12. Juli 2022
Mission Hayabusa 2

DLR wird Staub vom Aste­ro­iden Ryu­gu un­ter­su­chen

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Hayabusa-2-Probe A0112
Ha­ya­bu­sa-2-Pro­be A0112
Bild 1/8, Credit: JAXA

Hayabusa-2-Probe A0112

Die ja­pa­ni­sche Welt­rau­m­or­ga­ni­sa­ti­on JA­XA hat dem DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung von den Pro­ben, die 2020 mit der Missi­on Ha­ya­bu­sa 2 zur Er­de ge­bracht wur­den, das Staub­körn­chen A0112 zu­ge­teilt. Das drei Mil­li­me­ter große Körn­chen stammt vom Aste­ro­iden Ryu­gu und hat ei­ne Mas­se von 5,1 Mil­li­gramm. Es wird noch 2022 nach Ber­lin kom­men, wo es im Pla­ne­ta­ry Spec­tros­co­py La­bo­ra­to­ry (PSL) und Sam­ple Ana­ly­sis La­bo­ra­to­ry (SAL) un­ter­sucht wird.
Proben vom Asteroiden Ryugu
Pro­ben vom Aste­ro­iden Ryu­gu
Bild 2/8, Credit: JAXA

Proben vom Asteroiden Ryugu

Die Pro­ben aus den Be­häl­tern A (obe­re Rei­he) und C wur­den nach dem Öff­nen der Ha­ya­bu­sa-2-Rück­kehr­kap­sel in drei klei­ne­re Be­häl­ter um­ver­teilt und da­bei ihr Ge­wicht be­stimmt. Ins­ge­samt er­reich­ten et­was mehr als fünf Gramm Pro­ben vom Aste­ro­iden Ryu­gu die Er­de.
Erste Untersuchungen von Ryugu-Proben
Ers­te Un­ter­su­chun­gen von Ryu­gu-Pro­ben
Bild 3/8, Credit: JAXA

Erste Untersuchungen von Ryugu-Proben

Nach dem Öff­nen der Ha­ya­bu­sa-2-Rück­kehr­kap­sel wur­de je­des ein­zel­ne Staub­körn­chen ka­ta­lo­gi­siert, ku­ra­tiert und ei­ner ers­ten mi­kro­sko­pi­schen Ana­ly­se un­ter­zo­gen.
Untersuchung von extraterrestrischem Material
Un­ter­su­chung von ex­tra­ter­rest­ri­schem Ma­te­ri­al
Bild 4/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Untersuchung von extraterrestrischem Material

Das Pla­ne­ta­ry Spec­tros­co­py La­bo­ra­to­ry (PSL) am DLR-In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung.
Asteroid Ryugu
As­te­ro­id Ryu­gu
Bild 5/8, Credit: JAXA

Asteroid Ryugu

Der et­wa tau­send Me­ter durch­mes­sen­de As­te­ro­id Ryu­gu wur­de 1999 ent­deckt. Er wur­de als Ziel der ja­pa­ni­schen As­te­roi­den­mis­si­on Ha­ya­bu­sa 2 aus­ge­wählt, die den Aste­ro­iden – ein erd­na­her Kör­per der Apol­lo-Grup­pe – dann 2018 und 2019 aus der Nä­he be­ob­ach­te­te und da­bei zwei­mal Pro­ben nahm, die 2020 die Er­de er­reich­ten.
Probennahme auf Ryugu
Pro­ben­nah­me auf Ryu­gu
Bild 6/8, Credit: JAXA

Probennahme auf Ryugu

Im Zu­ge der Na­her­kun­dung des Aste­ro­iden Ryu­gu zwi­schen Ju­ni 2018 und No­vem­ber 2019 setz­te die Raum­son­de Ha­ya­bu­sa 2 mit ei­nem Rohr für die Pro­nen­nah­me zwei­mal, am 22. Fe­bru­ar und am 11. Ju­li 2019, auf der As­te­roi­deno­ber­flä­che auf und nahm da­bei ins­ge­samt et­was mehr als fünf Gramm Ma­te­ri­al auf, das 2020 die Er­de er­reich­te (künst­le­ri­sche Dar­stel­lung).
Rückweg von Hayabusa 2 zur Erde
Rück­weg von Ha­ya­bu­sa 2 zur Er­de
Bild 7/8, Credit: DLR (CC BY-NC-ND 3.0)

Rückweg von Hayabusa 2 zur Erde

Am 13. No­vem­ber 2019 be­gab sich die ja­pa­ni­sche As­te­roi­den­son­de Ha­ya­bu­sa 2 auf den Rück­weg vom Aste­ro­iden Ryu­gu zur Er­de. Nach ei­ner Um­run­dung der Son­ne trenn­te Ha­ya­bu­sa 2 am 5. De­zem­ber 2020 die Rück­kehr­kap­sel mit den Pro­ben vom Aste­ro­iden Ryu­gu ab. Die Kap­sel lan­de­te si­cher am glei­chen Tag in Zen­tralaus­tra­li­en.
Wertvolle Fracht vom Asteroiden Ryugu
Wert­vol­le Fracht vom Aste­ro­iden Ryu­gu
Bild 8/8, Credit: JAXA

