Planetare Verteidigung

Erfassung erdnaher Objekte

Die Abwehr der Bedrohung durch den Einschlag eines erdnahen Objekts erfordert frühzeitige Kenntnis und die Fähigkeit, ihn abzulenken, z. B. durch einen Impaktor. Um einer solchen Bedrohung zu begegnen, müssen potenziell gefährliche Objekte frühzeitig identifiziert werden, ihre Flugbahnen präzise bestimmt und sie regelmäßig überwacht werden, da ihre Bahnen sich unter dem Einfluss anderer Himmelskörper verändern. Zudem müssen Ablenkungsmethoden getestet und schließlich wirkungsvolle Ablenkungsmethoden entwickelt werden. Weitere relevante Einflüsse auf den Bahnverlauf erdnaher Objekte, wie der Jarkowski- oder der YORP-Effekt und das gravitational keyhole Phänomen,^[27] können Bahnbestimmungen sehr komplex machen und nur mit frühzeitiger Beobachtung bestimmt werden.^[28][29]

Erdgebundene Beobachtungen

Erdgebundene Projekte zur Himmelsüberwachung wie beispielsweise der Catalina Sky Survey und Pan-STARRS, die teilweise von der NASA finanziert wurden, sowie NEAT, LINEAR, LONEOS, CINEOS und Spacewatch versuchen, erdnahe Asteroiden und ähnliche Objekte zu entdecken. Um etwaige Risiken besser bewerten und einstufen zu können, wurden die Turiner Skala, die Palermo-Skala und Impakt- und Kollisions-Monitoring-Systeme wie NEODyS und Sentry konzipiert.^[33][34] Die NASA und die University of Hawaii betreiben seit 2015 das Frühwarnsystem ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System),^[35][36] mit dem Asteroiden ab 100 Metern Durchmesser drei Wochen vor dem Aufschlag auf die Erde erkannt werden können.^[37] Die NASA begann auf dem Areal des Kennedy Space Centers mit dem experimentellen Projekt ‚KaBOOM‘ (Ka-Band Objects Observation and Monitoring). Dabei werden vorerst drei 12-Meter-Radioteleskope verwendet. Ziel dieses Proof of Concept ist es, mit radarastronomischen Methoden Objekte in Entfernungen zwischen 0.5 und 1 AU zu detektieren.^[38]

Juni 2013 begann die „Asteroid Grand Challenge“, in der die NASA andere Raumfahrtorganisationen, wissenschaftliche und private Institutionen und die interessierte Öffentlichkeit einlud, Vorschläge einzubringen, wie potentiell gefährliche Asteroiden erkannt, klassifiziert und abgelenkt werden könnten.^[39][40][41] Im Januar 2014 wurden erste Vorschläge und Empfehlungen veröffentlicht.^[42][43] Im März startete das Crowdsourcing-Projekt Asteroid Data Hunter, ein mit einem Preisgeld dotierter Programmierwettbewerb, bei dem NASA und Planetary Resources interessierte Softwareentwickler einluden, bei der Entwicklung eines Algorithmus zu helfen, um damit zukünftig Asteroiden in Beobachtungsdaten erdgebundener Teleskope schneller finden zu können.^[44][45]

Anlässlich des Jahrestages des Tunguska-Ereignisses am 30. Juni fand 2015 ein Internationaler Tag der Asteroiden statt, bei dem die Öffentlichkeit über die Gefahr eines Asteroideneinschlags informiert wurde.^[46] Prominente und Forscher wie Carolyn Shoemaker, Martin Rees, Jim Lovell, Alexei Leonow, Chris Austin Hadfield, Brian Cox, Bill Nye, Kip Thorne, Richard Dawkins, Brian May und Jill Cornell Tarter unterstützten diese Initiative.^[47][48] Anfang 2016 richtete die NASA eine Koordinationsstelle für planetare Verteidigung und Katastrophenhilfe nach einem Asteroiden- oder Meteoriteneinschlag ein, das PDCO (Planetary Defense Coordination Office).^[49][50]

