Weltraumforschung: Auch die Asteroidenmission Dawn ist am Ende
Erst Kepler, jetzt Dawn:(öffnet im neuen Fenster) Die Nasa beendet die zweite Mission in einer Woche. Schon am Dienstag verlor die US-Raumfahrtbehörde den Kontakt zur Raumsonde Dawn, nachdem dieser wohl endgültig der Treibstoff ausgegangen war. Mit einem Startgewicht von nur 1,3 Tonnen gehörte Dawn zu der Vielzahl an Nasa-Sonden, die mit einer Delta-II-Rakete gestartet wurde. Nach dem Start im Jahr 2007 untersuchte die Sonde in einer elfjährigen Mission erstmals die beiden größten Objekte im Asteroidengürtel, den Asteroiden Vesta und den Zwergplaneten Ceres.
Das Ende der Mission fiel zufällig auf den Tag, an dem auch das Ende der Kepler-Mission verkündet wurde. Auch die Ursache war die gleiche: Dawn und Kepler wurden mit Schwungrädern vom selben Hersteller ausgestattet, die einen verdeckten Konstruktionsfehler aufwiesen. Auf dem Weg von Vesta zu Ceres hatte Dawn schließlich nur noch zwei funktionierende Schwungräder, um ihre Lage zu verändern und zu kontrollieren.
Den Ingenieuren der Nasa gelang es auch bei Dawn, durch geschickten Einsatz der Ionentriebwerke das dritte Schwungrad teilweise zu ersetzen. Obwohl anschließend alle Manöver, die eine Drehung der Sonde erforderten, soweit wie möglich reduziert wurden, führte der Ausfall des dritten Schwungrades zu einem erhöhten Treibstoffbedarf, weniger bei den hocheffizienten Ionentriebwerken, aber bei den hydrazinbetriebenen Steuertriebwerken. Die Treibstoffreserven reichten aber, um die geplante Untersuchung des Zwergplaneten Ceres weitgehend durchzuführen.
Der Asteroidengürtel war nie ein Planet
Benannt nach der römischen Göttin der Fruchtbarkeit, des Ackerbaus und der Ehe, macht Ceres allein 31 Prozent der Masse des gesamten Asteroidengürtels zwischen Mars und Jupiter aus. Schon deshalb ist er eines der interessantesten Objekte in diesem Teil des Sonnensystems. Mit einem Durchmesser von nur knapp 1.000 km besitzt Ceres aber kaum mehr als ein Viertel des Durchmessers unseres Erdmondes und nur 1,28 Prozent seiner Masse. Der Asteroidengürtel war nie ein zerstörter Planet. Vielmehr sind es die Überreste der Frühzeit unseres Sonnensystems, als Objekte dieser Größe entstanden und langsam immer mehr Material ansammelten, bis sie zu Planeten wurden.
Die Masse von Ceres ist dennoch groß genug, um allein durch die Schwerkraft das inzwischen erstarrte Gestein des Zwergplaneten in eine runde Form zu zwingen. Das sichert Ceres auch den Status als Zwergplanet, anders als bei dem fast runden Vesta, der nach der römischen Göttin des Feuers, Heims und Herds benannt wurde. Ein großer Einschlagkrater verformte Vesta und zeigte, dass seine Schwerkraft heute nicht mehr ausreicht, um das starre Gestein zu einer 500 km großen Kugel zu formen.
Radioaktivität brachte Vesta zum Schmelzen
Kurz nach der Entstehung von Vesta, nachdem sich Staub und kleine Partikel langsam zusammenfanden und durch die immer stärkere Gravitation immer schneller wuchsen, war das anders. Durch die kosmische Teilchenstrahlung sind Staub und kleinere Asteroiden Teil einer Art pausenlosem Teilchenbeschleunigerexperiment. Sie bestehen aus kleinen Mengen teilweise stark radioaktiver Isotope wie Aluminium-26(öffnet im neuen Fenster) und Eisen-60(öffnet im neuen Fenster) , die ständig neu gebildet werden, bis die kosmische Strahlung durch einige Meter Gestein abgeschirmt wird.
