein hat, als bewege er sich nicht mit hoher Geschwindigkeit, und es ist sehr wahrscheinlich, dass eine große Zahl kleiner Fragmente auf die Oberfläche gefallen sind. Die NASA analysierte den Aufprallpunkt und ging davon aus, dass kleinere Fragmente wahrscheinlich in der Nähe der Küste Ontarios zu finden seien, größere Fragmente jedoch möglicherweise in den See gefallen seien. Einige Menschen hörten die gewaltige Vibration, die durch den Zerfall des Asteroiden verursacht wurde, und spürten, dass es in ihrer Nähe geschah. Manche Leute wachten mitten in der Nacht auf und hörten das Geräusch vibrierender Teller in der Küche. Nach der Verarbeitung der Daten wies das Internationale Astronomische Zentrum dem Asteroiden die vorläufige Nummer 2021 WJ1 zu, und der Asteroid hatte die Erde bereits getroffen.

Abbildung 4 Mögliche Landepunkte

(Bildnachweis: NASA)

Teil 2

Es ist nicht das erste Mal, dass vor einem Asteroideneinschlag eine Frühwarnung gegeben wurde

Dies ist bereits das sechste Mal, dass Menschen erfolgreich vor dem Einschlag eines erdnahen Asteroiden gewarnt haben. Die vorherigen fünf Male waren:

——Am 6. Oktober 2008 entdeckte die Catalina Sky Survey den etwa 3 Meter großen Asteroiden 2008 TC3 mit einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 12,8 km/s und einer Vorwarnzeit von etwa 17 Stunden;

Am 1. Januar 2014 entdeckte die Catalina Sky Survey den etwa 2,3 Meter großen Asteroiden 2014 AA mit einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 11,7 km/s und einer Vorwarnzeit von etwa 19 Stunden.

——Am 2. Juni 2018 entdeckte die Catalina Sky Survey den etwa 2,8 Meter großen Asteroiden 2018 LA mit einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 16,8 km/s und einer Vorwarnzeit von etwa 7 Stunden;

——Am 22. Juni 2019 entdeckte die Catalina Sky Survey den etwa 5 Meter großen Asteroiden 2019 MO mit einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 16,1 km/s und einer Vorwarnzeit von etwa 12 Stunden;

——Am 11. März 2022 wurde der Asteroid 2022 EB5 vom ungarischen Pisces-Weltraumteleskop entdeckt. Die Größe beträgt etwa 2 Meter, die Aufprallgeschwindigkeit beträgt etwa 18,5 km/s und die Vorwarnzeit etwa 2 Stunden.

Es ist ersichtlich, dass das Catalina-System einzigartige Vorteile bei der Frühwarnung vor erdnahen Asteroiden bietet, die auf der Erde einschlagen könnten. Dies hängt mit dem Design und dem Betriebskonzept des Catalina-Systems zusammen. Die meisten Teleskope, die zur Asteroidenüberwachung verwendet werden, sind „einhändig“, das Catalina Sky Survey System verwendet jedoch einen „Kombinationsschlag“ – zwei Durchmusterungsteleskope arbeiten zusammen, um einen weiten Bereich des Himmels zu durchmustern. Sobald ein Asteroid entdeckt wird, der die Erde treffen könnte, wird der Vermessungsmodus sofort in den Notfallmodus umgeschaltet und alle drei Teleskope werden mobilisiert, um den herannahenden Asteroiden zu verfolgen und zu messen, sodass rechtzeitig festgestellt werden kann, ob es sich bei dem Zielasteroiden um einen Impaktkörper handelt. Im Gegensatz dazu hat ein anderes Teleskopsystem, das große Beiträge zur Untersuchung erdnaher Objekte geleistet hat, nämlich das Pan-STARRS-Teleskop, aufgrund seiner fehlenden Selbstnachführungsfunktion bisher noch keinen Impaktkörper im Voraus entdeckt, obwohl die Leistungsfähigkeit eines einzelnen Teleskops größer ist als die des Catalina-Systems. Darüber hinaus wurde das Datenverarbeitungssystem der Catalina Sky Survey speziell optimiert, um die Umlaufbahn des Impaktkörpers zu bestimmen. Obwohl sich im Zeitalter der künstlichen Intelligenz die Verarbeitung von Teleskopdaten allmählich in Richtung Intelligenz entwickelt, waren im Catalina Sky Survey-System schon immer Beobachter im Einsatz, die die Aufprallsituation sofort beurteilen, rechtzeitig den Notfallmodus aktivieren und die Informationen der Öffentlichkeit zugänglich machen konnten. Dies ist auch ein wichtiger Grund dafür, dass das Catalina Sky Survey System trotz seiner nicht ganz so herausragenden Leistung viele Jahre in Folge die Meisterschaft bei der Entdeckung erdnaher Asteroiden gewonnen hat. Die erfolgreichen Erfahrungen mit dem Catalina Sky Survey System sind auch für den zukünftigen Aufbau eines erdnahen Asteroidenüberwachungs- und Frühwarnsystems meines Landes von maßgeblicher Bedeutung.

