Spacecraft and Space Missions

Der Besuch von OSIRIS-REX auf dem Asteroiden Bennu zeigte, dass diese kleine Welt eher ein Trümmerhaufen als ein fester Fels ist.

Dieses Mosaik des Asteroiden 101955 Bennu wurde mithilfe von Daten der NASA-Raumsonde OSIRIS-REX erstellt, die den Asteroiden von Ende 2018 bis Mitte 2021 besuchte. NASA GSFC / Universität von Arizona

Trümmerhaufen im Weltraum sind nicht wie die festen, die die Schwerkraft am Boden hält. Eine neue Analyse zeigt, dass die OSIRIS-REX-Sonde der NASA auf dem Weg zur Entnahme einer Probe direkt durch die Oberfläche des Trümmerhaufen-Asteroiden 101955 Bennu gestochen ist. Wenn die Sonde nicht so programmiert worden wäre, dass sie sich wenige Sekunden nach der Landung wieder in die Umlaufbahn hebt, hätte der einen halben Kilometer große Asteroid sie ganz verschluckt.

Der Asteroid ist so lose gebunden, dass der kurze Gasstrahl, der Oberflächenmaterial in den Sammeltrichter blasen sollte, stattdessen 6.000 Kilogramm (13.000 Pfund) Staub und Gestein ausgestoßen hat, sagt OSIRIS-Rex-Teammitglied Cat Wolner (Universität von Arizona). . Letztendlich schätzt das Team, dass die Sonde in der Lage war, ihren Trichter mit 250 Gramm Material zu füllen, um es mit nach Hause zu nehmen.

Obwohl die ersten Bilder des Probenahmemanövers von OSIRIS-REX am 20. Oktober 2020 nur 18 Minuten brauchten, um die Erde zu erreichen, brauchte das Team einige Zeit, um herauszufinden, was während des kurzen Touch-and-Go passiert war. Ihr unmittelbares Ziel war es, mindestens 60 Gramm Oberflächenmaterial für die Lieferung zur Erde im Jahr 2023 zu sichern. In Artikeln, die am 8. Juli online in Science and Science Advances veröffentlicht wurden, beschreiben Teammitglieder, wie der unerwartete Ausbruch von Staub und Gestein die Sonde fast erstickte, während sie nachgab uns neue Erkenntnisse über Trümmerhaufen-Asteroiden.

OSIRIS-REX-Bild des TAGSAM-ArmsSeite-an-Seite-Bilder der NASA-Raumsonde OSIRIS-REX des Roboterarms, als er zur Oberfläche des Asteroiden Bennu hinabstieg (links) und ihn antippte, um Staub und Gestein für die Probenentnahme aufzuwirbeln (rechts). Das Goddard Space Flight Center der NASA

Als OSIRIS-REX Ende 2018 bei Bennu ankam, erwarteten Planetenforscher zunächst, eine größtenteils staubige Oberfläche vorzufinden. Stattdessen fand die Sonde eine raue und felsige Welt mit wenigen Landemöglichkeiten vor.

Aus Oberflächenbildern wählte das OSIRIS-REX-Team einen 20 Meter breiten Krater als bestes Probenziel aus. Ein 3,35 Meter langer Gelenkarm, der an der Sonde befestigt war, wurde ausgeklappt, um einen Sammelkopf aus Aluminium einzusetzen; Zusammen werden diese Teile als Touch and Go Sample Acquisition Mechanism (TAGSAM) bezeichnet. Die Sonde näherte sich der Oberfläche am 20. Oktober mit einer langsamen Geschwindigkeit von 10 cm/s (0,2 mph).

Diese Animation zeigt das TAGSAM-Gerät, während es aufwirbelt und eine Probe losen Materials von Bennus Oberfläche sammelt.NASA Goddard / University of Arizona

Danach sollte der TAGSAM-Kopf die Oberfläche berühren und fünf Sekunden lang dort bleiben, während ein Strahl Stickstoffgas in das Oberflächenmaterial blies und es zum Auffangen durch den Kopf aufwirbelte. Das Raumschiff würde dann langsam mit der Probe vom Asteroiden abheben und in die Umlaufbahn zurückkehren.

TAGSAM hielt jedoch nicht an, als es die Oberfläche berührte. Es fuhr weiter und drückte einen weiteren halben Meter nach unten, bevor das Raumschiff seinen Kurs änderte und den Mechanismus durch den herausgeblasenen Staub und die Partikel nach oben hob. Einiges Material klebte sowohl am Raumschiff als auch am TAGSAM.

