China wird ein erdnahes Asteroidenabwehrsystem bauen, um der Erde einen „Schutzschirm“ zu bieten

Kürzlich gab mein Land bekannt, dass es ein Abwehrsystem gegen erdnahe Asteroiden errichten werde, um der potenziellen Bedrohung durch erdnahe Asteroiden zu begegnen. Welche Bedrohungen stellen erdnahe Asteroiden für die Erde dar? Wie geht man damit um?

Geschrieben von Reporter Duan Ran (Praktikum) Grafikredakteur: Chen Yongjie

Redakteur für Neue Medien/Li Yunfeng

Interview-Experten:

Zhao Haibin (Leitender Forscher, Purple Mountain Observatory, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Jiao Weixin (Professor, Fakultät für Erd- und Weltraumwissenschaften, Peking-Universität)

Am 24. April verkündete Wu Yanhua, stellvertretender Direktor der Nationalen Raumfahrtbehörde, der Weltöffentlichkeit erstmals: „Mein Land wird mit dem Aufbau eines Abwehrsystems gegen erdnahe Asteroiden beginnen, um auf die Bedrohung durch erdnahe Asteroideneinschläge zu reagieren und Chinas Stärke zum Schutz der Erde und der Sicherheit der Menschheit beizutragen.“ Dieses neue Weltraumprojekt unseres Landes erregte sofort große Aufmerksamkeit in der Wissenschaft und bei Weltraumbegeisterten. Welche Bedrohung stellen erdnahen Asteroiden für die Menschheit dar? Wie sollten Menschen reagieren?

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Erdnahe Asteroiden: Gefährliche ungebetene Gäste

Am 15. Februar 2013 um 9:15 Uhr sahen die Bewohner von Tscheljabinsk, einer kleinen Stadt im Westen Russlands, mehrere grelle Lichtobjekte am Himmel erscheinen, die mit extrem hoher Geschwindigkeit den Himmel durchquerten, begleitet von lauten Explosionen. Schließlich stürzten diese nicht identifizierten Objekte brennend auf den Boden und verursachten eine gewaltige Schockwelle. Die Glasscheiben vieler Gebäude in der Stadt gingen zu Bruch. Durch die Druckwelle des Aufpralls wurden insgesamt 1.491 Menschen verletzt. Wissenschaftler bestätigten später, dass es sich bei diesem Vorfall um das „Meisterwerk“ eines erdnahen Asteroiden handelte.

▲Im Jahr 2013 passierte ein Meteorit mit einem Durchmesser von nur etwa 20 Metern Tscheljabinsk

In unserem Sonnensystem gibt es neben den Hauptplaneten wie Erde, Mars und Jupiter auch eine große Anzahl aktiver Asteroiden. Sie sind sowohl in Größe als auch Masse viel kleiner als gewöhnliche Planeten, aber aufgrund ihrer komplexen und seltsamen Umlaufbahnen und ihrer geringen Größe wandern sie zwischen den Umlaufbahnen verschiedener Planeten hin und her und werden zu „gefährlichen Elementen“ im Sonnensystem. Im Jahr 1994 traf der Komet Shoemaker-Levy 9 den Jupiter und hinterließ auf der Oberfläche des Planeten eine Narbe, die größer war als die der Erde. Wäre es in eine niedrige Erdumlaufbahn eingetreten und direkt auf die Erde gestürzt, wären die Folgen verheerend gewesen.

