Asteroiden beschießen sich mit „kosmischen Schneebällen“

Neue Bilder der NASA-Mission DART zeigen ein überraschendes Detail auf einem Asteroidenmond. Über die Oberfläche ziehen sich helle, fächerförmige Streifen. Forschende vermuten dahinter einen ungewöhnlichen Prozess: In diesem System beschießen sich Asteroiden offenbar mit kleinen Gesteinsbrocken. Die Entdeckung liefert erstmals direkte Hinweise darauf, wie Material in einem Asteroidensystem wandert.

Die Erkenntnisse gehen auf eine Studie eines Teams der University of Maryland zurück. Die Forschenden analysierten hochauflösende Aufnahmen der NASA-Sonde DART, die kurz vor ihrem Einschlag auf den Asteroidenmond Dimorphos entstanden. Dabei zeigte sich, dass kleine Gesteinsbrocken vom größeren Asteroiden stammen und auf dem Mond landen.

Asteroiden-Zusammenstoß im Kleinformat

Das untersuchte System besteht aus zwei Himmelskörpern. Der größere Asteroid heißt Didymos. Er hat einen Durchmesser von etwa 730 Metern. Sein Begleiter Dimorphos ist deutlich kleiner und misst rund 150 Meter. Beide kreisen in einem Abstand von etwa 1,2 Kilometern umeinander. Eine Umrundung dauert ungefähr 11,9 Stunden.

Im Jahr 2022 steuerte die NASA gezielt eine Raumsonde auf Dimorphos. Die Mission trug den Namen DART (Double Asteroid Redirection Test). Ziel war es zu testen, ob sich die Flugbahn eines Asteroiden durch einen gezielten Einschlag verändern lässt – ein möglicher Ansatz zur Abwehr gefährlicher Himmelskörper. Kurz vor dem Aufprall machte die Sonde noch zahlreiche Fotos. Einige Aufnahmen entstanden weniger als zwei Sekunden vor der Kollision. Die Kamera konnte Details von nur 5,5 Zentimetern Größe erkennen.

Als Astronomen diese Bilder später genauer untersuchten, fiel ihnen ein ungewöhnliches Muster auf. Über die Oberfläche von Dimorphos ziehen sich helle Linien. Sie wirken wie ein fächerförmiger Strahl. Die Streifen sind etwa 25 Prozent heller als das umliegende Material. „Zuerst dachten wir, mit der Kamera stimmt etwas nicht“, sagt Jessica Sunshine, Planetenforscherin an der University of Maryland und Leiterin der Studie.

Erst nach weiteren Analysen wurde klar, dass die Strukturen reale Ablagerungen sind. „Wir haben erstmals direkte Belege dafür gefunden, dass Material in einem binären Asteroidensystem von einem Körper zum anderen gelangt“, so Sunshine.

Sonnenlicht bringt Asteroiden langsam ins Rotieren

Die Forschenden vermuten eine bekannte physikalische Ursache: Sonnenlicht kann Asteroiden über lange Zeit schneller rotieren lassen. Dieser Effekt wird YORP-Effekt genannt. Dabei erwärmt die Sonne die Oberfläche eines Asteroiden. Die Wärme strahlt später wieder ins All ab. Dadurch entsteht eine sehr kleine Kraft. Über längere Zeit kann sie die Drehgeschwindigkeit eines Asteroiden verändern.

Beim Asteroiden Didymos ist dieser Effekt besonders stark. Eine vollständige Rotation dauert nur 2,26 Stunden. Durch diese schnelle Drehung lockert sich Material an der Oberfläche. Kleine Steine lösen sich und verlassen den Asteroiden. Ein Teil dieser Brocken gelangt in die Umgebung des Systems und kann schließlich auf den Mond Dimorphos treffen.

Gesteinsbrocken fliegen langsamer als ein Mensch geht

Die Geschwindigkeit dieser Partikel ist überraschend gering. Berechnungen ergeben etwa 30,7 Zentimeter pro Sekunde. Das ist langsamer als ein Mensch beim Gehen.

