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Sicherstellen, dass der kinetische Asteroidenabweiser DART der NASA sein Ziel trifft

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Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Asteroid die Erde trifft, ist zwar gering, aber selbst ein relativ kleiner Asteroid mit einem Durchmesser von etwa 150 Metern (500 Fuß) führt genügend Energie mit sich, um in der Nähe des Einschlagsortes große Schäden zu verursachen.

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Die NASA ist in den USA und weltweit federführend bei der Erkennung und Verfolgung potenziell gefährlicher Asteroiden und bei der Erforschung von Technologien zur Abschwächung oder Vermeidung von Einschlägen auf der Erde. Würde ein Asteroid entdeckt und festgestellt, dass er auf Kollisionskurs mit der Erde ist, könnte eine Reaktion darin bestehen, einen "kinetischen Impaktor" zu starten - ein Hochgeschwindigkeits-Raumschiff, das den Asteroiden ablenkt, indem es ihn rammt und so die Bahn des Asteroiden leicht verändert, so dass er die Erde verfehlt. Der Double Asteroid Redirection Test (DART) der NASA wird die erste Mission sein, die die Ablenkung eines Asteroiden durch einen kinetischen Impaktor demonstriert

DART wird die Technologie der kinetischen Impaktoren testen, indem ein Doppelasteroid ins Visier genommen wird, der sich nicht auf einem Kollisionskurs mit der Erde befindet und daher keine tatsächliche Bedrohung für den Planeten darstellt. Das System besteht aus zwei Asteroiden: dem größeren Asteroiden Didymos (Durchmesser: 780 Meter) und dem kleineren, mondähnlichen Asteroiden Dimorphos (Durchmesser: 160 Meter), der den größeren Asteroiden umkreist. DART, das am Mittwoch, den 24. November um 1:21 Uhr EST mit einer SpaceX Falcon 9 Rakete vom Space Launch Complex 4 East auf der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien gestartet ist, wird Dimorphos fast frontal treffen und die Zeit, die das kleine Asteroiden-Mondlein braucht, um Didymos zu umkreisen, um einige Minuten verkürzen. Die Mission wird vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, für das Planetary Defense Coordination Office der NASA geleitet und von mehreren NASA-Zentren unterstützt.

Wissenschaftler und Ingenieure am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, überprüfen die Flugbahn der Mission und führen Computersimulationen durch, um vorherzusagen, wie der Einschlag die Umlaufbahn von Dimorphos verändern könnte. Das Team wird auch Teleskopbeobachtungen durchführen, um die Menge und Zusammensetzung von Staub und flüchtigen Bestandteilen (leicht verdampfbare Stoffe) zu bestimmen, die beim Einschlag freigesetzt werden.

"Wir sind eine unabhängige Überprüfung der Flugbahnberechnungen der Mission", sagte Brent Barbee, Leiter der dynamischen Verifizierung und Validierung und Leiter der DART-Flugdynamikunterstützung bei Goddard. Goddard nutzte seinen eigens entwickelten Evolutionary Mission Trajectory Generator (EMTG), um die Flugbahnen der DART-Mission in verschiedenen Stadien der Missionsentwicklung unabhängig zu überprüfen und zu validieren und die Fähigkeit der Mission zu bewerten, sich an fehlenden Schub und andere Eventualitäten anzupassen.

"Wir haben das EMTG auch zur Unterstützung unabhängiger Studien zur Flugbahnoptimierung für DART genutzt. Diese Studien bewerteten die besten Flugbahnen für das Raumfahrzeug unter Berücksichtigung seiner Ziele, Fähigkeiten und Beschränkungen", sagte Bruno Sarli von Goddard und Heliospace Corporation, Berkeley, Kalifornien, ein Mitglied des DART-Trajektorienoptimierungsteams.

Goddard-Wissenschaftler helfen auch bei der Berechnung, wie der Einschlag die Umlaufbahn von Dimorphos verändern wird, indem sie einen speziellen Simulationscode für die Dynamik binärer (doppelter) Asteroiden verwenden, der vom Untersuchungsteam der Mission entwickelt wurde, um die Umlauf- und Rotationsbewegung des Didymos-Systems zu modellieren. Die Goddard-Gruppe hat eine Version des Programms für die DART-Mission überarbeitet und um neue Funktionen erweitert. "Unsere Simulationsergebnisse geben Aufschluss darüber, wie der Einschlag von DART die Dynamik des Systems in einer Weise verändern wird, die durch Fernbeobachtungen nachweisbar ist", so Barbee.

