Asteroiden sind stabiler und schwerer zu zerstören als bisher gedacht

Ein populäres Thema in Filmen ist, dass ein sich annähernder Asteroid, der das Leben auf dem Planeten auslöschen könnte, von einem ins All geschossenen Helden gesprengt und damit die Erde gerettet wird. Es könnte sich jedoch schwieriger gestalten, einen Asteroiden zu zerbrechen, als bisher angenommen wurde.

Zu diesem Schluss kommt eine Studie von der Johns Hopkins Universität, die eine neue Methode der Computermodellierung zur Simulation von Asteroid-Kollisionen verwendete. Diese Methode führt zu einem neuen Verständnis über Gesteinsbrüche.

Die Ergebnisse, die in der Icarus-Ausgabe vom 15. März veröffentlicht werden, könnten bei der Erzeugung von Asteroideneinschlag - und Ablenkungsstrategien helfen, das Verständnis über die Entstehung des Sonnensystems zu verbessern und die Entwicklung von Asteroidenabbauarbeiten zu unterstützen.

„Früher glaubten wir, je größer ein Objekt ist, desto leichter würde es zerbrechen, weil größere Objekte mit mehr Wahrscheinlichkeit Mängel aufweisen. Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass Asteroiden stabiler sind als wir dachten und dass mehr Energie benötigt wird, um sie komplett zu zerstören“, sagte Charles El Mir, der kürzlich an der Johns Hopkins Universität, im Fach Maschinenbau, promovierte und Hauptautor des Artikels ist.

Forscher kennen sich mit physikalischen Materialien wie Gesteine im Labormaßstab aus (etwa so groß wie eine Faust), aber es ist schwierig, dieses Wissen auf Objekte von der Größe einer Stadt zu übertragen. In den frühen 2000er Jahren entwickelte ein anderes Forschungsteam ein Computermodell. Berücksichtigt wurden dabei verschiedene Faktoren wie Masse, Temperatur und Material-Sprödigkeit. Simuliert wurde ein Asteroid mit einem Durchmesser von etwa einem Kilometer, der direkt auf einen Ziel-Asteroiden mit einem Durchmesser von 25 Kilometern aufschlug, und zwar mit einer Aufprallgeschwindigkeit von fünf Kilometern pro Sekunde. Ihre Ergebnisse deuteten darauf hin, dass der Ziel-Asteroid durch den Aufprall vollständig zerstört würde.

In der neuen Studie haben El Mir und seine Kollegen, KT Ramesh, Direktor des Extreme Materials Institut und Derek Richardson, Professor für Astronomie an der Universität von Maryland, dasselbe Szenario in ein neues Computermodell namens Tonge-Ramesh-Modell eingearbeitet, dass auch die Ausbreitung von Rissen im Gestein berücksichtigt die bei einer Asteroiden-Kollision auftreten. Da die Eigenschaften des Gesteins in Asteroiden nicht bekannt sind müssen Modelle notwendigerweise auf Vereinfachungen zurückgreifen.

„Unsere Frage war, wie viel Energie braucht es, um einen Asteroiden tatsächlich zu zerstören und in Stücke zu brechen?“ sagte El Mir.

Die Simulation wurde in zwei Phasen unterteilt: Eine schnelle Phase der Zersplitterung und eine langsame Phase des erneuten Zusammenziehens durch Schwerkraft. In der ersten Phase wurden jene Prozesse berücksichtigt, die unmittelbar nach dem Auftreffen eines Asteroiden beginnen. Diese Prozesse laufen innerhalb von Sekundenbruchteilen ab, während das Zusammenziehen durch die Schwerkraft in der zweiten Phase viele Stunden dauert.

In der ersten Phase, nachdem der Asteroid getroffen wurde, bilden sich Millionen von Rissen im ganzen Asteroiden, Teile des Asteroiden rieseln wie Sand und es entsteht ein Krater. Diese Phase untersucht die einzelnen Risse, deren Ausbreitung und das prognostizierte Gesamtmuster. Das neue Modell zeigte auch, dass der ganze Asteroid, im Gegensatz zu den bisherigen Vorstellungen, nicht durch den Aufprall zerstört wird. Stattdessen behielt der betroffene Asteroid einen großen beschädigten Kern, der dann in der zweiten Phase der Simulation eine starke Anziehungskraft auf die Fragmente ausübt.

Das Forscherteam stellte fest, dass der Impakt keinen Trümmerhaufen hinterließ – eine Ansammlung schwacher Fragmente, die durch die Schwerkraft lose zusammengehalten werden. Stattdessen behielt der Asteroid der getroffen wurde eine beträchtliche Festigkeit bei, weil er nicht vollständig zersplitterte, was darauf hinweist, dass mehr Energie erforderlich ist, um einen Asteroiden zu zerstören. Die beschädigten Fragmente verteilten sich über den großen Kern. Dieses Wissen könnte für künftige Asteroidenbergbau-Aktivitäten von Nutzen sein.

„Es mag nach Science Fiction klingen, aber viele Forscher beschäftigen sich mit Asteroiden-Kollisionen. Wenn zum Beispiel ein Asteroid auf die Erde zurast, was wäre besser, ihn in kleine Stücke zu zerbrechen oder ihn in eine andere Richtung zu bewegen? Und wie viel Kraft sollten wir letztendlich einsetzen, um ihn umzulenken, ohne dass er zerbricht? Das sind die eigentlichen Fragen, die in Betracht gezogen werden sollten“, fügte El Mir hinzu.

„Wir werden ziemlich oft von kleinen Asteroiden getroffen, wie zum Beispiel das Tscheljabinsk-Ereignis vor einigen Jahre zeigte“, sagte Ramesh. „Es ist nur eine Frage der Zeit, bis solch theoretische Studien von der Wirklichkeit eingeholt werden. Wir müssen eine gute Vorstellung davon bekommen, was wir tun sollen wenn diese Zeit da ist – und wissenschaftliche Bemühungen wie diese sind von entscheidender Bedeutung, um die richtigen Entscheidungen treffen zu können.

Die zweite Phase des neuen Asteroiden-Kollisionsmodells zeigt wie die Schwerkraft Material auf den erhalten gebliebenen Kern zurückzieht. Diese Phase dauert viele Stunden. Bild: Charles El Mir/Johns Hopkins University