Berlin - Am 6. Dezember können Menschen im Süden Australiens Zeugen eines beeindruckenden Schauspiels werden. Gegen 16 Uhr wird hoch am Himmel über dem Woomera Range Complex ein leuchtender Punkt auftauchen. Langsam wird er sich in südwestlicher Richtung bewegen und bald rund hundertmal so hell strahlen wie die Venus. Nach 90 Sekunden endet das Spektakel, doch für Wissenschaftler beginnt jetzt erst das spannende Finale einer aufsehenerregenden Weltraummission.

Die Leuchtspur stammt von einer diskusförmigen Metallsonde, die mit mehr als 40.000 Kilometer pro Stunde in die Erdatmosphäre hineinrast und abgebremst wird. In etwa fünf Kilometer Höhe öffnet sich ein Fallschirm, an dem die Kapsel zu Boden schwebt. Sie enthält Bodenproben des Asteroiden Ryugu, den die japanische Sonde Hayabusa 2 im letzten Jahr gesammelt hat. Für Planetenforscher dürfte dies das schönste Nikolausgeschenk aller Zeiten sein, denn es soll ihnen Hinweise auf die Entstehung des Sonnensystems liefern.

Die letzten Manöver müssen exakt sitzen

Bevor die kosmische Fracht sicher zur Erde gelangen kann, muss die Muttersonde noch kritische Manöver ausführen. Vor einem Jahr verließ sie den Asteroiden Ryugu und bewegt sich seitdem auf die Erde zu. Rund eine Milliarde Kilometer hat sie zurückgelegt, wenn die letzte Kurskorrektur in Richtung Erde erfolgt. Am Sonnabend stößt sie die Probensonde ab, die dann im freien Fall auf unseren Planeten zurast. Dann zündet die Muttersonde erneut Steuerdüsen, um an der Erde vorbeizufliegen. Diese letzten Manöver müssen exakt sitzen.

Nach dem Start vor sechs Jahren erreichte Hayabusa 2, was Wanderfalke bedeutet, im Juni 2018 den nur 900 Meter kleinen Asteroiden Ryugu. Anderthalb Jahre lang umkreiste die Sonde den Gesteinsbrocken, setzte einen schuhkartongroßen Landeroboter namens Mascot auf der Oberfläche ab und nahm zwei Mal Bodenproben. Der zweite Anlauf verlief besonders spektakulär. Aus geringer Höhe hatte die Sonde mithilfe einer Sprengladung eine zwei Kilogramm schwere Kupferkugel mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche geschossen. Diese sprengte einen Krater mit zehn Metern Durchmesser in den Boden. Damit wurde frisches Material freigelegt, das zuvor unter der Oberfläche verborgen und vor dem Beschuss mit kosmischer Strahlung und Staubteilchen geschützt war. In diesem Krater landete Hayabusa 2 und sammelte Proben ein.

Der nach einem Unterwasserpalast einer japanischen Sage benannte Asteroid hielt für die Forscher einige Überraschungen bereit. So hatten sie erwartet, dass eine Staubschicht die Oberfläche bedecken würde. Auf tektonisch erkalteten Körpern entsteht sie durch den Dauerbeschuss von Mikrometeoriten. „Diese kosmische Verwitterung pulverisiert die Oberfläche der Gesteine, wie wir es zum Beispiel auf dem Erdmond vorfinden“, erklärt der Planetenforscher Ralf Jaumann von der Freien Universität (FU) Berlin. Unter seiner Leitung entstand am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Adlershof die Kamera auf Mascot. Eine denkbare Erklärung ist, dass die feinen Staubteilchen sich elektrostatisch aufladen, abstoßen und ins Weltall entweichen können. Die Schwerkraft ist an der Oberfläche so gering, dass ein Mensch nur etwa ein Gramm wiegen würde.

Foto: Jaxa
Der Asteroid Ryugu, fotografiert aus etwa 22 Kilometern Entfernung.

Außerdem ist die durchschnittliche Dichte des Körpers nur wenig größer als von Wassereis. Das lässt sich nur mit einer extrem großen Porosität erklären. „Ryugu ist ein durch die Schwerkraft zusammengehaltener Schutthaufen“, so Jaumann. Das ist eine wichtige Information in Hinblick auf eine mögliche Bedrohung durch Asteroideneinschläge auf der Erde. Ryugu gehört zur Gruppe von Körpern, die auf ihrem Weg um die Sonne die Erdbahn kreuzen. So wird er in den Jahren 2033 und 2076 relativ nahe an unserem Planeten vorbeiziehen, in absehbarer Zeit jedoch nicht mit ihm kollidieren.