Abwehrmethoden

Mögliche Abwehrmethoden umfassen land-, see- und luftgestützte Waffensysteme, Weltraumwaffen, Energiewaffen und Railguns, aber auch bemannte und unbemannte Raumfahrtmissionen.^{[54][55][56][57]} Prinzipiell sind eine Reihe von Abwehrmethoden gegen Einschläge diskutiert worden:

• Ablenkung via Reflektoren: Die US-Raumfahrtbehörde NASA ließ im Sommer 2007 verlauten, dass man mit einer speziellen Raumsonde Asteroiden aus ihrer Bahn lenken könnte. Diese Sonde würde ein großes Sonnensegel mit sich führen, das Sonnenstrahlung auf einen kleinen Bereich des Asteroiden konzentrieren würde.^[58] Durch die dadurch erzeugte Wärme würde Materie des Asteroiden verdampfen und einen Rückstoß bewirken, der den Asteroiden von seiner Bahn ablenken würde. Die NASA schätzt, dass diese Methode für Asteroiden bis 500 m Durchmesser geeignet ist.

• Ablenkung via Schwerkraft: Die genaueste Methode zur Ablenkung eines Asteroiden ist der Einsatz der Schwerkraft. Es reicht, einen 20 Tonnen schweren Satelliten ein Jahr lang in 150 m Abstand zum Mittelpunkt eines Asteroiden über diesem schweben zu lassen, um den Asteroiden ausreichend abzulenken und dadurch die Erde vor einem 20 Jahre später drohenden Einschlag zu schützen.^[59] Ohne Raketenantrieb würde der Satellit, der über dem Asteroiden schwebt, binnen kurzem auf diesem abstürzen. Es ist daher ein geringer kontinuierlicher Antrieb nötig, um den Satelliten in der Schwebe zu halten. Da der Satellit den Asteroiden genauso stark anzieht, wie der Asteroid den Satelliten, zieht der Satellit den Asteroid entsprechend (extrem langsam, aber zur Ablenkung binnen Jahrzehnten ausreichend) hinter sich her. Solche Antriebe sind als Ionenantrieb kommerziell verfügbar, sie lassen sich über Solarpanele oder Kernreaktoren mit elektrischer Energie speisen. Aufgrund der exakten Kontrollierbarkeit des Satellitenantriebs und der präzise bekannten Wirkung der Schwerkraft ist dieses Ablenkverfahren das genaueste.

• Impulsartige Ablenkung via Impaktoren: 2022 wurde diese Strategie erstmals unter Realbedingungen mit großem Erfolg getestet, nämlich dem Double Asteroid Redirection Test von NASA und ESA. Dabei wurde die Umlaufbahn des Asteroiden Dimorphos durch Beschuss mit einer Sonde signifikant verändert. Dies weist auf einen denkbaren Erfolg einer solchen Abwehrstrategie hin.

