September 23, 2023

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DART-Asteroideneinschlag verursacht 10.000 Kilometer großes Gesteinsschuttfeld – Ars Technica

Hineinzoomen / Staubige Trümmer der DART-Kollision dominieren dieses Bild, aber auch Steine ​​sind vorhanden.

Die DART-Mission (Double Asteroid Redirection Test) der NASA war aus Sicht der Planetenverteidigung erfolgreich und veränderte erfolgreich die Umlaufbahn des Asteroiden. Aber die Mission hatte eine wissenschaftliche Komponente, und wir sind immer noch dabei, die Trümmer des Einschlags zu durchsuchen, um herauszufinden, was der Einschlag uns über den Asteroiden verrät. Dies ist aufgrund der Entfernung zum Asteroiden und der geringen Lichtmenge, die von den Trümmern reflektiert wird, schwierig.

Heute wurde ein Artikel von einem Team veröffentlicht, das Bilder der Einschläge mit dem Hubble-Weltraumteleskop analysierte. Sie haben Dutzende Steine ​​ausgegraben, die zusammen ursprünglich 0,1 % der Masse von Dimorphos, dem DART-Ziel, ausgemacht hätten. Und obwohl sie sich alle sehr langsam von der Kollisionsstelle entfernen, sollten einige von ihnen in der Lage sein, der Schwerkraft des Doppelasteroidensystems zu entkommen.

Felswege

Bilder, die DART kurz vor seinem Untergang aufgenommen hat, zeigen, dass Dimorphos ein Trümmerhaufen war, ein Durcheinander aus Felsbrocken, kleinen Felsbrocken und Staub, die durch ihre gegenseitige Anziehungskraft kaum zusammengehalten wurden. Was passiert also, wenn ein relativ starres Objekt wie die Raumsonde DART mit hoher Geschwindigkeit auf einen Asteroiden trifft?

Eine Zeit lang lautete die Antwort: „Zu viel Staub.“ Frühe Bilder zeigen, wie viel Material von den Asteroiden ausströmt, sich im Weltraum verteilt und einen langen „Schweif“ bildet, der durch den Strahlungsdruck der Sonne angetrieben wird. Aber im Laufe der Zeit wurden so viele Trümmer entfernt, dass Hubble ein klares Bild von allen größeren Objekten machen konnte, die vom Staub verdeckt worden waren – oder besser gesagt, eine Reihe klarer Bilder.

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Die Herausforderung dabei besteht darin, dass diese großen Objekte immer noch sehr klein sind und nur sehr wenig Sonnenlicht reflektieren. Daher erscheinen sie im Allgemeinen als winzige Lichtpunkte und sind nicht von kosmischer Strahlung zu unterscheiden, die auf den Detektor trifft, oder von Hintergrundsternen, die sich während der Bildgebung durch Hubbles Sichtfeld bewegen.

Den Forschern gelang es, alle einzelnen Felsen zu identifizieren, die sonst schwer zu erkennen sind.
Hineinzoomen / Den Forschern gelang es, alle einzelnen Felsen zu identifizieren, die sonst schwer zu erkennen sind.

Daher mussten die Hubble-Bilder lange belichtet werden, um genügend Licht einzufangen, und die Forscher kombinierten mehrere Aufnahmen, die Hubble an verschiedenen Punkten seiner Umlaufbahn um die Erde gemacht hatte (was eine Neuausrichtung des Bildes erforderte, damit alle den entsprechenden Bereich aus dem gleichen Winkel zeigten). Licht, das nur in einem oder wenigen Bildern auftrat, wurde verworfen, wodurch ein Teil des Rauschens eliminiert wurde.

Nachdem die Aufnahmen kombiniert worden waren, konnten die Forscher fast 40 Objekte identifizieren, die sich mit dem Didymus/Dimorphus-System bewegten, aber davon abwichen. Auf den Einzelbildern sind nur die hellsten abgebildet.

Klein und langsam

Basierend auf der Menge an Licht, die sie reflektieren, schätzen die Forscher, dass die Felsen, die sie sehen, innerhalb von 4 bis 7 Metern Entfernung sind. Dies basiert auf dem durchschnittlichen Reflexionsgrad der Mutter-Asteroiden; Alle dunkleren oder helleren Gesteine ​​werden diese Schätzungen offensichtlich verfälschen. Um die wahrscheinlichen Gesteinsmassen zu ermitteln, verwenden Forscher auch eine Schätzung der monolithischen Dichte auf der Grundlage intakter Asteroiden. Insgesamt trugen sie schätzungsweise etwa 0,1 Prozent der Dimorphos-Masse vor dem Aufprall.

Anhand ihrer Entfernung vom Aufprallort war es möglich, ihre Geschwindigkeiten abzuschätzen. Alles sehr langsam. Selbst die schnellsten Felsbrocken bewegen sich mit weniger als einem Meter pro Sekunde, was einer Entfernung von einem Kilometer von der Einschlagstelle aus fast vier Stunden entspricht. Und die langsamere Geschwindigkeit beträgt nur einen Bruchteil dieser Geschwindigkeit.

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Aufgrund der sehr schwachen Schwerkraft des doppelten Asteroidensystems, aus dem sie stammten, könnten die Hochgeschwindigkeitsobjekte jedoch der Schwerkraft entkommen. Tatsächlich kann die Gesteinspopulation grob in zwei Hälften geteilt werden, wobei die schnellere Hälfte die Fluchtgeschwindigkeit erreicht.

Die Kombination aus Masse und Geschwindigkeit ermöglichte es den Autoren, die gesamte kinetische Energie abzuschätzen, die diese Gesteine ​​bei der Kollision mitnahmen. Verglichen mit der von DART bereitgestellten Energie ist sie sehr gering, etwa 0,003 Prozent der von DART bereitgestellten Energie.

Da es sich bei Dimorphos um einen Trümmerhaufen handelt, gibt es keinen Grund zu der Annahme, dass es sich dabei um ein Produkt von DART handelt, das beim Aufprall einen größeren Felsbrocken zertrümmert hat. Stattdessen werden Dimorphos aus Felsen gebaut, die zuvor durch Kollisionen in der fernen Vergangenheit zertrümmert wurden. DART befreite nur wenige von ihnen von der Anziehungskraft des Trümmerhaufens. Basierend auf Bildern von Dimorphos vor dem Einschlag schätzen die Forscher, dass die Gesteine ​​zusammen etwa 2 % der Oberfläche des Asteroiden einnehmen würden. Dies entspricht dem Ausblasen eines Kraters durch DART mit einem Durchmesser von etwa 50 Metern.

Der Krater wäre wahrscheinlich kleiner, wenn DART genügend seismische Energie übertragen würde, um Material von anderen Stellen des Asteroiden zu lösen. Da die Trümmerhaufen jedoch voraussichtlich sehr porös sind, ist es unwahrscheinlich, dass die seismische Energie sehr weit in sie hineinreicht.

Auf jeden Fall werden wir ein klareres Bild der Dinge haben, wenn die HERA-Sonde der Europäischen Weltraumorganisation den Asteroiden für eine Folgestudie erreicht. Man muss sich nur gedulden, denn das wird voraussichtlich erst in den nächsten drei Jahren passieren.

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Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ace1ec (über DOIs).