Wertvolle Fracht vom Asteroiden Ryugu

Ja­pa­ni­sche Wis­sen­schaft­ler ha­ben die Pro­ben­rück­kehr­kap­sel mit fünf Gramm Staub und Ga­sen des Aste­ro­iden Ryu­gu am 5. De­zem­ber 2020 im Woo­me­ra-Test­ge­biet ge­bor­gen und brin­gen sie zu ei­nem He­li­ko­pter und wei­ter nach Ja­pan, wo die Kap­sel un­ter Welt­raum­be­din­gun­gen im Va­ku­um ge­öff­net wur­de.
  • Am 5. Dezember 2020 lieferte die Asteroidensonde Hayabusa 2 eine Kapsel mit 5 Gramm Staub-, Gesteins- und Gasproben an der Erde ab.
  • DLR-Wissenschaftlerinnen waren an der Sichtung und Katalogisierung in Japan beteiligt.
  • Japanische Weltraumorganisation JAXA bewilligt DLR-Antrag auf Untersuchung von Proben in dessen Berliner Planetenlabor.
  • Untersuchung soll spektrale Unterschiede zwischen Original- und Analogmaterial klären.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Exploration des Sonnensystems, Asteroiden, Planetenlabor

Zwischen Juni 2018 und November 2019 untersuchte die japanische Raumsonde Hayabusa 2 den knapp einen Kilometer großen Asteroiden Ryugu aus nächster Nähe. Die Sonde hatte zweimal Kontakt mit Ryugu und sammelte dabei Proben der Asteroidenoberfläche.

„Hayabusa 2 war beziehungsweise ist eine der komplexesten Missionen in der Geschichte der Erforschung der Körper des Sonnensystems“, betont Dr. Anke Pagels-Kerp, Bereichsvorständin Raumfahrt des DLR, „Neben der Probennahme wurden mehrere außergewöhnliche, erstmals angewandte Experimente am und auf dem Asteroiden Ryugu durchgeführt. Die Untersuchung der Proben von Ryugu ist auch eine Anerkennung der Kompetenzen des DLR auf dem Gebiet der Planetenforschung.“

Anschließend machte sich Hayabusa 2 auf den Weg zurück zur Erde und trennte am 5. Dezember 2020 die Probenkapsel in 220.000 Kilometer Entfernung zur Erde von der Sonde ab. Die Kapsel drang in die Erdatmosphäre ein, bremste durch Luftreibung stark ab und schwebte am Ende des Manövers mit der wertvollen kosmischen Fracht an einem Fallschirm zur Erde. Eine Suchmannschaft fand die unbeschädigte Kapsel im Zielgebiet in Zentralaustralien sofort. Etwa fünf Gramm von Ryugu werden seither in den japanischen Laboren katalogisiert und kuratiert. Nun bewilligte die japanische Weltraumorganisation JAXA einen Antrag des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) auf Untersuchung eines kleinen Teils der Proben.

„Mit der Untersuchung in unserem Planetenlabor wollen wir eine grundsätzliche methodische Frage bei der Interpretation von Probenmaterial und Fernerkundungsdaten beantworten“, erklärt Dr. Alessandro Maturilli vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. „Typischerweise zeigen die Reflexions-Lichtkurven von im Labor untersuchtem Analogmaterial planetarer Stoffe stets größere Kontraste als ‚echtes‘ extraterrestrisches Material. Wir müssen herausfinden, ob das an Unterschieden in der Zusammensetzung oder an anderen Materialeigenschaften liegt, oder an unterschiedlichen Messmethoden im Weltraum und auf der Erde.“ Die Beantwortung dieser Frage ist wichtig für die Auswertung von Fernerkundungs-Messungen an den verschiedenen Körpern im Sonnensystem, also Beobachtungen mit Raumsonden aus der Distanz.

Vergleich von Fernerkundungsdaten mit Labormessungen

Das Laborteam vergleicht dabei hyperspektrale Daten und spektrale Bilddaten, die von Hayabusa 2 aus unterschiedlichen Höhen über Grund und – direkt auf der Oberfläche – mit den beiden DLR-Experimenten MAScam und MARA im Landemodul MASCOT aufgenommen wurden, mit den neuen Labormessungen. Die Laboruntersuchungen werden mittels „bidirektionaler Reflexionsspektroskopie“ unter simulierten Bedingungen wie auf der Asteroidenoberfläche in den Wellenlängen des UV-Lichts über das sichtbare Licht bis ins nahe und ferne Infrarot durchgeführt. „Wir sind gespannt, ob wir bei den Proben von Ryugu wieder einen Kontrast sehen, oder ob die Unterschiede zwischen Fernerkundungsmessungen und dem untersuchten Probenmaterial verschwinden.“