Was genau sind erdnahen Asteroiden? Welche Art erdnahen Asteroiden könnten eine Bedrohung für die Erde darstellen? Zhao Haibin, leitender Forscher für die Erkennung erdnaher Objekte und die Erforschung von Himmelskörpern im Sonnensystem am Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte: „Es gibt zwei kleine Körpergürtel im Sonnensystem, einen ist der Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter und den Kuipergürtel jenseits von Neptun. Unter dem Einfluss der Schwerkraft oder anderer Kräfte der umgebenden Planeten können die Ziele in den kleinen Körpergürteln von ihren ursprünglichen Umlaufbahnen abweichen, und einige von ihnen kommen unserer Erde nahe. Wir nennen diese Asteroiden üblicherweise erdnahe Asteroiden.“

▲Kuipergürtel (Bildquelle: NASA)

Als erdnahe Asteroiden gelten Asteroiden, die sich der Sonne bis auf 1,3 Astronomische Einheiten nähern können (eine Astronomische Einheit wurde ursprünglich als die durchschnittliche Entfernung zwischen Erde und Sonne definiert und später von der Wissenschaftsgemeinde der einfacheren Berechnung halber auf etwa 150 Millionen Kilometer festgelegt, abgekürzt als AE). Erdnahe Asteroiden lassen sich anhand ihrer Umlaufbahnen grob in vier Kategorien einteilen: Amor, wie etwa der erste von Menschen entdeckte Asteroid „Eros“, der zu dieser Kategorie gehört, sowie Apollo, Aten und Atira (auch als „innere Erd“-Asteroiden bekannt). „Unter ihnen sollten wir den Typen Apollo und Aten besondere Aufmerksamkeit schenken. Die Umlaufbahnen dieser beiden Typen kreuzen sich mit der Umlaufbahn der Erde. Wenn beide den Schnittpunkt gleichzeitig erreichen, besteht die Möglichkeit einer Kollision“, sagte Zhao Haibin gegenüber Reportern.

Natürlich können nicht alle erdnahen Asteroiden eine Bedrohung für die Erde darstellen. Zhao Haibin erklärte Reportern, dass es unterhalb der erdnahen Asteroiden eine Untergruppe gebe, nämlich „Asteroiden, die eine potenzielle Bedrohung für die Erde darstellen“ (kurz PHA). Einfach ausgedrückt können Asteroiden mit einem Durchmesser von mehr als 140 Metern und einer Umlaufbahn von weniger als 7,5 Millionen Kilometern von der Erde als PHA klassifiziert werden.

Jiao Weixin, Professor an der Fakultät für Erd- und Weltraumwissenschaften der Peking-Universität, betonte: „Ein solcher Asteroid müsste einen Durchmesser von mehr als 140 Metern haben und würde nach einem Einschlag auf der Erde regionale Katastrophen verursachen, anstatt nur ein paar Krater zu hinterlassen.“ Die Wahrscheinlichkeit, dass ein planetarischer Einschlag eine große ökologische Katastrophe verursacht, ist sehr gering. Doch wenn es dazu kommt, werden die Konsequenzen für die gesamte Ökologie der Erde und sogar für die menschliche Zivilisation zu schwerwiegend sein. Auch Asteroiden mit einem Durchmesser von weniger als 140 Metern verursachen bei einem Einschlag auf der Erde gewisse Sekundärkatastrophen. Die Wahrscheinlichkeit, dass Asteroiden dieser Größe die Erde treffen, ist relativ hoch. Der Schuldige des oben erwähnten Tscheljabinsk-Einschlags im Jahr 2013 war ein erdnahen Asteroid mit einem Durchmesser von weniger als 15 Metern. Obwohl der Vorfall keine nennenswerten Auswirkungen auf die Umwelt an der Erdoberfläche hatte, kam es in der Umgebung zu einigen Todesopfern und Sachschäden. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts gab es mehr als ein Dutzend Einschlagsereignisse ähnlicher Größenordnung. Würde sich eine solche Kollision in einem dicht besiedelten Gebiet ereignen, wäre der mögliche Schaden unermesslich.

Darüber hinaus sind diese winzigen Partikel oder Trümmer im Weltraum, obwohl sie nur eine schöne brennende Spur in der Atmosphäre bilden, auch potenziell tödliche Killer für künstliche Raumfahrzeuge in erdnahen Umlaufbahnen. Angesichts dieser ungebetenen Gäste, die jederzeit einbrechen können, ist es daher besonders wichtig, ein umfassendes Warn- und Abwehrsystem gegen erdnahe Asteroiden aufzubauen.

