Am 3. Dezember, nachdem sie Milliarden von Kilometern von der Erde entfernt waren, erreichte die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx ihr Ziel, Bennu, und startete eine fast zweijährige, genauere Untersuchung des Asteroiden. Es wird fast jeden Quadratzentimeter dieses alten Schutthaufens inspizieren, der bei der Bildung unseres Sonnensystems übrig geblieben ist. Schließlich wird das Raumschiff eine Probe von Kieselsteinen und Staub von Bennus Oberfläche aufnehmen und 2023 zur Erde bringen.

Generationen von Planetenwissenschaftlern werden Teile der primitiven Materialien, die unsere kosmische Nachbarschaft geformt haben, untersuchen und die Rolle von Asteroiden bei der Lieferung lebensbildender Verbindungen an Planeten und Monde besser verstehen können.

Aber es ist nicht nur Geschichte, dass die Mission nach Bennu helfen wird, sie aufzudecken. Wissenschaftler, die den Fels durch die Instrumente von OSIRIS-REx im Weltraum untersuchen, werden auch unsere Zukunft gestalten. Während sie die detailliertesten Informationen über die Kräfte sammeln, die Asteroiden bewegen, werden Experten des NASA-Planetenverteidigungskoordinationsbüros, die für die Erkennung potenziell gefährlicher Asteroiden verantwortlich sind, ihre Vorhersagen verbessern, welche von ihnen auf einem Crashkurs mit unserem Planeten sein könnten.

So wird die OSIRIS-REx-Mission diese Arbeit unterstützen:

Wie Wissenschaftler Bennus Aufenthaltsort vorhersagen

Etwa eine dreizehn Kilometer breit, ist Bennu groß genug, um die Erdoberfläche zu erreichen; viele kleinere Raumobjekte hingegen verbrennen in unserer Atmosphäre. Wenn es die Erde treffen würde, würde Bennu weitreichende Schäden verursachen. Asteroidenexperten am Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS) am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, gehen davon aus, dass Bennu im Laufe des nächsten Jahrhunderts der Erde nahe genug kommen wird, um eine Chance von 1 zu 2.700 zu haben, sie zwischen 2175 und 2196 zu beeinflussen. Anders ausgedrückt, bedeuten diese Quoten, dass es eine 99,963-prozentige Chance gibt, dass der Asteroid die Erde verfehlt. Dennoch wollen Astronomen immer genau wissen, wo sich Bennu befindet.

Astronomen haben Bennus zukünftige Trajektorie geschätzt, nachdem sie sie seit ihrer Entdeckung im Jahr 1999 mehrmals beobachtet haben. Sie haben ihre optischen, Infrarot- und Radioteleskope jedes Mal, wenn sie der Erde nahe genug kamen, etwa alle sechs Jahre in Richtung Asteroid gedreht, um Merkmale wie Form, Rotationsrate und Flugbahn abzuleiten.

“Wir wissen innerhalb weniger Kilometer, wo sich Bennu gerade befindet”, sagte Steven Chesley, Senior Research Scientist bei CNEOS und ein OSIRIS-REx-Teammitglied, dessen Aufgabe es ist, die zukünftige Entwicklung von Bennu vorherzusagen.

Warum Bennus zukünftige Trajektorienvorhersagen unscharf werden?

Wissenschaftler haben Bennus Trajektorie um die Sonne herum weit in die Zukunft geschätzt. Ihre Vorhersagen werden durch Bodenbeobachtungen und mathematische Berechnungen gestützt, die die Gravitationsschübe von Bennu durch Sonne, Mond, Planeten und andere Asteroiden sowie nicht-gravitative Faktoren berücksichtigen.

Angesichts dieser Parameter können Astronomen die nächsten vier genauen Daten (im September 2054, 2060, 2080 und 2135) vorhersagen, dass Bennu innerhalb von 5 Millionen Meilen (7,5 Millionen Kilometer oder .05 astronomische Einheiten) von der Erde kommen wird. Das ist nah genug, dass die Schwerkraft der Erde Bennus Bahn im Vorbeigehen leicht biegen wird. Infolgedessen wird die Unsicherheit darüber, wo sich der Asteroid bei jeder Schleife um die Sonne befinden wird, wachsen, so dass Vorhersagen über Bennus zukünftige Umlaufbahn nach 2060 zunehmend verschwommener werden.

Im Jahr 2060 wird Bennu die Erde etwa doppelt so weit von hier bis zum Mond passieren. Aber es könnte an jedem Punkt in einem 30 Kilometer langen Fenster vorbeiziehen. Ein sehr kleiner Positionsunterschied innerhalb dieses Fensters wird in zukünftigen Bahnen enorm vergrößert und es immer schwieriger machen, Bennus Trajektorie vorherzusagen.