• Ablenkung per Nuklearexplosion: Um die Erde zu schützen, müsste der Körper nicht nur vollständig gesprengt werden, sondern der Großteil der Masse des ursprünglichen Körpers ausreichend stark beschleunigt werden, dass er die Erde verfehlt. Dann ist es aber einfacher, auf die Sprengung zu verzichten und den Asteroiden als Ganzes mit einer Sprengung so abzulenken, dass er die Erde verfehlt. Hierfür wird die Explosion einer Nuklearwaffe in relativ geringer Entfernung zum Asteroiden als praktikabel erachtet. Die bei der Explosion freigesetzte Strahlung würde schlagartig Materie von der Oberfläche des Körpers verdampfen, aus der sich dann ein Feuerball bildet. Der sich im heißen Gas aufbauende Druck würde den Asteroiden dann in Richtung der von der Explosion abgewandten Seite beschleunigen. Aufgrund zahlreicher Unsicherheiten, etwa der genauen von der Kernwaffe freigesetzten Energiemenge, dem materialabhängigen Absorptionsverhalten der Asteroidenoberfläche und der genauen Dynamik des erzeugten Feuerballs ist die Ablenkung via Kernwaffenexplosion von allen genannten Methoden die ungenaueste. Sie ist aber auch die stärkste und könnte die einzig nutzbare Methode sein, wenn ein Asteroid auf Einschlagskurs zu spät entdeckt wird, um noch die anderen Methoden zu nutzen.^[60][61] Für den eventuellen Fall einer Asteroidenabwehr setzte die US-Regierung die für 2015 geplante Demontage von einigen nuklearen Gefechtsköpfen aus.^[62] 2015 vereinbarten NASA und National Nuclear Security Administration eine Kooperation.^[63]

• Sprengung des Asteroiden: In Filmen wie Deep Impact und Armageddon landen Raumschiffe auf der Oberfläche der Impaktkörper, um sie mithilfe von Nuklearwaffen zu sprengen. Bei Objekten mit mehreren hundert Kilometern Durchmesser, wie in letztgenanntem Film gezeigt, wäre eine Atombombe bei Weitem nicht stark genug, um überhaupt eine Wirkung zu erzielen.^[64] Zudem gelten alle Asteroiden dieser Größenordnung als vollständig bekannt und besitzen alle stabile Umlaufbahnen, auch insofern ist das in Armageddon dargestellte Szenario also unrealistisch. Die Wirkung eines realistischen Einsatzes auf ein erdnahes Objekt mit Durchmessern von weniger als einigen Kilometern wurde bislang nicht genauer untersucht.

Im April 2013 kündigte die US-Raumfahrtbehörde NASA die New Asteroid Initiative an, bei der die Erforschung eines kleinen Asteroiden in situ geplant ist. Als ideales Zielobjekt bezeichnete Charles Bolden einen etwa 500 Tonnen schweren und sieben bis zehn Meter großen Himmelskörper.^[65][66] Die Mission soll auch Erkenntnisse über zukünftige Ablenkungs- und Abwehrmaßnahmen von Objekten bringen.^[67][68][69]

Impaktor-Missionen

Die Nasa und die Iowa State University entwickelten ein Konzept für ein Hypervelocity Asteroid Intercept Vehicle (HAIV).^[70][71] Auch der Einsatz von UAVs wird erforscht.^[72] Im Oktober 2010 empfahl eine NASA-Arbeitsgruppe, der auch Rusty Schweickart, ein ehemaliger Astronaut angehörte, die Gründung einer Behörde für Planetare Verteidigung, das Planetary Defense Office.^{[73][74][75][76]}

2011 begannen die Planungen von ESA, NASA, und andere Organisationen an der gemeinsamen Asteroiden-Abwehrmission, AIDA – Asteroid Impact & Deflection Assessment, bei der verschiedene Abwehrkonzepte, wie z. B. ein Impaktor, konzipiert wurden.^[77] Das Ziel des Projektes war der erdnahe Doppelasteroid (65803) Didymos^[78][79]. Am 26. September 2022 schlug die am 24. November 2021 gestartete NASA-Sonde DART (Double Asteroid Redirection Test, englisch für „Doppelasteroiden-Ablenkungstest“)^[80] auf Dimorphos, dem kleineren Begleiter von Didymos, ein. Anschließend wurde überprüft, wie stark sich die Umlaufbahn von Dimorphos um seinen Mutterasteroiden dadurch verändert hatte. Am 11. Oktober 2022 gab die NASA bekannt, dass man mit dem Manöver die Umlaufzeit von Dimorphos von 11 Stunden 55 Minuten um 32 Minuten auf 11 Stunden 23 Minuten verkürzt, also den kleineren Asteroiden näher an Didymos herangebracht hatte. Außerdem war bei dem Einschlag eine große Menge Geröll ausgeworfen worden, das einen kometenartigen, etwa 10.000 km langen Schweif bildete.^[81][82] Die Hera-Mission der ESA soll 2027 beim Asteroiden eintreffen und das System genauer nach Aufbau, Massen und Zusammensetzung, sowie auf die Auswirkungen des Einschlags von DART untersuchen.