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Beobachtung und Überwachung: Vom Boden ins All

Angesichts der möglichen Bedrohung der Erde durch erdnahen Asteroiden müssen die Menschen über wirksame Abwehrmaßnahmen verfügen. Eine wesentliche Voraussetzung für diese Maßnahmen besteht darin, durch Beobachtung die Eigenschaften, Umlaufbahnen und möglichen Einschlagszeitpunkte dieser ungebetenen Gäste zu entdecken und zu bestimmen und so eine Grundlage für eine kontinuierliche Überwachung und Katalogisierung zu schaffen. Derzeit erfolgt die menschliche Erforschung und Überwachung von Asteroiden noch immer hauptsächlich mit großen optischen Teleskopen auf der Erde. Auf diesem Gebiet sind die Vereinigten Staaten, die über die weltweit beste Bodenortungsausrüstung verfügen, zweifellos führend. Bereits 1998 richtete die National Aeronautics and Space Administration (NASA) das Near-Earth Object Program Office ein und war seitdem für eine Reihe von Projekten zur Bodenbeobachtung erdnaher Asteroiden verantwortlich, darunter das Catalina Sky Survey (CSS) an der University of Arizona, das über drei optische Teleskope mit Öffnungen von 0,5 bis 1,5 Metern verfügt. Bisher wurden 13.384 erdnahen Asteroiden entdeckt, was weltweit den ersten Platz einnimmt. Die Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR)-Mission in New Mexico besteht aus drei optischen Teleskopen mit Öffnungen von 0,5 bis 1 Meter. Das Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (auch bekannt als Pan-STARRS-Projekt) auf Hawaii verfügt derzeit über zwei 1,8-Meter-Großfeldteleskope und das Asteroid Terminal Alert System (ATLAS), ebenfalls auf Hawaii, hat zwei 0,5-Meter-optische Teleskope. Darüber hinaus beteiligt sich auch das Jet Propulsion Laboratory der NASA an der Erkennung und Frühwarnung erdnaher Asteroiden und hat sukzessive Projekte wie „Near-Earth Asteroid Tracking“ (NEAT) und das „Sentinel System“ gestartet, die gezielt nach erdnahen Asteroiden suchen und „gefährliche Elemente“, die eine Bedrohung darstellen könnten, katalogisieren und Risikobewertungen durchführen.

▲Das Mount Lemmon Observatory-1 in den Vereinigten Staaten, das Teil der Catalina Sky Survey ist (Bildnachweis: Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona)

Natürlich reicht es bei weitem nicht aus, sich ausschließlich auf bodengestützte Beobachtungsmethoden zu verlassen. Die Erdatmosphäre und der Bodenhintergrund verursachen häufig erhebliche Störungen bei der Bodenerkennung. So konnte beispielsweise der Asteroid, der den Einschlag in Tscheljabinsk verursachte, nicht entdeckt werden, weil er sich der Erde aus Richtung der Sonne näherte und sich im toten Winkel des Bodenobservatoriums befand. Es ist offensichtlich, dass es für den Menschen notwendig ist, sich von den Fesseln der Erdumgebung zu befreien und seine eigenen Ohren und Augen direkt im Weltraum einzusetzen.

Beim Aufbau weltraumgestützter Beobachtungs- und Frühwarnsysteme sind die USA nach wie vor führend. Bereits 2009 starteten sie den „Space-based Wide-field Infrared Survey Explorer Satellite“ (NEOWISE). Es zeigt sich, dass Beobachtungen mit weltraumgestützter Ausrüstung sowohl in der Tiefe als auch in der Breite die bodengestützten Himmelsdurchmusterungen bei weitem übertreffen. In den ersten beiden Jahren seiner Mission entdeckte NEOWISE Hunderte erdnahen Asteroiden.

