15. Juli 2019
Kleine Bruchstücke kohlenstoffreicher Asteroiden zu fragil, um den Eintritt in die Erdatmosphäre zu überstehen

MASCOT bestätigt lange gehegte Vermutung

Nahaufnahme des von MASCOT untersuchten Steins
Untersuchte Region auf Ryugu
Bild 1/6, Quelle: MASCOT/DLR/JAXA

Untersuchte Region auf Ryugu

Nahaufnahme des von MASCOT untersuchten Steins: Der Gelbe Pfeil zeigt die Beleuchtungsrichtung, die gepunktete Linie trennt den beobachteten Stein vom Hintergrund. Das rot eingefärbte Gebiet zeigt den Teil des Steins, in dem vom Radiometer MARA die Oberflächentemperatur gemessen wurde, die gestrichelte Line zeigt einen Vorsprung im Stein. Der Maßstab in der Mitte des Bildes zeigt die Dimensionen in dieser Entfernung von der Kamera. Aufgenommen hat das Bild die DLR-Kamera MASCAM auf MASCOT.

MASCOT-Radiometer MARA
MASCOT-Radiometer MARA
Bild 2/6, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

MASCOT-Radiometer MARA

Das Radiometer MARA wird genutzt, um die Oberflächentemperatur auf dem Ryugu in hoher Auflösung zu vermessen sowie die Temperaturunterschiede beim Tag-/Nachtwechsel auf dem Asteroiden.

Die Oberfläche Ryugus aus wenigen Metern Entfernung aufgenommen
Die Oberfläche Ryugus aus wenigen Metern Entfernung aufgenommen
Bild 3/6, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Die Oberfläche Ryugus aus wenigen Metern Entfernung aufgenommen

Die etwa 20 Bilder, die mit der Kamera MASCAM auf dem MASCOT-Lander während des Abstiegs aufgenommen wurden, zeigen eine extrem zerklüftete, von zahlreichen kantigen Gesteinsbrocken übersäte Oberfläche. Ryugu, ein viereinhalb Milliarden Jahre alter erdbahnkreuzender Asteroid der kohlenstoffreichen C-Klasse, zeigt den Wissenschaftlern ein Antlitz, das sie so nicht erwartet hatten, obwohl schon mehr als ein Dutzend Asteroiden von Raumsonden aus der Nähe erkundet wurden. Auf dieser Nahaufnahme sind keinerlei Flächen zu sehen, die von Staub bedeckt sind, dem Regolith, der durch die Zertrümmerung von Gestein infolge der Ausgesetztheit gegenüber Mikrometeoriten und energiereicher kosmischer Partikel über Milliarden von Jahren entsteht. Das Bild aus dem turbulent sich drehenden MASCOT-Lander entstand aus einer Höhe von etwa zehn bis zwanzig Metern.

Asteroiden Ryugu aus sechs Kilometern Entfernung
Dicht am Asteroiden Ryugu
Bild 4/6, Quelle: JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, University of Aizu and AIST.University of Aizu, Kobe University, Auburn University, JAXA

Dicht am Asteroiden Ryugu

Am 20. Juli 2018 nahm die optische Teleobjektivkamera (ONC-T) der japanischen Hayabusa2-Sonde den Asteroiden Ryugu aus sechs Kilometern Entfernung auf. Gut erkennbar sind die zahlreichen großen Felsbrocken auf der Asteroidenoberfläche sowie der große Krater in der Bildmitte. Ein Pixel entspricht etwa 60 Zentimetern.

30 mal 30 mal 20 Zentimeter großer Lander MASCOT
Asteroidenlander MASCOT
Bild 5/6, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Asteroidenlander MASCOT

Im Inneren des 30 mal 30 mal 20 Zentimeter großen Landers MASCOT sind insgesamt vier Instrumente eingebaut: Mit einem Radiometer und einer Kamera des DLR sowie einem Spektrometer und einem Magnetometer der TU Braunschweig sollen die mineralogische und geologische Zusammensetzung der Asteroidenoberfläche untersucht und Oberflächentemperatur sowie Magnetfeld des Asteroiden ermittelt werden. Dabei erhält MASCOT durch einen eingebauten Schwungarm die nötige Bewegungsenergie für die Hüpfmanöver auf der Oberfläche.