Weitere internationale Initiativen

Seit einigen Jahren gibt es Bestrebungen auf internationaler Ebene, die Risiken und Gefahren, die von erdnahen Objekten und einem Einschlag ausgehen, zu evaluieren. Das Büro der Vereinten Nationen für Weltraumfragen und der Weltraumausschuss der Vereinten Nationen gründeten u. a. Arbeitsgruppen, wie das UN Action Team 14, die sich mit der Thematik befassten.^[83][84] Mit der Einrichtung der Space Mission Planning Advisory Group (SMPAG) 2013 stellte das Action Team seine Arbeit ein und wurde 2015 aufgelöst.^[85] Im Juni 2012 wurde im UN-Ausschuss für die friedliche Nutzung des Weltraums über die Gestaltung eines Informations-, Analyse- und Warnnetzwerkes beraten.^[86][87]

Februar 2013 fand eine weitere Beratung des Scientific and Technical Subcommittees statt, dessen Empfehlungen 2014 der Generalversammlung der Vereinten Nationen vorgestellt werden.^[88] Die Forscher der Vereinten Nationen konkretisierten den Aufbau eines internationalen Frühwarnnetzwerkes (International Asteroid Warning Network – IAWN) und schlugen vor, die Bevölkerung besser über etwaige Bedrohungen und Konsequenzen eines Impaktes zu informieren.^[89][90] Eine RAND-Studie aus dem Jahr 2005 hält eine Geheimhaltung eines möglichen bevorstehenden Impaktereignisses bis zum letztmöglichen Zeitpunkt vor der allgemeinen Bevölkerung für unumgänglich, um etwaige Maßnahmen und Vorbereitungen durchführen zu können.^[91]

Auch die ESA befasst sich im Rahmen des Space-Situational-Awareness-Programms mit potentiellen Risikofaktoren für die Erde, wie Weltraumwetter, Weltraummüll und erdnahen Objekten.^[92][93] Die deutsche Luftwaffe und das DLR betreiben das Weltraumlagezentrum, das sich u. a. mit möglichen Gefährdungen durch Objekte aus dem Weltraum befasst. Im Mai 2013 eröffnete die Weltraumorganisation im Europäischen Weltraumforschungsinstitut (ESRIN) ein Koordinierungszentrum für erdnahe Objekte.^[94][95] Von Januar 2012 bis September 2017 suchte das internationale Forschungsprojekt NEOShield/NEOShield 2 unter Leitung der DLR nach Möglichkeiten zur Abwehr von Asteroiden.^[96][97]

Die International Academy of Astronautics hielt 2009 die erste Konferenz (Protecting Earth from Asteroids) in Spanien ab, weitere 2011 in Bukarest (From Threat to Action),^[98] 2013 in Flagstaff,^{[99][100][101]} 2015 am ESRIN in Frascati, Italien^[102] und 2017 in Tokyo, Japan.^[103] 2019 simulierten interdisziplinäre Organisationen, verschiedene Szenarien in Washington, D.C.^{[104][105][106]} Auch andere Non-Profit-Nichtregierungsorganisationen wie die B612 Foundation oder die Secure World Foundation befassen sich mit der Möglichkeit einer Abwehr von PHOs (Potentially Hazardous Objects, engl. potentiell gefährliche Objekte).^[107][108] Seit 2012 schreibt das Space Generation Advisory Council jährlich Move An Asteroid und Find An Asteroid -Wettbewerbe aus.^[109][110]