▲Mount Lemmon Observatory-1, USA (Bildnachweis: Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona)

Zhao Haibin führte ein: „Mehr als 98 % der erdnahen Asteroiden wurden von den Vereinigten Staaten entdeckt. Da die Vereinigten Staaten über umfassendere Einrichtungen und mehr Teleskope verfügen, haben sie einen relativ großen Beitrag geleistet.“ Er wies jedoch auch darauf hin, dass in anderen Ländern ähnliche Arbeiten durchgeführt würden. Insbesondere im Bereich der weltraumgestützten Beobachtung sind die Leistungen anderer Länder gleichermaßen bemerkenswert. So startete Kanada beispielsweise 2013 den Near-Earth Object Surveillance Microsatellite (NEWOSSat), der speziell zur Überwachung erdnaher Asteroiden und Weltraummüll eingesetzt wird. Japan ging noch einen Schritt weiter und startete 2003 die Sonde Hayabusa, die direkt auf einem erdnahen Asteroiden namens Itokawa landete, Proben sammelte und diese zur Erde zurückschickte – dies war das erste Mal in der Menschheitsgeschichte, dass eine derart detaillierte Untersuchung eines erdnahen Asteroiden durchgeführt wurde.

▲Japans Hayabusa-Sonde (Bildquelle: NASA)

Obwohl alle Länder bemerkenswerte Erfolge erzielt haben, ist das Wissen der Menschheit über erdnahen Asteroiden bis heute noch sehr begrenzt. Jiao Weixin sagte: „Obwohl sich die menschliche Technologie rasant entwickelt hat, gibt es immer noch eine beträchtliche Anzahl erdnaher Asteroiden, die noch nicht entdeckt wurden. Theoretischen Schlussfolgerungen zufolge hat der Mensch bisher lediglich 20 bis 30 % aller erdnahen Asteroiden mit einem Durchmesser von etwa 100 Metern entdeckt, und von den Asteroiden mit einem Durchmesser von über 100 Metern hat der Mensch weniger als die Hälfte entdeckt.“

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Deep Space Defense: Schutz der Erde

Angesichts möglicher Einschläge erdnaher Asteroiden können die Menschen derzeit nur passive Abwehrmaßnahmen ergreifen, das heißt, sie können sich auf den Bau von bodengestützten Zivilschutzprojekten verlassen, um den durch Asteroideneinschläge verursachten Schaden zu minimieren. Allerdings kann eine solche Methode das Auftreten von Sekundärkatastrophen offensichtlich nicht vollständig verhindern. Wäre es nicht eine bessere Option, die Bewegung des Asteroiden vor dem Aufprall auf die Erde zu beeinflussen und einen Einschlag zu verhindern?

▲ Schematische Darstellung der Mission des DART-Projekts zum Einschlag in einen Doppelasteroiden (Zeichnung/Lancheng)

Die Umsetzung einer aktiven Abwehr erdnaher Asteroiden im Weltraum ist zu einem wichtigen Thema geworden. Die derzeit geplanten und ins Auge gefassten Pläne lassen sich in drei Typen unterteilen: Einer besteht darin, die Umlaufbahn eines Asteroiden durch kinetische Einwirkung zu verändern. Diese einfache und grobe Methode wurde als erste vorgeschlagen und ist die einzige, die bisher in die Praxis umgesetzt wurde. Derzeit sind die einzigen tatsächlich umgesetzten Methoden das Deep Space Impact Program der Vereinigten Staaten und das Double Asteroid Redirect Test (DART)-Programm. Ersteres schlug 2005 erfolgreich im Kern eines Kometen ein, und Letzteres wird im September dieses Jahres bei einem Doppelasteroidensystem eintreffen und an dem kleineren der beiden ein Einschlagexperiment durchführen. Die beiden anderen Möglichkeiten sind „die Nutzung langfristiger Kräfte zur Veränderung der Umlaufbahn eines Asteroiden“ (etwa durch die Nutzung eines Raum- oder Schwerkraftschleppers zur Veränderung seiner Umlaufbahn) und „eine nukleare Explosion“. Beide dieser Möglichkeiten liegen jedoch jenseits des derzeitigen Stands der menschlichen Raumfahrttechnologie. Zhao Haibin sagte: „Mit Ausnahme der kinetischen Aufpralloption gibt es keine wesentlichen Missionsplanungen für andere Optionen.“

