Die Erde schlägt zurück

Es ist kein leichter Job, die Welt zu retten. Detlef Koschny hat dennoch meist gute Laune. Er leitet den Programmbereich NEO (Near-Earth Objects) bei der Europäischen Raumfahrtagentur ESA im holländischen Noordwijk. „Das Ressort gehört zum ‚Space Situational Awareness Preparatory Programme‘, dem Vorbereitungsprogramm der ESA zur Erfassung der Weltraumlage“, erläutert Koschny. „Dabei geht es um den Schutz der irdischen Güter.“ Die anvisierten Bedrohungen sind dabei neben Weltraumschrott im Erdorbit und dem misslichen Weltraumwetter – bedingt vor allem durch energiereiche Ausbrüche auf der Sonne – besonders Planetoiden und Kometenkerne. Manche von ihnen kommen der Erde gefährlich nahe, sodass früher oder später Kollisionsgefahr besteht.

Koschny wirkt nicht nur an der Planung der Raumsonde Marco Polo mit, die eine Bodenprobe von einem Planetoiden zur Erde bringen soll, sondern seine Aufgabe ist es auch, eine solche kosmische Katastrophe möglichst zu verhindern. Dabei steht er nicht allein. Und er muss auch keine Heldentaten vollbringen – wie der US-Schauspieler Bruce Willis, der 1998 im Kinomärchen „ Armageddon“ gleich eine Himmelsbombe von der Größe des US-Bundesstaats Texas aus dem Weg sprengte. Was Koschny braucht, sind Ausdauer und Verhandlungsgeschick. Denn nicht nur die astronomischen Gegebenheiten sind viel komplizierter als von Hollywood inszeniert – Koschny muss auch mit Bürokratie und Politik zurechtkommen und international große Überzeugungsarbeit leisten.

Dass die Erde häufig von Bomben aus dem All getroffen wurde, davon zeugen knapp 200 Krater (siehe nächster Beitrag, „Die Wunden der Vergangenheit“). Würde heute ein Planetoid oder Kometenkern von einem Kilometer Durchmesser auf die Erde stürzen – wie es vor 14,6 Millionen Jahren geschah, als das Nördlinger Ries im heutigen Süddeutschland entstand –, käme es zu einer Katastrophe wie nie zuvor in der Menschheitsgeschichte. Die entfesselte Energie (bis zu eine Million Megatonnen TNT) würde der eines weltweiten Nuklearkriegs entsprechen.

Bei der aktuellen Bevölkerungsdichte der Erde würde schätzungsweise jeder Vierte sein Leben verlieren: durch Erdbeben, Brände, gewaltige Stürme, riesige Flutwellen von ein paar Dutzend Metern Höhe (bei einem Einschlag ins Meer) sowie durch die Belastung und Verfinsterung der Atmosphäre durch aufgewirbelten Staub, was die Landwirtschaft für mindestens ein Jahr ruinieren und zu furchtbaren Hungers- nöten führen würde. Internationale Hilfsaktionen wären illusorisch, da die Katastrophe viele Länder betreffen würde. Auch das Weltwirtschaftssystem bräche zusammen. Es käme zu Massenarbeitslosigkeit, Verelendung und sozialen Unruhen. Die menschliche Zivilisation wäre in ihren Grundfesten erschüttert.

Dass sich große Einschläge auch gegenwärtig immer wieder ereignen, zeigen die Beobachtungen des Riesenplaneten Jupiter, der aufgrund seiner größeren Masse für himmlische Brocken attraktiver ist als die Erde: Im Sommer 1994 stürzten fast zwei Dutzend Fragmente des zerbrochenen, zuvor rund drei Kilometer großen Kometenkerns Shoemaker-Levy 9 in die Atmosphäre des Gasriesen. Am 19. Juli 2009 traf ihn wieder ein Brocken, wohl knapp ein Kilometer groß. Im Juni und August 2010 wurden Feuerbälle von zwei weiteren Einschlägen beobachtet.

Der Weltraum ist also voller Bomben. Wann die nächste einschlägt, ist ungewiss. Fest steht zweierlei: Zum einen ist kein größerer Himmelskörper bekannt, der die Erde in absehbarer Zeit treffen wird. Zum anderen wird es irgendwann unweigerlich zu einer Kollision kommen. Und deshalb muss die Menschheit Vorsorge treffen. Abgesehen von den langperiodischen Kometen, die mit „ Vorwarnzeiten“ von lediglich einigen Monaten ins innere Sonnensystem rasen, aber auch nur eine Einschlagswahrscheinlichkeit von eins zu einer Milliarde haben, stehen die Chancen sehr gut, Erdbahnkreuzer Jahrzehnte vor einem möglichen Crash zu identifizieren.