Asteroidenlander MASCOT an Bord der Raumsonde Hayabusa2
Asteroidenlander MASCOT an Bord der Raumsonde Hayabusa2
Bild 6/6, Quelle: DLR (CC-BY 3.0)

Asteroidenlander MASCOT an Bord der Raumsonde Hayabusa2

Eine 3200 Millionen Kilometer weite Reise liegt hinter der japanischen Raumsonde Hayabusa2 mit dem deutsch-französischen Lander MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) an Bord.

Ryugu und andere Asteroiden der häufig vorkommenden "C-Klasse" bestehen aus poröserem Material als bisher angenommen. Kleine Bruchstücke ihres Materials sind deshalb zu fragil, um bei einer Kollision mit der Erde den Eintritt in die Atmosphäre zu überstehen. Damit ist die Ursache für das beobachtete Defizit dieses Typs in den Meteoritensammlungen der Erde gefunden. Zu diesen Erkenntnissen kommen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einem wissenschaftlichen Aufsatz, der in der Fachzeitschrift NATURE Astronomy erschienen ist. Die Ergebnisse basieren auf hochaufgelösten Messungen der Oberflächentemperatur mit dem DLR-Radiometer MARA an Bord der deutsch-französischen Landesonde MASCOT. Am 3. Oktober 2018 landete MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) im Rahmen der japanischen Hayabusa2-Mission auf dem knapp einen Kilometer großen Asteroiden Ryugu und sendete spektakuläre Bilder und physikalische Messungen von der Asteroidenoberfläche zur Erde.

"Ryugu hat uns überrascht", sagt Dr. Matthias Grott, wissenschaftlicher Leiter des Radiometerexperiments MARA vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin und Erstautor der Studie. "Wir sehen auf dem Asteroiden ausschließlich größere Brocken, die hochporös und wahrscheinlich sehr fragil sind." Frühere teleskopische Infrarot-Aufnahmen solch kohlenstoffreicher Asteroiden von der Erde aus interpretierten die Forscher in Hinblick auf ihre thermischen Eigenschaften als Körper, die von sand- bis kieselgroßen Partikeln bedeckt sind. Insgesamt haben neben den internationalen Partnern 21 DLR-Wissenschaftler aus verschiedenen Instituten in Berlin, Bremen und Köln an der Studie mitgewirkt. "MASCOT hat die breiten Kompetenzen des DLR in der Raumfahrtforschung zusammengebracht von der Entwicklung, Erprobung und zuverlässigen Integration bis zur Expertise in der wissenschaftlichen Erkundung des Sonnensystems", sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie. "Die ersten veröffentlichten Ergebnisse stellen dies eindrucksvoll unter Beweis."

Defizit bei Meteoritenfunden zeigt Schutz durch die Erdatmosphäre

Bisher wurden auf der Erde nur wenige sogenannte chondritische Meteorite gefunden, die als Bruchstücke zu den sehr häufig im Sonnensystem vorkommenden C-Typ Asteroiden passen (das "C" steht für das chemische Symbol für das Element Kohlenstoff). Chondren sind kleine, millimetergroße Gesteinskügelchen, die sich im solaren Urnebel vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet haben und als Urbausteine der Planetenentstehung gelten. "Wir können nun bestätigen, dass Bruchstücke dieser Asteroiden sehr wahrscheinlich beim Eintritt in die Erdatmosphäre weiter zerfallen und in der Folge meist vollständig verglühen, so dass es nur die größten Bruchstücke heil bis auf die Erdoberfläche schaffen", erklärt Grott. "Das ist der Grund, warum Meteoritenfunde als Zeugen dieses Asteroidentyps auf der Erde so selten sind."