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Asteroidenschutz: China ergreift Maßnahmen

Bereits in den 1950er Jahren begann das Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften mit der Beobachtung erdnaher Asteroiden und leistete damit Pionierarbeit in der Forschung zu erdnahen Asteroiden in China. Im Jahr 1995 finanzierte die Chinesische Akademie der Wissenschaften ein Erkundungsprojekt namens „National Astronomical Observatory Schmidt CCD Asteroid Survey Program“ (kurz: SCAP-Programm), bei dem ein Schmidt-Teleskop als Haupterkennungsgerät verwendet wurde. In den fünf Jahren seit dem Start des Projekts hat das SCAP-Projekt einen Kometen und 2.460 Asteroiden entdeckt und eingehende Beobachtungen von mehr als 43.000 bekannten Asteroiden durchgeführt, darunter fünf erdnahen Asteroiden, von denen zwei als potenziell bedrohliche Asteroiden bestätigt wurden. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts ist das Near-Earth Object Telescope des Purple Mountain Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Betrieb. Dieses meinem Land gewidmete Gerät zur Erkennung erdnaher Objekte hat 30 neue erdnahe Asteroiden entdeckt und damit einen großen Beitrag zur internationalen Auflistung meines Landes geleistet.

▲Die Beobachtungskuppel des Near-Earth Object Telescope des Purple Mountain Observatory (Foto mit freundlicher Genehmigung des Purple Mountain Observatory)

Insgesamt besteht jedoch noch immer eine große Lücke zwischen meinem Land und dem internationalen Spitzenniveau auf dem Gebiet der erdnahen Asteroidenerkundung. Zhao Haibin sagte gegenüber Reportern: „Mein Land hat bisher nur mehr als 30 erdnahen Asteroiden entdeckt, während die Gesamtzahl der weltweit entdeckten erdnahen Asteroiden bei etwa 28.000 liegt. Gemessen an der Anzahl der Entdeckungen ist der Anteil meines Landes nicht hoch.“

▲Teleskop für erdnahe Objekte des Purple Mountain Observatory (Foto mit freundlicher Genehmigung des Purple Mountain Observatory)

Da die Luft- und Raumfahrttechnologie meines Landes in den letzten Jahren jedoch weiterhin bahnbrechende Fortschritte gemacht hat, werden unsere Luft- und Raumfahrtmitarbeiter sicherlich größere Beiträge auf dem Gebiet der Erforschung und Abwehr erdnaher Asteroiden leisten. Die für die Zukunft geplanten Systeme zur Überwachung erdnaher Asteroiden sowie zur Frühwarnung und Abwehr dieser werden die Errungenschaften meines Landes auf diesem Gebiet deutlich auf den neuesten Stand bringen. Natürlich geht die praktische Bedeutung dieses Projekts über nationale Grenzen hinaus. Zhao Haibin ist davon überzeugt, dass die Verhinderung erdnaher Asteroideneinschläge auf der Erde ein Thema ist, das aus der Perspektive einer Gemeinschaft betrachtet werden muss, die sich um die gemeinsame Zukunft der Menschheit kümmert. Zu dem ehrgeizigen Plan sagte er gegenüber Reportern: „Wenn die Auswirkungen relativ groß sind, werden sie globale oder regionale Katastrophen verursachen. Als Land mit schnell fortschreitenden Fähigkeiten in der Weltraumforschung und als verantwortungsbewusstes Großreich muss China über solche Fähigkeiten verfügen, um unser gemeinsames Zuhause zu schützen.“

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

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