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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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, Credit: 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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Livestream zur Landung von MASCOT
Pressekonferenz zur Landung von MASCOT Nach fast 4 Jahren Reise endlich angekommen: Der Lander MASCOT an Bord der japanischen Raumsonde HAYABUSA2 landet am 3. Oktober 2018 auf dem Asteroiden Ryugu. Dazu wird in Bremen auf dem IAC2018 und in Köln am Kontrollzentrum des Asteroidenlanders eine...
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