Eine Illustration des Asteroiden Apophis, der sich im April 2029 der Erde nähert (Bildnachweis: Jonathan Männel / with Eyes on the Solar System, NASA/JPL)
In knapp einem halben Jahrzehnt wird ein 305 Meter breiter Asteroid, der nach dem ägyptischen Gott des Chaos und der Zerstörung, Apophis, benannt ist, bis auf 48.300 Kilometer an der Erde vorbeifliegen. Die Wissenschaftler haben nicht vor, den seltenen nahen Vorbeiflug eines Weltraumfelsens dieser Größe ungenutzt verstreichen zu lassen.
Am 13. April 2029 – ausgerechnet an einem Freitag – wird sich Apophis, offiziell bekannt als (99942) Apophis, der Erde so weit nähern, dass er mit bloßem Auge sichtbar sein wird. Die NASA-Raumsonde OSIRIS-APEX (früher als OSIRIS-REx bekannt) wird den erdnahen Asteroiden (NEA) persönlich treffen. Aber wenn alles gut geht, könnte diese NASA-Mission bei ihrem Rendezvous von einer ganzen Reihe kleiner Satelliten begleitet werden.
Im Rahmen des vielversprechenden Projekts „NEAlight“ hat ein Team der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) unter der Leitung des Raumfahrtingenieurs Hakan Kayal drei Konzepte für solche Raumfahrzeuge vorgestellt. Jeder der vorgeschlagenen Satelliten soll diese Asteroidenpassage ausnutzen, da die Erde nur einmal pro Jahrtausend ein solches Ereignis erlebt. Das Ziel? Daten zu sammeln, die den Wissenschaftlern helfen könnten, das Sonnensystem besser zu verstehen, und vielleicht sogar bei der Entwicklung von Abwehrmaßnahmen gegen gefährliche Asteroiden zu helfen.
Warum ist Apophis ein geeignetes Ziel für eine Studie zur planetarischen Verteidigung? Nun, der 2004 entdeckte Asteroid stieg schnell an die Spitze von Tabellen, die das Risiko von so genannten potenziell gefährlichen Asteroiden (PHAs) messen, oder Asteroiden mit einer Breite von 460 Fuß (140 Meter) oder mehr, die sich der Erde bis auf 20 Mondentfernungen nähern.
Sowohl die Größe von Apophis als auch die Nähe seiner Flugbahn zur Erde haben dazu geführt, dass der Asteroid 17 Jahre lang ganz oben auf der „Einschlagsrisikoliste“ der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) für PHAs und der Sentry-Risikotabelle der NASA stand. Das war so lange, bis Wissenschaftler der NASA bei einem nahen Vorbeiflug an dem Asteroiden – einem Weltraumfelsen, der fast so breit wie das Empire State Building hoch ist – im März 2021 feststellen konnten, dass Apophis die Erde frühestens in 100 Jahren treffen wird.
Auch wenn wir heute wissen, dass Apophis im nächsten Jahrhundert nicht mit der Erde kollidieren wird, werden seine wissenschaftlichen Auswirkungen im Jahr 2029 immer noch enorm sein, und Raumfahrtbehörden aus aller Welt werden seine Flugbahn genau verfolgen.
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Und als Asteroid, der sich etwa zur gleichen Zeit wie die Planeten aus Materialresten um die junge Sonne gebildet hat, bietet Apophis den Forschern die einzigartige Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung des Sonnensystems vor etwa 4,6 Milliarden Jahren zu bestimmen
Mit den Rendezvous-Kandidaten
Trotz der Tatsache, dass wir etwa 1,3 Millionen Asteroiden im Sonnensystem kennen, von denen 2.500 als potenziell gefährlich eingestuft werden (obwohl keiner davon die Erde für mindestens ein Jahrhundert treffen dürfte), sind Raumfahrtmissionen zur Erforschung von Asteroiden relativ selten.
Bisher wurden nur 20 Missionen zur Untersuchung von Asteroiden an Ort und Stelle eingesetzt, darunter die bereits erwähnte OSIRIS-REx, die japanischen Raumschiffe Hayabusa1 und Hayabusa2, die ESA-Raumsonde Rosetta und die Asteroidenmission Lucy der NASA, die derzeit zu den trojanischen Asteroiden unterwegs ist, die ihre Bahn mit dem Jupiter teilen. Daher muss das JMU-Team seine Optionen sorgfältig abwägen, wenn es ein zukünftiges Raumfahrzeug zur Erforschung von Asteroiden in Betracht zieht.