Insgesamt hat die Mission Hayabusa 2 etwas mehr als fünf Gramm an Material – etwa einen Teelöffel Staub – zur Erde gebracht. Über das letzte Jahr wurden diesen Proben in Japan durch das 40 Personen umfassende Hayabusa 2 Preliminary Analysis Team untersucht und katalogisiert. An diesen vorläufigen Untersuchungen in Japan waren auch Dr. Enrica Bonato und Dr. Gabriele Arnold vom DLR beteiligt. Gleichzeitig konnte sich die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft für Laboruntersuchungen von Ryugu-Material bewerben. Dem Team am DLR-Institut für Planetenforschung wurde die Probe A0112 zugeteilt. „Das ist ein drei Millimeter großes Körnchen von Ryugu mit einem Gewicht von 5,1 Milligramm“, freut sich Enrica Bonato. „Es wird noch 2022 zu uns nach Berlin kommen. Wir werden es hier im Planetary Spectroscopy Laboratory (PSL) untersuchen. Anschließend wird die Probe von einem funktionsfähigen Kameramodell analysiert, wie es im Asteroiden-Landemoduls MASCOT auf dem Asteroiden eingesetzt wurde. Dann vergleichen wir die spektralen Verläufe aus dem Labor mit den Untersuchungen dieser MASCam.“ Auch das Berliner Museum für Naturkunde, mit dem das DLR-Institut für Planetenforschung eng kooperiert, wird die Probe „unter die Lupe“ nehmen und mit einem Raster-Elektronenmikroskop, einer Mikrosonde und Röntgenspektroskopie untersuchen.

Ergebnis wird spektrale Analyse anderer Himmelskörper verbessern

Mit den Messungen an den Ryugu-Proben werden Labor- und Fernerkundungsbeobachtungen besser miteinander verknüpft werden können. In einem nächsten Schritt können die Erkenntnisse nicht nur bei der Auswertung der Hayabusa-2-Beobachtungen zu besseren Ergebnissen führen, sondern auch bei allen Fernerkundungsbeobachtungen, bei denen Planetenoberflächen mittels Spektroskopie analysiert werden. Darauf baut auch die Untersuchung der mineralogischen Zusammensetzung und der organischen Substanzen der von Hayabusa 2 gesammelten Proben auf. „Wir hoffen, damit besser zu verstehen, wie sich Asteroiden, diese Urbausteine des Sonnensystems, gebildet haben. Auf Ryugu haben wir wertvolle Proben aus der frühesten Zeit des Sonnensystems gewonnen.“ Dr. Alessandro Maturilli erhofft sich davon auch Erkenntnisse über die Asteroidenforschung hinaus. „Das dürfte unseren Wissensstand über die Mineralogie des Staubes und der kohlenstoffhaltigen, organischen Substanzen in der protoplanetaren Scheibe, aus der sich vor 4,5 Milliarden Jahren die Planeten bildeten, erweitern.“

Möglicherweise ergeben sich auch Rückschlüsse, wie Wasser und Wassereis im Mutterkörper des Asteroiden Ryugu zu Veränderungen in der mineralogischen Zusammensetzung führten, indem Vergleiche mit Messungen von unveränderten kohlenstoffhaltigen Analog-Meteoriten aus der Klasse der Chondriten gezogen werden. Dabei werden die Spektraldaten durch Daten ergänzt, die mittels Raman-Spektroskopie unter simulierten Oberflächenbedingungen von Asteroiden gemessen wurden. Auch würden Untersuchungen mit der Beugung von Röntgenstrahlung an den Kristallgittern der unterschiedlichen Mineralien im Sample Analysis Laboratory (SAL) im DLR-Institut für Planetenforschung es ermöglichen, die Gesamtmineralogie der Proben festzustellen sowie das Vorhandensein und die Art von organischem Material in den Proben zu untersuchen.

Hayabusa 2 war beziehungsweise ist eine der komplexesten Missionen in der Geschichte der Erforschung der Körper des Sonnensystems. Neben der Probennahme wurden mehrere außergewöhnliche, erstmals angewandte Experimente am und auf dem Asteroiden Ryugu durchgeführt. Die JAXA setzte unter anderem mehrere Mini-Rover auf der Oberfläche aus, die mit Kameras ausgestattet waren. Ein über der Oberfläche schwebender Sprengkörper wurde zur Detonation gebracht, um einen Krater zu erzeugen und dort zu sehen, wie Ryugu unter der weltraumexponierten Oberfläche beschaffen ist. Schließlich wurde am 3. Oktober 2018 das vom DLR und der französischen CNES entwickelte Landemodul MASCOT ausgebracht, das auf Ryugu landete und mit vier Instrumenten einen Tag lang Messungen durchführte. Höhepunkt waren schließlich die beiden Probennahmen am 22. Februar und am 11. Juli 2019 mit der späteren Rückführung zur Erde. Hayabusa 2 befindet sich nach dem Abliefern der Proben an der Erde weiterhin auf einer heliozentrischen Bahn und soll im Juli 2027 den Asteroiden 2001 CC 21 und im Juli 2031 den erdnahen Asteroiden 1998 KY 26 bei Vorbeiflügen untersuchen.

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