Bald wird ein Stück Asteroid Richtung Erde rasen: Riskantes Rendezvous mit „Bennu“

Ein Gedankenspiel: In einer Geröllwüste befindet sich ein Krater, gut 15 Meter im Durchmesser, drum herum hausgroße Felsbrocken. Hier soll eine Drohne vom Format eines VW Bus niedergehen, versehen mit einem Ausleger, um eine Bodenprobe aufzuklauben, und dann wieder aufsteigen und die Probe abliefern.

Nun befindet sich die Wüste aber nicht auf der Erde, sondern mehr als 300 Millionen Kilometer von hier entfernt, auf dem Asteroiden „Bennu“. Die Drohne ist eine Raumsonde, die ohne eine dämpfende Atmosphäre allein mit präziser Steuerung den Krater anfliegen, Dreck einsammeln und Sekunden später wieder abdüsen soll.

Die "ambitionierteste Mission seit Apollo"

Für die Nasa, um große Worte nie verlegen, ist es die „ambitionierteste Mission, Proben zur Erde zu holen, seit ,Apollo‘“. Lässt man das Pathos beiseite, bleibt es dennoch eine gewagte Aktion, die für den 20. Oktober geplant ist.

Zu lernen gibt es dabei viel: Wer von Weltraumbergbau träumt, muss die Technologie dafür entwickeln. „Osiris-Rex“, so der Name der Nasa-Mission, ist ein wichtiger Test. Und wer etwas über Rohstoffvorkommen auf Asteroiden wissen will, über ihre Geschichte und Eigenschaften, der muss die Himmelskörper genau untersuchen. Neben dem Abscannen mit allerlei Messgeräten ist es nützlich, Proben zu nehmen und in Laboren auf der Erde genau zu analysieren.

Osiris-Rex ist nicht die erste Mission, die Asteroidenkrümel zur Erde holt. Die japanische Sonde „Hayabusa“ hatte bereits 2005 einige Körnchen vom Asteroiden „Itokawa“ gesammelt und die Nachfolgemission in diesem Frühjahr von „Ryugu“. Sollte Osiris-Rex erfolgreich sein, wird es aber deutlich mehr Material sein.

Damit es gelingt, lässt die Nasa die Sonde seit zwei Jahren um Bennu kreisen, um den rund 500 Meter großen Geröllhaufen genau zu kartieren. Auf dieser Basis entschieden die Verantwortlichen, die Sonde zum „Nightingale“-Krater zu schicken. Dort liegt besonders viel feinkörniges Material, das gut zu bergen erscheint. Die Messdaten verraten zudem etwas über die Geschichte des Asteroiden. Aktuell erscheinen gleich sechs Fachartikel in den Journalen „Science“ und „Science Advances“, in denen die beteiligten Wissenschaftler neue Erkenntnisse vorstellen.

Schwarze, kantige Brocken auf einem Schutthaufen

Es geht um die Farbe der Gesteine (ziemlich schwarz) und wie sie im Lauf der Zeit verwittert sind, eine dreidimensionale Karte seiner Oberfläche, wie eckig oder gerundet die Brocken sind – alles wichtige Befunde für Planetenforscher. Aus früheren Untersuchungen wissen sie bereits, dass Bennu ein „fliegender Schutthaufen“ ist. Er besteht aus Trümmern von einem oder mehreren Mutterkörpern, die sich aufgrund der Gravitation lose zusammengeballt haben.

Die neuen Daten ergänzen das Bild. Bemerkenswert ist dabei, dass die Gesteinsbrocken große Spalten aufweisen, die gemäß der Spektralanalysen mit Karbonat gefüllt sind. Sie sind bis zu anderthalb Meter lang und bis zu 15 Zentimeter breit, berichtet ein Team um Hannah Kaplan vom Goddard Space Flight Center der Nasa in Greenbelt (Maryland). Solche Karbonatfüllungen entstehen, wenn viel Wasser fließt und darin gelöste Minerale wieder ausfallen. Wie in einem Wasserkocher oder am Rand des Wasserhahns.

Auf Bennu selbst sind zumindest die großen Füllungen nicht entstanden, sondern auf dessen Mutterkörper, schreiben Kaplan und Kollegen. Sie berufen sich auf Experimente, aus denen hervorgeht: Für jeden Kubikzentimeter ausgefälltes Karbonat sind bis zu 1000 Liter Wasser nötig.

Setzt man diese Parameter für die dicksten Gangfüllungen auf Bennu an, müsste es Fluidströmungen geben, die 25 bis 40 Kilometer weit auf beiden Seiten der Spalten ins umgebende Gestein reichen. Nur so lasse sich genug Kalzium (Ca) und Kohlendioxid (CO2) lösen und dann wieder als Karbonat (CaCO3) ausfällen. „Das bedeutet, dass es ein nahezu globales hydrologisches System auf Bennus Mutterkörper gegeben haben muss“, lautet das Fazit der Autoren.