Eine Abbildung der OSIRIS-REx-Mission, die in OSIRIS-APEX umbenannt wurde, hat ein Datum mit Apophis im Jahr 2029. (Bildnachweis: NASA)
Das erste Konzept des Teams sieht einen kleinen Satelliten vor, der Apophis bei seiner Annäherung an die Erde im April 2029 für zwei Monate begleiten soll. Der Satellit wird dem „Gott der Zerstörung“ noch wochenlang folgen, auch wenn er sich wieder entfernt. Im Laufe der Mission wird die deutsche Raumsonde Apophis fotografieren und Messungen durchführen, um die Veränderungen zu dokumentieren, die der NEA während seines Vorbeiflugs erfährt. Diese besondere Mission wäre aufgrund ihrer Dauer, der Entfernung, die sie zurücklegen muss, und der Tatsache, dass die Sonde über lange Zeiträume autonom funktionieren muss, eine Herausforderung. Außerdem müsste es mindestens ein Jahr vor der Ankunft von Apophis in Erdnähe starten.
Das mögliche Aussehen eines kleinen Satelliten, der Apophis bei seinem Besuch auf der Erde im April 2029 erforschen soll (Bildnachweis: SATEX-Team / Universität Würzburg)
Das zweite Konzept des Teams beinhaltet die Integration mit einer größeren Raumsonde, die von der ESA unter dem Namen RAMSES geplant wird. Diese Mission wird mit kleineren Satelliten, Messgeräten und Teleskopen ausgestattet sein. RAMSES, benannt nach dem ägyptischen Pharao Ramses dem Großen, würde zu Apophis reisen und den Asteroiden auf seinem Weg an der Erde vorbeifliegen lassen.
Wenn das zweite Konzept Früchte trägt, wird einer der von RAMSES getragenen Kleinsatelliten vom JMU-Team entwickelt, wobei dieses Projekt weniger technischen Aufwand erfordert als das erste Konzept, aber mehr wissenschaftliche Erkenntnisse verspricht.
Eines der Hauptprobleme des zweiten Konzepts besteht jedoch darin, REMESES auf den Weg zu bringen – nicht im wörtlichen, sondern im übertragenen Sinne. Der Erfolg wird von der Bereitschaft der ESA-Partnerländer abhängen, die Mission zu finanzieren. Auch hier wäre eine Vorlaufzeit von mindestens 365 Tagen erforderlich, um den Erfolg dieses Konzepts zu gewährleisten.
Das dritte Konzept sieht einen kleinen Satelliten vor, der nur kurz an Apophis vorbeifliegt, wenn der Asteroid der Erde am nächsten ist, und dabei Bilder von dem Asteroiden aufnimmt. Dieses Konzept würde viel weniger Aufwand erfordern, und der Satellit wäre relativ kostengünstig.
Der Nachteil von Konzept 3 ist jedoch, dass die Beobachtungszeit begrenzt wäre, was auch den Umfang des Wissens, das diese Mission zu unserem Verständnis von Asteroiden beitragen würde, einschränken würde.
Auf der positiven Seite könnte die kleine Mission nur zwei Tage vor der Ankunft von Apophis starten. Sollte Konzept 3 Apophis erfolgreich beobachten, würde dies die Fähigkeit kleiner und kostengünstiger Satelliten zur Erforschung von Asteroiden demonstrieren und vielleicht zu einem gesteigerten Interesse an zukünftigen In-situ-Missionen zur Erforschung von Asteroiden führen.
Das NEAlight-Projekt ist Anfang Mai 2024 angelaufen; bis zum 30. April 2025 werden die Wissenschaftler der JMU die Anforderungen und Besonderheiten der jeweiligen Missionen ausarbeiten.
Über den Besuch von Apophis hinaus könnten die drei untersuchten Konzepte Optionen für künftige Missionen zu anderen Planeten des Sonnensystems, zum Mond – oder vielleicht zu anderen interessanten NEAs – bleiben.
