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Eine Illustration zeigt, wie das Radar einen Asteroiden bei seiner Annäherung an die Erde aufspürt (Bildnachweis: Robert Lea)

Bodengestützte Radarsysteme könnten eine einzigartige Rolle bei der Planetenverteidigung spielen, indem sie der Menschheit helfen, die Erde zu schützen, indem sie Asteroiden und Kometen auf potenziell verheerendem Kollisionskurs mit unserem Planeten aufspüren.

Zu diesem Schluss kommen die National Academies in ihrem Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032. Derzeit gibt es auf der Erde nur ein Radarsystem, das sich auf die Erkennung bedrohlicher Weltraumfelsen konzentriert: Das Goldstone Solar System Radar der NASA, das Teil des Deep Space Network (DSN) ist.

Am Samstag (17. Februar) stellten Wissenschaftler auf der Jahreskonferenz der American Association for the Advancement of Science in Denver, Colorado, Ergebnisse vor, die auf ein bodengestütztes Radar hinweisen, das die Erkennung von Asteroiden und damit die planetarische Verteidigung erheblich beeinflussen könnte.

Zu den künftigen Bemühungen in dieser Richtung gehört das RADAR-System der nächsten Generation (ngRADAR) des National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das das Green Bank Telescope (GBT) der National Science Foundation und andere Einrichtungen nutzt, um die Fähigkeit der Menschheit zur Erkennung von Asteroiden und Kometen in Erdnähe mittels Radar zu erweitern.

Wissenschaftler kennen über 1,1 Millionen Asteroiden im Sonnensystem, und über 30 000 davon sind so genannte erdnahe Objekte (NEOs). Das Center of Near Earth Object Studies (CNEOS) der NASA schätzt, dass etwa 90 % der NEOs, die breiter als 1 km (0,62 Meilen) sind, bereits entdeckt wurden.

Darüber hinaus hat das CNEOS festgestellt, dass derzeit keine NEO-Bahnen die Erde bedrohen, zumindest nicht innerhalb des nächsten Jahrhunderts. Das bedeutet jedoch nicht, dass sich unter den verbleibenden 10 % der noch unentdeckten NEOs nicht doch ein Objekt befindet, das unseren Planeten bedrohen könnte.

Radar, ein Wort, das sich aus der Abkürzung Radio Detection and Ranging (Funkerkennung und -entfernungsmessung) ableitet, verwendet Radiowellen, um die Entfernung und Geschwindigkeit von Zielen zu bestimmen. Radarsysteme bestehen aus Sendeantennen, die Radiowellen aussenden, und Empfängerantennen, die die zurückgeworfenen Wellen auffangen. Radiowellen, die von Weltraumfelsen zurückgeworfen werden, könnten dazu beitragen, Asteroiden oder Kometen aufzuspüren und das nahegelegene Sonnensystem in noch nie dagewesener Detailtiefe zu untersuchen.

„Es gibt viele Anwendungen für die Zukunft des Radars, von der wesentlichen Verbesserung unseres Wissens über das Sonnensystem bis hin zu Informationen für die zukünftige Raumfahrt mit Robotern und Besatzungen und der Charakterisierung gefährlicher Objekte, die sich der Erde zu sehr nähern“, sagte Tony Beasley, der Direktor des NRAO, in einer Erklärung.

Radar könnte DART eine Vorwarnung geben

Die geologische Geschichte der Erde ist übersät mit Beispielen für die zerstörerischen Auswirkungen von Asteroiden auf unseren Planeten und seine Arten. Das eindrucksvollste Beispiel dafür ist der 200 Kilometer breite Chicxulub-Krater auf der Halbinsel Yucatán in Mexiko. Dieser Krater entstand durch den Einschlag eines 10 km (6,2 Meilen) großen Asteroiden vor 66 Millionen Jahren.

Dieser Asteroideneinschlag löste das Kreide-Tertiär-Ereignis (K-T) aus, bei dem drei Viertel der Pflanzen- und Tierarten auf der Erde ausgelöscht wurden, darunter auch die nicht-avischen Dinosaurier.

Damit es der Menschheit nicht so ergeht wie den Dinosauriern, entwickeln die Raumfahrtagenturen Strategien, um Asteroiden und Kometen auf Bahnen umzuleiten, die eines Tages die Erde treffen könnten. Das wohl eindrucksvollste Beispiel für diesen Abwehrmechanismus ist die NASA-Mission Double Asteroid Redirection Test (DART). Im September 2022 schlug DART in den kleineren Körper des Doppelasteroidensystems, Didymos und Dimorphos, ein. Ziel war es, herauszufinden, ob ein kinetischer Aufprall die Umlaufbahn eines Asteroiden so weit umlenken kann, dass er von einem Kollisionskurs abkommt. Kurz gesagt, es hat funktioniert.