Die ausgesprochen gute Nachricht: Dies bedeutet auch, dass die Erdatmosphäre einen erhöhten Schutz der Erde vor den häufig vorkommenden C-Typ-Asteroiden bietet, die immerhin 75 Prozent aller Asteroiden stellen. Ryugu selbst ist ein C-Klasse-Asteroid, ein als kohlenstoffreich eingeschätzter Vertreter der ältesten Körper des viereinhalb Milliarden Jahre alten Sonnensystems: ein "Urbaustein" der Planetenentstehung und in diesem Falle auch einer von 17.000 bekannten erdbahnkreuzenden Asteroiden. Bis zu welcher Asteroidengröße dieser Schutz wirksam ist, müssten aber weitere Forschungsarbeiten erst noch zeigen.

Das internationale Forscherteam um Dr. Matthias Grott hatte auf Ryugu während dessen etwa siebeneinhalbstündigen Tagesganges das Ansteigen und Abfallen der Oberflächentemperatur bestimmt, indem die von der Oberfläche bei Tag und Nacht abgestrahlte Infrarotstrahlung mit dem Radiometer MARA gemessen wurde. Aus den MARA-Messungen ließen sich die thermischen Eigenschaften sowie die Festigkeit des Materials schlussfolgern. Die Daten von MASCOT wurden zur japanischen Raumsonde Hayabusa2 übertragen. Dabei befand sich die Sonde in einer Beobachterposition drei Kilometer über dem Asteroiden. Von dort wurden alle Messungen und Betriebsdaten von MASCOT zur Erde übermittelt.

MASCOT landete am 3. Oktober 2018 im freien Fall mit Schrittgeschwindigkeit auf Ryugu. Sechs Minuten nach dem Abtrennen von Hayabusa2 in 42 Meter Höhe berührte das Landemodul am Ende einer ballistischen Flugbahn zum ersten Mal den Boden des Asteroiden Ryugu und hüpfte mehrere Meter weiter, ehe das zehn Kilogramm schwere Experimentenpaket zur Ruhe kam. Auf der Oberfläche bewegte sich MASCOT mit Hilfe eines rotierenden Schwungarms fort. So konnte MASCOT auf die "richtige" Seite gedreht werden und sogar Sprünge auf der Asteroidenoberfläche vollführen. Insgesamt war MASCOT 17 Stunden auf Ryugu aktiv, eine Stunde mehr, als vorausberechnet.

Ryugu hat nur ein 66.500stel der Anziehungskraft der Erde, sodass der kleine Schwung hierfür ausreichte: Eine technische Innovation für eine ungewöhnliche Form der Mobilität auf einer Asteroidenoberfläche. Aktuell dauert die Mission Hayabusa2 am Asteroiden Ryugu noch bis Ende dieses Jahres an, mit dem Ziel, Proben des Asteroidenmaterials bis Ende 2020 zur Erde zurück zu bringen. Vor wenigen Tagen hatte Hayabusa2 zum zweiten Mal erfolgreich Proben des Asteroiden genommen.

Über die Mission Hayabusa2 und MASCOT

Hayabusa2 ist eine Weltraummission der japanischen Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum erdnahen Asteroiden Ryugu. Der deutsch-französische Lander MASCOT an Bord von Hayabusa2 wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in enger Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d'Études Spatiales) entwickelt und gebaut. Die wissenschaftlichen Experimente an Bord von MASCOT sind Beiträge des DLR, des Institut d'Astrophysique Spatiale und der Technischen Universität Braunschweig. Betrieb und Steuerung des MASCOT-Landers und seiner Experimente erfolgen durch das DLR mit Unterstützung der CNES und in kontinuierlichem Austausch mit der JAXA.

Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte federführend zusammen mit CNES den Lander und testete ihn. Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig. Das DLR Robotik und Mechatronik Zentrum in Oberpfaffenhofen entwickelte den Schwungarm, der MASCOT auf dem Asteroiden hüpfen ließ. Das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin steuerte die Kamera MASCAM und das Radiometer MARA bei. Überwacht und betrieben wurde der Asteroidenlander aus dem MASCOT-Kontrollzentrum im Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) am DLR-Standort Köln.

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