"Vor dem Start haben diese Simulationen dazu beigetragen, zu überprüfen, dass der DART-Aufprall die Missionsanforderungen auch unter nicht idealen Aufprallbedingungen erfüllen würde", fügt Joshua Lyzhoft von Goddard hinzu, der für die Entwicklung, Modellierung und Analyse der Dynamiksimulationen für DART zuständig ist. "Wir werden die Simulationen auch während der Mission mit Hilfe von Beobachtungen aktualisieren, um herauszufinden, wie stark der Einschlag von DART den Impuls von Dimorphos verändert hat, was ein wichtiges Ziel der Mission ist."

Die Algorithmen und der Code für die Dynamik von Doppel-Asteroiden sind sehr komplex und rechenintensiv, so das Team. "Eine der wichtigen Funktionen, die Goddard dem Code hinzugefügt hat, ist die Möglichkeit, ihn mit parallelem verteiltem Rechnen auszuführen, so dass die Simulationen in angemessener Zeit abgeschlossen werden können", sagte Barbee. "Wenn das System nach dem Einschlag beobachtet wird, wird dies das erste Mal sein, dass solche Einschlagseffekte beobachtet werden und das erste Mal, dass solche Beobachtungen mit Dynamiksimulationen für einen Doppelasteroiden verglichen und zur Kalibrierung verwendet werden."

Die Raumsonde wird das Didymos-Mondkügelchen Ende September 2022 abfangen, wenn sich das Didymos-System in einer Entfernung von etwa 11 Millionen Kilometern von der Erde befindet, so dass Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen und planetarischem Radar möglich sind, um die Änderung des auf das Mondkügelchen ausgeübten Impulses zu messen.

Goddard-Wissenschaftler werden zusätzliche Beobachtungen durchführen, um den wissenschaftlichen Ertrag der Mission zu erhöhen. "Wir werden die Menge des beim Einschlag freigesetzten Staubs sowie die Menge und Beschaffenheit möglicher flüchtiger Stoffe durch hochauflösende Radioteleskopbeobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) sowie anderen Radio- (Millimeter-/Submillimeter-) Einrichtungen bestimmen", sagte Stefanie Milam von Goddard, die Teil der DART-Arbeitsgruppe für unterstützende Beobachtungen und Co-Investigator des ALMA-Programms ist. "Zusätzlich wird es Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop von Didymos während und nach dem Einschlag geben, um auch den während des Ereignisses freigesetzten Staub zu überwachen." Milam unterstützt auch das Webb Guaranteed Time Observations Team (PI: Thomas/NAU).

"Die Beobachtungen von Staub und flüchtigen Stoffen mit Webb (Nahinfrarot-Wellenlängen) und ALMA (Submillimeter-Wellenlängen) werden uns helfen, die Zusammensetzung des Asteroiden sowie die Geschwindigkeit, Richtung und Art des durch den Einschlag ausgeworfenen Materials zu verstehen", sagte Nathan Roth von Goddard, ebenfalls Mitglied der Arbeitsgruppe für unterstützende Beobachtungen bei DART und Hauptforscher des ALMA-Programms. "Anhand der Helligkeit des Asteroiden bei jeder Wellenlänge werden wir in der Lage sein, die Größenverteilung der Staubpartikel in der Auswurfmasse zu verstehen. Mit der hochauflösenden Bildgebung von Webb werden wir in der Lage sein, Jets oder andere Strukturen in den Auswürfen zu verstehen. Mit der Molekülspektroskopie (Analyse des von Molekülen freigesetzten Lichts) von ALMA werden wir in der Lage sein, den Gehalt von Eisspuren unter der Oberfläche von Dimorphos sowie von Molekülen in der Gasphase, die durch den Einschlag entstanden sind, zu messen

Mehr über die Mission und die Partner:

Der Simulationscode für die Dynamik binärer Asteroiden wurde gemeinsam von der DART-Arbeitsgruppe für Dynamik entwickelt, die von Prof. Derek Richardson von der University of Maryland, College Park, geleitet wird. Der Kerncode wurde ursprünglich von Alex B. Davis und Daniel J. Scheeres an der University of Colorado, Boulder, entwickelt, die auch Mitglieder der Dynamics Working Group sind. Die Arbeitsgruppe Beobachtungen von DART wird von Prof. Cristina Thomas von der Northern Arizona University geleitet.

Das Johns Hopkins APL leitet die DART-Mission für das Planetary Defense Coordination Office der NASA als ein Projekt des Planetary Missions Program Office der Behörde. Die NASA unterstützt die Mission von mehreren Zentren aus, darunter das Jet Propulsion Laboratory in Südkalifornien, das Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, das Johnson Space Center in Houston, das Glenn Research Center in Cleveland und das Langley Research Center in Hampton, Virginia. Der Start wird vom Launch Services Program der NASA geleitet, das seinen Sitz im Kennedy Space Center der Behörde in Florida hat. SpaceX ist der Startdienstleister für die DART-Mission