Asteroidenproben aus einer anderen Welt - Panorama

OSIRIS-REx (zusammengesetzt aus den Anfangsbuchstaben: Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer), eine NASA-Mission zum erdnahen Asteroiden Bennu, ist mit Proben von seiner Oberfläche auf dem Weg zurück zur Erde. Im September wird der Probenrückgabebehälter in Utah landen und eine neue Reise antreten, die Wissenschaftlern dabei helfen soll, die Geheimnisse des frühen Sonnensystems und unser Verständnis erdnaher Asteroiden zu lüften. Das Hauptraumschiff wird weiter an der Erde vorbeifliegen. Dank einer Missionserweiterung wird es zu OSIRIS-APEX (OSIRIS-Apophis Explorer) und reist weiter zum erdnahen Asteroiden Apophis, einem ähnlich gelagerten Astroiden aus Umfeld der Erde. So wird sich alles entwickeln. Wenn sich das dynamische Duo etwa 4 Stunden (oder etwa 100.000 Kilometer) von der Erde entfernt befindet, trennt sich der Probenrückgabebehälter vom Raumschiff. &bdquo;Sie haben ein Drittel des Weges zum Mond zurückgelegt, und Sie haben nur noch diese Feder, die die Kapsel ausstößt und in Drehung versetzt“, erklärt ein Flugdynamik-Systemmanager am Goddard Space Flight Center der NASA, dem Team, das sich um die Navigation von OSIRIS-REx kümmert. &bdquo;Wir tun nichts, um es zu kontrollieren. Es ist wie ein wirklich langer Dreipunktschuss.“ Das liegt daran, dass der Probenbehälter selbst keine Motoren oder Triebwerke hat. Die harte Arbeit für eine Punktlandung fällt in die Zeit vor dieser Trennung. &bdquo;Die gesamte Arbeit zur Durchführung des so genannten Targetings, der Definition des Landepunktes auf Erden, findet in den 2 Wochen vorher statt“, sagt der Fachmann. 14 Tage nach der Probenrückgabe wird OSIRIS-REx seine Triebwerke zünden und ein Flugbahnkorrekturmanöver durchführen, das auf ein bestimmtes Rückgabegebiet im Utah Test and Training Range, etwa 130 Kilometer südwestlich von Salt Lake City, abzielt. &bdquo;Immer noch unfassbar“ Der Landeplatz scheint groß zu sein: Doch je näher die Raumsonde der Erde kam, desto verfeinerte das Team für Flugdynamik ihre Berechnungen. In 2 Wochen sollten nur noch kleine Änderungen erforderlich sein, um das enge Zielfenster für den Eintritt zu erreichen. Das Team wird mehrere Möglichkeiten haben, diese Flugbahn bei Bedarf anzupassen. Aber nach 4 Stunden haben sie alles getan, was sie können. &bdquo;Es ist immer noch unfassbar, dass man auf einer Quelle 100.000 Kilometer von der Erde entfernt etwas freisetzt … und es durch ein wahrscheinlich ein paar Kilometer breites Fenster in der Atmosphäre fliegt, um sein Ziel zu treffen“, sagt einer der Flugdynamik-Techniker. Der Probenrückgabebehälter ist eine Kapsel wie die Mannschaftskapseln aus dem Apollo-Programm, mit stumpfem Ende und Nasenkegel. Das Ganze ist knapp 1 Meter lang. Wenn es sich vom größeren Raumschiff trennt, dreht es sich zur Stabilisierung. &bdquo;Ich vergleiche es gerne mit einem Quarterback, der den perfekten Spiralpass nach unten wirft, … man möchte, dass er so effizient wie möglich durch die Luft fliegt“, erklärt Dante Lauretta, leitender Ermittler der Mission. &bdquo;Der Behälter verfügt über einen Hitzeschild mit einem Nasenkegel, der aerodynamisch für den Eintritt mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre optimiert ist“, sagt Lauretta. Dieser Hitzeschild ermöglicht mit knapp 12,4 Kilometern pro Sekunde einen der schnellsten Wiedereintritte in die Atmosphäre. Dies wird ungefähr um 8:42 Uhr MT geschehen; Es gibt nur 0,3 Sekunden Unsicherheit.