Wenn diese Steine auf Dimorphos auftreffen, geschieht das ebenfalls sehr sanft. Die typische Aufprallgeschwindigkeit liegt bei etwa 6 Zentimetern pro Sekunde. Das entspricht ungefähr 60 Prozent der Fluchtgeschwindigkeit des kleinen Asteroidenmondes.

Solche Einschläge hinterlassen deshalb keine großen Krater. Stattdessen lagern sich Staub und kleine Steine auf der Oberfläche ab. Über lange Zeit entstehen daraus die hellen Streifen, die auf den Bildern sichtbar sind. Forschende vergleichen diese langsamen Treffer deshalb mit „kosmischen Schneebällen“: kleine Brocken, die auf die Oberfläche prallen und Material ablagern, statt es explosiv herauszuschlagen.

Experimente im Labor bestätigen den Effekt

Um den Vorgang besser zu verstehen, führten die Wissenschaftler auch Experimente im Labor durch. Sie ließen eine Glaskugel in ein Sandbett fallen. Die Kugel wog 62 Gramm und hatte einen Durchmesser von 3,6 Zentimetern. Sie fiel aus etwa zwei Metern Höhe.

Eine Hochgeschwindigkeitskamera zeichnete den Versuch mit 1000 Bildern pro Sekunde auf. Zusätzlich lagen kleine Steine im Sand. Sie sollten die größeren Felsen auf der Oberfläche von Dimorphos nachbilden.

Nach dem Einschlag entstand ein ähnliches Muster wie auf dem Asteroidenmond. Sandpartikel sammelten sich hinter den Steinen. Andere Partikel bewegten sich zwischen ihnen hindurch. Dadurch entstanden strahlenförmige Ablagerungen.

Computersimulation mit Millionen Partikeln

Neben den Experimenten nutzte das Team auch Computersimulationen. Das Modell bestand aus rund acht Millionen Partikeln. Es berechnete Einschläge mit Geschwindigkeiten zwischen 6 und 18 Zentimetern pro Sekunde.

Die Simulation zeigte: Große Felsen auf der Oberfläche lenken die Bewegung der Partikel ab. Einige bleiben hinter den Felsen liegen. Andere fließen zwischen ihnen hindurch. Auf diese Weise entstehen die fächerförmigen Strukturen, die auch auf Dimorphos sichtbar sind.

Raumsonde Hera soll das System erneut untersuchen

Die europäische Raumsonde Hera wird das Asteroidensystem erneut besuchen. Ihre Ankunft ist für Dezember 2026 geplant. Die Sonde soll den Zustand nach dem DART-Einschlag genau vermessen.

Besonders interessant sind dabei die hellen Ablagerungen auf der Oberfläche von Dimorphos. Neue Kameras könnten zeigen, ob diese Strukturen noch existieren und wie sich die Oberfläche seit dem Einschlag verändert hat.

Kurz zusammengefasst:

Forscher der University of Maryland entdeckten, dass im Asteroidensystem Didymos–Dimorphos ständig kleine Gesteinsbrocken zwischen beiden Himmelskörpern unterwegs sind.
Diese sehr langsamen Einschläge wirken wie „kosmische Schneebälle“: Die Brocken treffen den Asteroidenmond Dimorphos mit wenigen Zentimetern pro Sekunde und hinterlassen helle, fächerförmige Spuren auf seiner Oberfläche.
Ursache ist vermutlich der YORP-Effekt, bei dem Sonnenlicht die Rotation eines Asteroiden beschleunigt und dadurch Material von seiner Oberfläche löst, das später auf seinen Begleitmond trifft.

Übrigens: Selbst wenn eine Raumsonde einen Asteroiden erfolgreich ablenkt, kann ein falscher Einschlagspunkt ihn Jahre später wieder auf Kollisionskurs mit der Erde bringen. Forscher warnen vor sogenannten Gravitationsschlüssellöchern im All – wie sie funktionieren und warum sie die Asteroidenabwehr komplizierter machen, steht in unserem Artikel.