Beim Abflug sah das Raumschiff einen neun Meter langen elliptischen Krater. Dieses Bild und die Staubwolke erschreckten das Team. Labortests des Probenahmeverfahrens „machten kaum einen Divot“, sagte der Hauptforscher Dante Lauretta (University of Arizona) in einer Erklärung. „Was wir sahen, war eine riesige Trümmerwand, die strahlenförmig von der Probenstelle ausging. . . . Wir dachten: ‚Heilige Kuh!’“ Niemand hatte erwartet, dass der heikle Probenahmeprozess 6 Tonnen nach oben sprengen würde.

Glücklicherweise funktionierten die Instrumente weiter, als Staub und Trümmer über das Raumschiff wirbelten. Wolner war beeindruckt. „Wir konnten ein direktes Spektrum von den Partikeln erhalten, die auf der Optik des Spektrometers gelandet sind“, sagte sie. Diese Messwerte bestätigten andere Messungen: Bennu enthält kohlenstoffhaltige Materialien wie die der primitivsten Meteoriten, aber mit einer Geschichte der Wechselwirkung mit Wasser.

Der Schmutz ließ den TAGSAM-Kollektor überlaufen, wobei einige große Partikel das Schließen der Abdeckung verhinderten, bis einige Partikel vorsichtig herausgeschüttelt wurden. Acht Tage nach dem Sammeln der Probe verblieben beim Schließen des Sammlers geschätzte 250 Gramm für die Laboranalyse im Inneren.

Am 20. Oktober 2020 landete die NASA-Raumsonde OSIRIS-REx kurz auf Bennu und sammelte eine Probe für die Rückkehr zur Erde. Während dieses „TAG-Ereignisses“ sank der Arm des Raumfahrzeugs viel tiefer in den Asteroiden als erwartet, was bestätigt, dass die Oberfläche von Bennu unglaublich schwach ist. Goddard Space Flight Center / CI Lab / SVS der NASA

Weitere Analysen von Bennu zeigten, dass keine Kohäsion oder andere Kraft die äußeren Schichten von Bennu an Ort und Stelle hält, außer der schwachen Schwerkraft des Asteroiden. In Laurettas Worten „sind die Partikel, aus denen Bennus Äußeres besteht, so locker gepackt und leicht aneinander gebunden, dass sie eher wie eine Flüssigkeit als wie ein Feststoff wirken.“

Nur wenige andere Trümmerhaufen-Asteroiden wurden so genau unter die Lupe genommen. Erst kürzlich fand die japanische Raumsonde Hayabusa2 wenig Staub auf der mit Felsbrocken übersäten Oberfläche von 162173 Ryugu, einem 1 Kilometer breiten Trümmerhaufen, der Bennu in Form und Zusammensetzung ähnelt. Das Auftreffen auf diesen erdnahen Asteroiden mit einem zwei Kilogramm schweren Kupferpellet bei 2 km/s (4.500 mph) hinterließ einen mehr als 10 Meter großen Krater – ein großes Loch für eine so kleine Kugel.

Die genaue Untersuchung anderer kleiner Trümmerhaufen-Asteroiden zeigt ebenfalls wenig Staub, schreiben Hsiang-Wen Hsu (University of Colorado, Boulder) und Kollegen von Nature Astronomy. Sie verwendeten Laborexperimente, um zu untersuchen, warum, und fanden heraus, dass statische Elektrizität Staub wie Popcorn aufspringen lässt und innerhalb weniger Millionen Jahre den meisten Staub von kilometergroßen Asteroiden ausstößt.

Zeitlupenvideo des „elektrostatischen Aufwirbelns“ von Staub in einer Vakuumkammer im Labor des Institute for Modeling Plasma, Atmospheres and Cosmic Dust (IMPACT). University of Colorado, Boulder

Bisherige Beobachtungen von Bennu haben gezeigt, dass dieser erdnahe Asteroid eine seltsame Welt für sich ist. Die 5,4-Gramm-Probe, die Hayabusa2 im Dezember 2020 von Ryugu zurückgeschickt hat, wird jetzt untersucht. Die Analyse der viel größeren Bennu-Proben, die Ende nächsten Jahres zur Erde zurückgebracht werden sollen, wird weitere Details enthüllen. Diese Trümmerhaufen versprechen neue wissenschaftliche Schätze zu bergen.


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