Eine Illustration des Double Asteroid Redirection Test (DART) der NASA, während er sich seinem Zielmond um den Asteroiden Didymos nähert. (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins APL)

Andere Methoden zur Ablenkung von Asteroiden umfassen das Offensichtliche – die Zündung eines nuklearen Sprengsatzes auf seiner Oberfläche -, das Erhabene – das Abschleppen eines Asteroiden mit einem Sonnensegel – und sogar das schlicht Seltsame – das Schwarzfärben einer Seite eines Asteroiden, damit er mehr Sonnenlicht absorbiert, wodurch sich sein Massenschwerpunkt verschiebt und seine Umlaufbahn verändert. Auch wenn es sehr weit hergeholt klingt, so gibt es doch einige grundlegende Forschungsergebnisse zu diesem Thema.

Eine Sache, die alle diese möglichen Ablenkungsmethoden erfordern, ist jedoch Zeit.

Die Vorlaufzeiten, die für Asteroidenumlenkungsmissionen benötigt werden, können von vielen Jahren bis zu vielen Jahrzehnten reichen. Das bedeutet, dass die Raumfahrtagenturen eine lange Vorwarnzeit benötigen, bevor sie eine Methode zur Anpassung der Asteroidenbahn einführen können.

Das GBT wird als wichtiges Instrument für die Erkennung von Asteroiden vorgeschlagen, die in die Erdumlaufbahn eindringen, da es das größte vollständig steuerbare Radioteleskop der Welt ist. Das bedeutet, dass es etwa 85 % des Himmels über der Erde beobachten und Objekte, die durch sein Sichtfeld rasen, schnell aufspüren kann. Eine solche Fähigkeit würde es den Weltraumbehörden ermöglichen, den Standort, die Größe und die Geschwindigkeit potenziell gefährlicher NEOs in kürzerer Zeit zu bestimmen, so die Wissenschaftler.

„Vor kurzem hat das GBT dazu beigetragen, den Erfolg der DART-Mission der NASA zu bestätigen, dem ersten Test, ob Menschen die Flugbahn eines Asteroiden erfolgreich verändern können“, sagte Patrick Taylor, Wissenschaftler am NRAO und Projektleiter von ngRADAR, in der Erklärung.

Radar enthüllt bereits das Sonnensystem

Bei ersten Tests hat das ngRADAR-System des GBT bereits seine Fähigkeit unter Beweis gestellt, die Bewohner des Sonnensystems in unglaublichen Details zu enthüllen.

„Mit Unterstützung von Raytheon Technologies haben ngRADAR-Pilotversuche auf dem GBT – unter Verwendung eines Senders mit geringerer Leistung als ein Standard-Mikrowellenherd – die höchstauflösenden Bilder des Mondes hervorgebracht, die jemals von der Erde aus aufgenommen wurden“, fügte Taylor hinzu. „Stellen Sie sich vor, was wir mit einem leistungsstärkeren Sender erreichen könnten.

Das Radar könnte also nicht nur Asteroiden und Kometen aufspüren und verfolgen, sondern auch Planetenforschern dabei helfen, die Geologie von relativ nahe gelegenen Planeten und Monden zu untersuchen. Dies könnte uns einen Hinweis darauf geben, wie sich diese Körper im Laufe der 4,6 Milliarden Jahre alten Geschichte des Sonnensystems entwickelt haben.

Ein Radarbild des Tycho-Kraters auf dem Mond, aufgenommen mit dem ngRADAR-System des GBT. (Bildnachweis: Raytheon Technologies)

Nicht schlecht für eine Technologie, die es seit 1935 gibt, als das erste funktionierende Radarsystem in Form von sechs Holztürmen errichtet wurde – zwei für Sende- und vier für Empfangsantennen. Dieses System wurde in Orford Ness in der Region Suffolk in Großbritannien gebaut, und wie die Wissenschaftler erklären, hat sich die Goldstone-Anlage der NASA seit dieser Zeit nicht viel weiterentwickelt.

„Die Öffentlichkeit wird vielleicht überrascht sein, wenn sie erfährt, dass sich die Technologie, die wir in unserem aktuellen Radar in Goldstone verwenden, seit dem Zweiten Weltkrieg nicht wesentlich verändert hat. Bei 99 % unserer Beobachtungen senden und empfangen wir von dieser einen Antenne aus“, sagte Marina Brozović von der NASA in der Erklärung. „Neue Radarsender, wie ngRADAR auf dem GBT, haben das Potenzial, die Ausgangsleistung und die Bandbreite der Wellenform erheblich zu erhöhen, was eine noch höhere Auflösung der Bilder ermöglicht.

„Durch die Verwendung von Teleskopanordnungen zur Vergrößerung des Erfassungsbereichs wird außerdem ein skalierbares und robusteres System entstehen.“

„Das NRAO ist eine ideale Organisation, um diese Bemühungen zu leiten, da wir über Instrumente verfügen, die Radarsignale empfangen können, wie es das Very Long Baseline Array in unserem ngRADAR-Pilotprojekt getan hat“, sagte Brian Kent, Direktor für Wissenschaftskommunikation des NRAO, in der Erklärung. „Zukünftige Einrichtungen wie das Very Large Array der nächsten Generation werden als Empfänger eine leistungsstarke Kombination für die Planetenforschung bilden.“