“ Innerhalb einer Minute entlüftet der Probenrückführungsbehälter sein Hitzeschildmaterial, wenn er seine maximale Heizperiode erreicht. Gleichzeitig wird es durch den atmosphärischen Luftwiderstand stark abgebremst. Zwei Minuten und 10 Sekunden nach dem Eintritt in die Atmosphäre wird ein erster Bremsfallschirm ausgelöst. Dies trägt dazu bei, den Behälter zu stabilisieren, während er sich schnell auf den Boden bewegt. Behälter wird in Wüste einschlagen Etwa 1.000 Meter über der Erdoberfläche wird der Hauptfallschirm eingesetzt. Und ca. 13 Minuten nach Beginn des Wiedereintrittsprozesses ist dieser beendet. Der Probenbehälter wird mit etwa 4,6 Metern pro Sekunde in der Wüste von Utah einschlagen. Nachdem der Touchdown bestätigt wurde, ist das Bodenteam an der Reihe, Maßnahmen zu ergreifen. Was ist OSIRIS-REx? Und warum Bennu? Bennu umkreist die Sonne alle 1,2 Jahre und ist mit einer Entfernung von etwa 300.000 Kilometer der Erdumlaufbahn alle 6 Jahre am nächsten. Etwas mehr als zwei Jahre nach seinem Start trat OSIRIS-REx am 31. Dezember 2018 in die Umlaufbahn um Bennu ein und begann mit dem langen Prozess der detaillierten Kartierung des Asteroiden. Nachdem das Team zu Hause ideale Bereiche für die Proben-Entnahme identifiziert hatte, nahm die Raumsonde am 20. Oktober 2020 ihre erste Probenahme auf dem Asteroiden vor, um Material zu sammeln. Wissenschaftler hatten nicht erwartet, was sie auf Bennus Oberfläche fanden. &bdquo;Was uns überraschte, war, wie locker gepackt und wie zerbrechlich die Oberfläche war“, sagt Lauretta. &bdquo;Als das Raumschiff Kontakt aufnahm, sank es etwa 60 cm tief ein. Der Roboterarm pflügte einfach durch, ohne jeglichen Widerstand von der Oberfläche. Und das war schockierend für uns. Und wir haben festgestellt, dass das Material sehr schwach ist und unglaublich leicht auseinanderbricht.“ &bdquo;Es gibt nichts Vergleichbares“ Wir werden bald eine besondere Probe erhalten. Wissenschaftler haben bereits zuvor mit Proben aus anderen Welten gearbeitet, beispielsweise mit den wertvollen Mondproben, die Apollo-Astronauten vom Mond mitgebracht haben. Außerdem suchen und untersuchen sie regelmäßig Meteoriten. Vor allem die Antarktis ist eine Goldgrube für diese außerirdischen Exemplare. &bdquo;Ich konnte 2019 als Feldteammitglied Meteoriten in der Antarktis sammeln“, sagt Nicole Lunning, stellvertretende OSIRIS-REx-Kuratorin in der Astromaterials Research and Exploration Science Division der NASA (sie ist für die Konservierung der Asteroidenproben verantwortlich). &bdquo;Allein der Anblick eines Meteoriten am Boden war ein unglaubliches Erlebnis. Es gibt nichts Vergleichbares; Selbst nachdem Dutzende gefunden wurden, wird es nicht langweilig.“ Aber jeder Meteorit, der auf die Erde fällt, unterscheidet sich von dem, was die Wissenschaft von OSIRIS-REx erhält, denn Meteoriten sind das, was nach dem traumatischen Prozess des Wiedereintritts in die Erdatmosphäre überlebt hat. Dieses zusätzliche Material von Bennu würde diesen Prozess einfach nie überleben. &bdquo;Wir bringen Material zurück, von dem wir hoffen, dass es anders ist als alles, was aus unserer Meteoritensammlung auf der Erdoberfläche verfügbar ist“, erklärt Lauretta. Diese Probe fliegt nun in Richtung Erde. Ein Satz wird weiter zum Asteroiden Apophis fliegen, während ein Duplikat mit dem Probenrückgabebehälter auf der Erde landen wird. Wenn der Probenbehälter schließlich landet, wird das Bodenteam ganz in der Nähe sein, um in Aktion zu treten. Lauretta und seine Teammitglieder werden in Hangars auf dem Utah Test and Training Range warten, weniger als eine Stunde Helikopterflug vom Landeplatz entfernt. &bdquo;Dort werden 4 Hubschrauber stationiert sein“, erklärt Lauretta. &bdquo;Bei schlechtem Wetter werden wir Raupenfahrzeuge haben, also fahren wir hinaus, was viel länger dauern wird. Es spielt keine Rolle – Regen oder Sonnenschein, was auch immer in Utah passiert, wir kommen.