Die Entstehung der Asteroiden verläuft schnell genug, dass sich in ihrem Inneren noch radioaktives Material befindet, während die äußere Kruste einige hundert Kilometer dick wird. Die Kruste stellt eine so gute Wärmeisolierung dar, dass sich das Innere größerer Asteroiden schon durch die geringe Wärme aus dem radioaktiven Zerfall so stark aufheizen kann, bis das Gestein schmilzt. Dabei finden komplexe chemische und geologische Vorgänge statt, in denen sich verschiedene Gesteinsarten voneinander trennen. Genaue Untersuchungen des Gravitationsfeldes wiesen letztlich einen über 200 km großen Eisen-Nickel-Kern unter der Kruste Vestas nach.(öffnet im neuen Fenster)
Überraschend waren diese Erkenntnisse nicht. Durch Untersuchungen von Meteoriten auf der Erde und den spektroskopischen Untersuchungen Vestas mit Teleskopen war schon vermutet worden, dass etwa jeder 20. Meteorit, der auf die Erde(öffnet im neuen Fenster) fällt, ursprünglich ein Teil von Vesta war. Genaugenommen ein Teil des Einschlagkraters, wegen dem Vesta heute nicht ganz rund ist. Diese Meteoriten waren Gesteinen auf der Erde ähnlicher als andere Meteoriten. Das deutete klar drauf hin, dass dieses Gestein von einem Himmelskörper stammen musste, auf dem geologische Prozesse mit geschmolzenem Gestein stattgefunden haben mussten.
Ceres hat Vulkane mit Eis statt Lava
Während die geologischen Prozesse auf Vesta inzwischen zum Erliegen kamen, ist Ceres bis heute aktiv, auch weil er nie völlig geschmolzen war.(öffnet im neuen Fenster) Schon beim Anflug auf Ceres fand Dawn einige ungewöhnlich helle Punkte auf der Oberfläche im Occator-Krater.(öffnet im neuen Fenster) Hellere Gebiete waren zwar schon von Beobachtungen mit Teleskopen von der Erde bekannt, aber anstatt der vermuteten ausgedehnten etwas helleren Fläche waren die Flecken nur drei km groß und sehr hell. Inzwischen wird vermutet, dass sie aus Natriumcarbonat bestehen und wohl erst vor rund 7 Millionen Jahren entstanden, lange nach der Entstehung des Kraters vor etwa 34 Millionen Jahren.
Die Untersuchung von Ceres zeigte, dass die äußeren 100 km des Mantels eine deutlich geringere Dichte als der Gesteinskern haben. Das wird auf einen erhöhten Wasseranteil zurückgeführt, der wohl auch für die geologische Aktivität an der Oberfläche verantwortlich ist. Es führt zu einer Art Vulkanismus, in der Wassereis die Rolle der Lava spielt und zur Bildung sogenannter Kryovulkane wie Ahuna Mons(öffnet im neuen Fenster) führt.
Ceres verliert ständig Wasser
Obwohl die Temperaturen auf Ceres nie über minus 38 Grad Celsius steigen, ist die Oberfläche zu warm, um ein dauerhaftes Bestehen von Eisflächen zu ermöglichen. Das Eis verdampft direkt, ohne zu schmelzen, wenn auch sehr langsam. Durch Messungen des Herschel-Weltraumteleskops wird geschätzt, dass Ceres pro Sekunde rund 3 kg Wasser verlorengehen. Insgesamt wird die Menge aber auf bis zu 200 Billionen Tonnen Eis geschätzt. Bei dieser Rate würde es mehr als das tausendfache Alter des Sonnensystems benötigen, um alles Eis verdampfen zu lassen.
Einige Monate vor Ende der Mission stand die Nasa noch einmal vor einer Entscheidung: entweder die Beobachtung von Ceres abschließen und einen kurzen Besuch bei einem weiteren Asteroiden machen – für das Einschwenken in einen Orbit hätte der Treibstoff nicht gereicht – oder den Orbit um Ceres absenken und die Beobachtungen bis zum letzten Tropfen Treibstoff fortsetzen. Das wurde getan. Dawn befindet sich nun in einem 50 km hohen Orbit um Ceres und wird dort zumindest noch einige Jahrzehnte verbringen und viele Morgendämmerungen erleben.
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