Wässrige Asteroiden

„Das ist schon eine kleine Sensation“, sagt Ralf Jaumann, Planetenforscher an der FU Berlin und nicht an Kaplans Studie beteiligt. Hydratisierungen, also mineralogische Veränderungen durch Wasser, kennen er und seine Kollegen von verschiedenen Asteroiden und Kleinplaneten. „Aber in diesem Ausmaß, das ist bemerkenswert, da braucht man eine ganze Menge Wasser.“

Das mag verwunderlich erscheinen, wenn man an die trockenen Planeten Merkur und Venus denkt oder den Mars mit seiner wüstenartigen Oberfläche. Doch in der Frühphase des Sonnensystems, das vor viereinhalb Milliarden Jahren entstand, sah es anders aus, gibt Jaumann zu bedenken. In der Akkretionsscheibe um die Sonne gab es viel Wasser, das nahe am Stern aber verdampfte und weiter draußen kondensierte oder ausfror.

„Das sieht man heute an den Kometen, die aus den äußeren Regionen des Sonnensystems stammen, sowie an den Eismonden von Jupiter und Saturn oder etwa an Pluto.“ Kein Problem also auch für Asteroiden oder Planetesimale – so werden Bausteine künftiger Planeten genannt –, einen gewissen Wassergehalt anzunehmen. Selbst die Wärme, um es flüssig zu halten, sei anfangs vorhanden gewesen, erläutert der FU-Wissenschaftler.

Das junge Sonnensystem hatte etliche radioaktive Elemente mit geringer Halbwertszeit, etwa Aluminium-26, die die Himmelskörper im Innern aufheizten und die Karbonatfällung analog zum Wasserkocher heute ermöglichten. In dem Körper oder den Körpern, aus denen Bennu hervorging, war es offenbar ähnlich.

Haben Asteroiden etwas mit dem Ursprung des Wassers und der belebten Materie auf der Erde zu tun?

Genaueres zur Geschichte des Asteroiden erhoffen sich die Forscher von den Proben, die Osiris-Rex nehmen soll. „Sonden können zwar Spektralanalysen machen und so abschätzen, welche Minerale vorhanden sind, aber sie können keine Isotope messen“, sagt Jaumann.

Diese unterschiedlich schweren Varianten ein und desselben chemischen Elements können zentrale Hypothesen stützen oder zu Fall bringen. „Bei den Mondproben hat man das Verhältnis der drei Sauerstoffisotope bestimmt und festgestellt, dass sie dem Material unserer Erde sehr ähnlich sind – damit wurde die Einschlagtheorie bestätigt.“

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt an Bennu ist das kohlenstoffreiche Material, das dort in großer Menge vorkommt, wie sich jetzt zeigt. Auch organische Verbindungen sind darunter, berichten Amy Simon vom Goddard Space Flight Center und Team. „Wir sind zuversichtlich, davon eine Probe zu erhalten und zur Erde zu bringen“, zitiert die Nasa den wissenschaftlichen Leiter der Mission, Dante Lauretta. Sie soll dazu beitragen, Fragen zum Ursprung des Wassers und belebter Materie auf der Erde zu beantworten.

Die Methode zur Probenahme soll einem Nasa-Ingenieur eingefallen sein, als er mit einem Plastikbecher und einem Kompressor hantierte. Geplant ist, dass sich die Sonde annähert und an einem drei Meter langen Arm einen Becher zur Oberfläche führt. Sobald Kontakt besteht, wird Stickstoffgas ausgestoßen, das Staub und Gesteinskörner aufwirbelt, auf dass eine möglichst große Menge in den Becher gelangt. 60 Gramm sollen es mindestens werden.

Um zu erfahren, ob das geklappt hat, müssen Lauretta und sein Team geduldig sein: Die Sonde wird bis zum nächsten Jahr bei Bennu bleiben, erst im September 2023 werden die Proben auf der Erde zurückerwartet. Jaumann und weitere Wissenschaftler, die an Hayabusa-2 beteiligt sind, werden früher erlöst.

Nachdem die japanische Sonde im Frühjahr etwas Material von Ryugu gesammelt hat, soll dieses am 6. Dezember über Australien niedergehen. Wie viel im Sammelgefäß drin ist, sei noch unklar, sagt der Berliner Forscher. „Ein paar Gramm werden es hoffentlich sein.“

Ob sie heil in den Laboren ankommen, ist eine andere Frage. Raumfahrt im Allgemeinen und die Rückkehr durch die Erdatmosphäre im Besonderen sind riskant. „Die Japaner haben schon einmal bewiesen, dass sie das beherrschen“, sagt Jaumann. „Ich bin optimistisch.“