Abbildung 5: Catalina Sky Survey System

(Bildquelle: Catalina Sky Survey)

Teil 3

Keine Panik, aber nehmen Sie es nicht auf die leichte Schulter

Tatsächlich treffen fast jeden Monat metergroße Asteroiden die Erde, und die meisten von ihnen werden erst entdeckt, nachdem sie auf der Erde aufgeschlagen sind und dabei spektakuläre Feuerbälle entstehen lassen. Zum Beispiel das Shangri-La-Feuerball-Ereignis in Yunnan im Jahr 2017, das Xishuangbanna-Feuerball-Ereignis in Yunnan im Jahr 2018, das Songyuan-Feuerball-Ereignis in Jilin im Jahr 2019, das Yushu-Feuerball-Ereignis in Qinghai im Jahr 2020, das Nanyang-Feuerball-Ereignis in Henan im Jahr 2021 und das Guyuan-Feuerball-Ereignis an der Grenze zwischen Gansu und Ningxia in diesem Jahr. Solche Vorfälle stellen im Allgemeinen keine Bedrohung für Menschenleben und Eigentum dar, sie rufen jedoch erhebliche soziale Besorgnis hervor und könnten sogar Meteoritenjäger anlocken, die auf die Jagd nach diesen seltenen „Aliens“ – Meteoriten – gehen.

Die Häufigkeit erdnaher Asteroideneinschläge ist umgekehrt proportional zu ihrer Größe. Je kleiner der Asteroid, desto häufiger trifft er die Erde. Aufgrund des Schutzes durch die Atmosphäre zerfallen kleine Asteroiden jedoch im Allgemeinen in der Atmosphäre und verursachen dabei wenig oder gar keinen Schaden. Größere Asteroiden treffen die Erde zwar seltener, können aber, wenn sie es tun, äußerst schädliche Auswirkungen haben und sogar Umweltkatastrophen auf der Erde auslösen und zum Aussterben von Arten führen. So schlug vor 65 Millionen Jahren ein erdnaher Asteroid mit einem Durchmesser von etwa 10 Kilometern im Golf von Mexiko in Nordamerika ein, der als eines der wichtigsten wissenschaftlichen Modelle gilt und zum Aussterben der Dinosaurier führte. Doch glücklicherweise hat die Menschheit mehr als 95 % dieser erdnahen Asteroiden mit einem Durchmesser von mehreren Kilometern katalogisiert, die weltweite Katastrophen auslösen könnten. Die Wahrscheinlichkeit, dass wir mit einer derartigen „beispiellosen Naturkatastrophe“ konfrontiert werden, ist äußerst gering.

Tabelle Asteroideneinschlagsgefahr und durchschnittliches Einschlagsintervall

(Quelle: Nationaler Strategischer Planungs- und Reaktionsplan der USA für erdnahe Objekte)

Natürlich dürfen wir das nicht auf die leichte Schulter nehmen – was wirklich Aufmerksamkeit verdient, sind die erdnahen Asteroiden mit Durchmessern von 20 Metern, 50 Metern und 140 Metern. Es gibt viele solcher Asteroiden und die Wahrscheinlichkeit eines Einschlags ist nicht zu vernachlässigen. Er kann auch Gefahren auf Stadt-, Großstadt- und regionaler Ebene verursachen. Bislang wurden jedoch nur etwa 40 % der Asteroiden mit einem Durchmesser von 140 Metern entdeckt, die Entdeckungsrate erdnaher Asteroiden mit einem Durchmesser von 50 Metern liegt bei weniger als 5 % und die Entdeckungsrate erdnaher Asteroiden mit einem Durchmesser von 20 Metern bei weniger als 1 %. Dies bedeutet, dass die Menschheit noch einen langen Weg vor sich hat, um die Bedrohung durch erdnahe Asteroideneinschläge abzuwenden.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Mingtao (Nationales Zentrum für Weltraumforschung, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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