“ Der erste Helikopter wird einen Sicherheitsbeauftragten haben, der dafür sorgt, dass der Landeplatz und die Kapsel sicher sind. Anschließend trifft der Rest des Teams vor Ort ein. Alles wird fotografiert und dokumentiert, und es werden Proben vom Boden, der Luft und allem, was sonst noch möglich ist, rund um die Kapsel genommen. Der Kanister selbst wird zurück in den Hangar gebracht, wo Lunning und sein Kurationsteam einen tragbaren Reinraum eingerichtet haben. Zu diesem Zeitpunkt werden &bdquo;die hintere Schale und der Hitzeschild sowie andere Avionikgeräte abgenommen“, sagt Lunning. Ziel ist es, den Probenbehälter so schnell wie möglich in eine Stickstoffspülung zu bringen. Ein spezielles Handschuhfach &bdquo;Stickstoff ist ein inertes Gas und daher für Kurationszwecke von Vorteil“, sagt Lunning. Es ist das, was die NASA auch verwendet, um Proben vom Mond aufzubewahren. &bdquo;Diese Stickstoffspülung verhindert dann auch das Eindringen von Erdatmosphäre und Feuchtigkeit.“ Der Behälter wird dann, immer noch unter Stickstofffluss, in ein Flugzeug zum Johnson Space Center in Houston gebracht. Anschließend gelangt es zur weiteren Reinigung in einen Reinraum, bevor es schließlich in das Kurationslabor geht. &bdquo;Der Behälter wird erst geöffnet, wenn sie im OSIRIS-REx-Kurationslabor ankommen“, erklärt Lunning. &bdquo;Wir werden in der Folge den Behälter in einer Stickstoff-Handschuh-Box öffnen.“ Da der Probenbehälter recht groß ist, hat das OSIRIS-REx-Team gemeinsam mit Lockheed Martin ein spezielles Handschuhfach speziell für diese Probenrückgabemission entworfen. &bdquo;Wir werden im Grunde eine sehr aufwändige Auspackprozedur haben“, scherzt Lunning, die etwa neun oder zehn Tage nach der Landung stattfinden wird. Und dann? &bdquo;Dann werden wir die Probe haben.“ Wissenschaftler sind sich nicht wirklich sicher, wie viel Material sich im Probenbehälter befindet, aber sie gehen davon aus, dass es eine ganze Menge ist. Lauretta schätzte, dass man mit etwa 250 Gramm arbeiten müsste – etwa der Masse eines Baseballs – was weit über dem Missionsziel von 59,5 Gramm liegt. &bdquo;Im besten Fall haben wir mehr Proben, als wir verarbeiten können“, sagt Lunning. Nachdem der Behälter vollständig geöffnet ist, beginnen sie, ihn genauer unter die Lupe zu nehmen. &bdquo;Wir legen alles auf die Tabletts und machen eine Menge Fotodokumentation und Spektralbildgebung“, sagt Lauretta. &bdquo;Wir werden beginnen, die Variationen zu identifizieren, die wir in der Stichprobe sehen, und beginnen, unsere Auswahl für die Wissenschaft zu treffen.“ Teile von Bennu werden zu Studienzwecken im Johnson Space Center bleiben. Dank des &bdquo;Participating Scientist Program“ (Programm zur Teilhabe an Objekten für die Wissenschaft) der NASA werden kleinere Proben zur Untersuchung in Labore auf der ganzen Welt transportiert. Und viele Proben werden zusammen mit den Mondproben der NASA in den Tresor des Johnson Space Center gelangen. Eines Tages werden zukünftige Wissenschaftler die Chance haben, diese perfekt erhaltenen Teile einer anderen Welt zu entsiegeln und damit zu arbeiten.