Strategien gegen Kollision mit der Erde

Sollten Forscher aber irgendwann einen Erdbahnkreuzer auf Kollisionskurs entdecken, wird man über Abwehrmaßnahmen nachdenken müssen. Ein lose gebundener Körper wie Ryugu würde bei einem Angriff mit einer Bombe in viele Einzelgeschosse zerfallen, womit wenig gewonnen wäre. In einem solchen Fall müsste man ihn irgendwie sanft von seiner Bahn ablenken. Technische Möglichkeiten studieren die europäische und amerikanische Weltraumbehörde derzeit.

Aus wissenschaftlicher Sicht interessanter ist jedoch ein anderer Fund. Sowohl mit Hayabusa 2 aus der Umlaufbahn als auch mit Mascot am Boden ließen sich zwei unterschiedliche Gesteinsarten ausmachen. „Es gibt dunkle, eher gerundete und hellere, scharfkantigere Gesteine“, sagt Jaumann. Die dunkle Färbung stammt von kohlenstoffreichem Material, das helle ähnelt Silikaten. Stellt sich die Frage: Wie kam diese Gesteinsmischung zustande?

Ein japanisches Forscherteam um Eri Tatsumi von der Universität Tokio kommt zu dem Schluss, dass Ryugu wahrscheinlich aus der Kollision zwischen einem kleinen Silikat- und einem größeren Kohlenstoff-Mutterasteroiden entstanden ist. Dabei zersplitterten die Körper und das Material von beiden lagerte sich unter dem Einfluss der Schwerkraft wieder lose zusammen. Aus der Kraterdichte können die Forscher abschätzen, dass die Kollision vor etwa zehn Millionen Jahren stattfand. Allerdings umkreisen heute die meisten kohlenstoffreichen Asteroiden die Sonne in größerer Entfernung als die silikatreichen. Es hat also den Anschein, als könnten sich die Bahnen von Asteroiden im Laufe von Jahrmillionen verändern.

Die Entstehungsgeschichte der kleinen Körper zu verstehen, ist das zentrale Ziel der Forscher. Denn klar ist, dass sie sich bildeten, noch bevor die großen Planeten fertig waren. Asteroiden sind deshalb zusammen mit Kometen die ältesten Zeugen im Sonnensystem. Ihr Alter lässt sich zum Beispiel mit der Messung von sogenannten Isotopen bestimmen. Das sind unterschiedlich schwere Varianten eines Elements.

Durch natürlichen radioaktiven Zerfall verändern sich die Häufigkeiten der Isotope, sodass man sie als kosmische Uhr verwenden kann. Zudem liefert die genaue chemische und mineralische Zusammensetzung Hinweise auf die Temperatur oder die Anwesenheit von Wasser während der Entstehungsphase. Solche Analysen sind aber nur mit hoch sensiblen Instrumenten möglich. „Wenn wir die Proben in unseren Laboren haben, wird das alles rauskommen“, hofft Ralf Jaumann von der FU Berlin.

Das in Berlin mitentwickelte Landegerät Mascot.

Auch ein Zusammenhang zwischen Asteroiden und auf der Erde gefundenen Meteoriten ist eine wichtige Frage. Klar ist: Meteorite sind Asteroiden oder von ihnen abgesprengte Brocken, die mit der Erde kollidieren. Aber welcher Meteoritentyp stammt von welchem Asteroidentyp? „Die Forschung ähnelt ein wenig der derzeitigen Rückverfolgung von Corona-Infektionen“, sagt Jaumann.

Auch wenn Hayabusa 2 nur einige Gramm Staub zur Erde bringen wird, dürfte die Menge reichen, um viele Forschergruppen weltweit zu versorgen. „Man muss sich mit einem Antrag bewerben, ein Gremium entscheidet dann über die Vergabe“, so der Berliner Forscher. Erst einmal muss die kleine, an ein Mini-Ufo erinnernde Sonde sicher im Wüstenboden landen. Die Muttersonde wird derweil weiter die Sonne umkreisen und im Juli 2031 den nur 20 Meter kleinen Asteroiden 1998 KY26 erreichen.