Als Folge davon, wenn dieser Asteroid im Jahr 2080 wieder in die Nähe der Erde zurückkehrt, ist nach Chesleys Berechnungen das beste Fenster, das wir an seinem Standort bekommen können, fast 14.000 Kilometer breit. Um 2135, wenn Bennus verschobener Orbit ihn näher als den Mond bringen soll, wird sein Vorbeiflugfenster breiter, auf fast 160.000 Kilometer (100.000 Meilen). Dies wird Bennus nächster Zugang zur Erde in den fünf Jahrhunderten sein, für die wir zuverlässige Berechnungen haben.

“Im Moment hat Bennu die beste Umlaufbahn aller Asteroiden in unserer Datenbank”, sagte Chesley. “Und doch können wir nach dieser Begegnung im Jahr 2135 wirklich nicht genau sagen, wohin sie führt.”

Es gibt noch ein weiteres Phänomen, das Bennus Umlaufbahn anregt und zukünftige Aufprallprojektionen verschlammt. Man nennt es den Yarkovsky-Effekt. Der Yarkovsky-Effekt hat nichts mit der Schwerkraft zu tun und schwankt Bennus Umlaufbahn wegen der Wärme der Sonne.

“Es gibt viele Faktoren, die die Vorhersagbarkeit von Bennus Flugbahn in der Zukunft beeinflussen könnten, aber die meisten von ihnen sind relativ klein”, sagt William Bottke, ein Asteroidenexperte am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, und ein teilnehmender Wissenschaftler an der OSIRIS-REx-Mission. “Derjenige, der am größten ist, ist Yarkvovsky.”

Dieser Wärmeschub wurde nach dem polnischen Bauingenieur benannt, der ihn 1901 erstmals beschrieb: Ivan Osipovichich Yarkovsky. Er schlug vor, dass Sonnenlicht eine Seite eines kleinen, dunklen Asteroiden erwärmt und einige Stunden später diese Wärme abgibt, während der Asteroid seine heiße Seite in kalte Dunkelheit dreht. Dadurch wird der Felshaufen je nach Drehrichtung etwas geschoben, entweder zur Sonne oder von ihr weg.

In Bennus Fall haben Astronomen berechnet, dass der Yarkovsky-Effekt seine Umlaufbahn seit 1999 um etwa 0,18 Meilen (284 Meter) pro Jahr in Richtung Sonne verschoben hat. Tatsächlich hat es dazu beigetragen, Bennu über Milliarden von Jahren hinweg aus dem Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter an unseren Teil des Sonnensystems zu liefern. Jetzt erschwert Yarkovsky unsere Bemühungen, Vorhersagen über Bennus Weg im Verhältnis zur Erde zu machen.

Die persönliche Begegnung mit dem Asteroiden wird helfen.

Die Raumsonde OSIRIS-REx wird ihre Instrumentenpalette nutzen, um Funkfolgesignale zu übertragen und optische Bilder von Bennu aufzunehmen, die NASA-Wissenschaftlern helfen werden, ihre genaue Position im Sonnensystem und ihren genauen Orbitalweg zu bestimmen. In Kombination mit bestehenden, bodengestützten Beobachtungen werden die Raummessungen helfen zu klären, wie sich die Umlaufbahn von Bennu im Laufe der Zeit verändert.

Darüber hinaus werden Astronomen erstmals ihr Verständnis des Yarkovksy-Effekts auf einen realen Asteroiden testen können. Sie werden das Raumschiff anweisen, Bennu in seiner Umlaufbahn über die Sonne etwa zwei Jahre lang zu folgen, um zu sehen, ob es sich auf einem erwarteten Weg bewegt, der auf Schwerkraft und Yarkovsky-Theorien basiert. Alle Unterschiede zwischen den Vorhersagen und der Realität könnten genutzt werden, um Modelle des Yarkovsky-Effekts zu verfeinern.

Aber noch wichtiger für das Verständnis von Yarkovsky besser wird die thermische Messung von Bennu sein. Während seiner Mission wird OSIRIS-REx verfolgen, wie viel Sonnenwärme vom Asteroiden abgestrahlt wird und wo er an der Oberfläche von Daten kommt, die helfen werden, Berechnungen des Yarkovsky-Effekts auf Asteroiden zu bestätigen und zu verfeinern.

Die Raumsonde wird auch einige offene Fragen zur Yarkovsky-Theorie behandeln. Einer von ihnen, sagte Chesley, ist, wie verändern Geröll und Krater auf der Oberfläche eines Asteroiden die Art und Weise, wie Photonen sich beim Abkühlen davon streuen, indem sie den Impuls von der heißeren Seite wegtragen und dadurch den Asteroiden in die entgegengesetzte Richtung schieben? OSIRIS-REx wird den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, indem es die Gesteinsbeschaffenheit der Oberfläche von Bennu kartiert.

“Wir wissen, dass die Oberflächenrauheit den Yarkovsky-Effekt beeinflussen wird; wir haben Modelle”, sagte Chesley. “Aber die Modelle sind spekulativ. Niemand konnte sie testen.”

Nach der OSIRIS-REx-Mission, sagte Chesley, werden die Trajektorienprognosen der NASA für Bennu etwa 60 Mal besser sein als jetzt.