Wahrscheinlich gibt es etwa 10 Millionen Erdbahnkreuzer von mindestens 30 Meter Durchmesser. Die Zahl der NEOs größer als 100 Meter wird auf rund 300 000 geschätzt, die von mindestens einem Kilometer Durchmesser auf etwa 1100. Allerdings kennt man bislang nur die Bahnen von ungefähr 8500 Objekten, die mehrere Meter bis 30 Kilometer groß sind. 1270 davon kommen der Erde näher als 7,5 Millionen Kilometer und messen über 140 Meter – sie alle sind potenzielle Gefahrenherde.

Inzwischen hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass der NEO-Gefahr langfristig, systematisch und institutionalisiert begegnet werden muss. Dazu gehört auch ein gut vorbereiteter Notfallplan, wenn es Ernst wird. Astronomen, Raumfahrtagenturen und Politiker sind dabei gleichermaßen gefordert. Ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer planetaren Abwehr war die 2008 veröffentlichte programmatische Analyse „Asteroid Threats: A Call for Global Response“ der Association of Space Explorers (ASE). Russell „Rusty“ Schweickart, der 1969 mit der Mission Apollo 9 ins All flog, war dabei federführend. Untertitel der wegweisenden Publikation der internationalen Vereinigung der Weltraumfahrer: „ Ein Bericht über die Notwendigkeit eines internationalen Entscheidungsprogramms für eine globale Reaktion auf NEO-Bedrohungen“. Der Text enthält nicht nur eine eindringliche Warnung vor der Gefahr der Himmelsbomben, sondern schlägt auch institutionelle Organisationen vor, um konkrete Gegenmaßnahmen zu treffen:

· IAWN (Information, Analysis and Warning Network): Astronomen sollen ein international vernetztes Frühwarnsystem aufbauen, indem sie möglichst viele Informationen zu den NEOs – ihre Bahndaten und Eigenschaften – sammeln und analysieren sowie vor Gefahren warnen.

· MPOG (Mission Planning and Operations Group): Die Raumfahrtagenturen sollen Abwehrtechniken entwickeln, testen und zum Einsatz im Notfall vorbereiten.

· MAOG (Mission Authorization and Oversight Group): Ein internationales Gremium, am besten angesiedelt unter dem Security Council der Vereinten Nationen, soll die Abwehrmaßnahmen koordinieren und rechtzeitig entscheiden, wann und wie sie umgesetzt werden.

Jagd auf die Himmelsbomben

Beim Frühwarnsystem IAWN kommen die Arbeiten gut voran. „Das schaffen wir“, ist Koschny zuversichtlich. Mit dem Spaceguard-Programm waren hier vor allem US-amerikanische Initiativen vorbildlich. In den letzten Jahren hat sogar die NASA mit 20 Millionen Dollar jährlich mehrere NEO-Suchprojekte finanziert – mit beachtlichem Erfolg. Die NEO-Entdeckungsrate lag bei rund 650 bis 900 Objekten pro Jahr.

Ziel des ersten Spaceguard Surveys 1998 war es, 90 Prozent aller erdnahen Planetoiden von mehr als einem Kilometer Durchmesser zu finden. Dieses Ziel ist fast erreicht: Von den geschätzten über 1000 Objekten sind inzwischen gut 80 Prozent erfasst. Und 2005 wurde das Vorhaben noch bedeutend ehrgeiziger: Bis Ende 2020 sollen 90 Prozent aller NEOs von über 140 Meter Größe aufgespürt werden. Dazu sind empfindlichere und somit größere Teleskope nötig, als bislang eingesetzt werden. Gut geeignet wären die Instrumente LSST (The Large Synoptic Survey Telescope), DCT (The Discovery Channel Telescope) und Pan-STARRS (The Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System). Auch in Japan und China gibt es erste Suchprojekte.

„In Europa müssen wir noch aktiver werden“, fordert Koschny und lobt den vorbildlichen Einsatz von Amateurastronomen, speziell die LSSS-Durchmusterung (siehe Kasten oben „Findige Amateure“). Aber auch professionelle Astronomen engagieren sich immer mehr. Auf Teneriffa betreibt die ESA zu diesem Zweck ein 1-Meter-Teleskop. „Dort wurde gerade der zweite NEO entdeckt“, sagt Koschny. Für die nächsten Jahre ist eine Himmelsdurchmusterung geplant, vorläufig Wide Survey genannt. Bei diesem ersten großen europäischen Spaceguard-Programm soll jede Nacht der gesamte Himmel nach Kleinkörpern abgesucht werden. „ Dazu ist ein neues Teleskop für sechs mal sechs Grad große Himmelsaufnahmen erforderlich – die 36-fache Himmelsgröße, die unser Teleskop auf Teneriffa erfasst. Damit könnten wir noch 30 bis 50 Meter große Objekte drei Wochen vor ihrer Begegnung mit der Erde entdecken.“

Solche Geschosse würden eine Stadt in Schutt und Asche legen, wenn sie darüber explodieren. Von diesem Kaliber war zum Beispiel der Meteor in Sibirien, der 1908 ein über 2000 Quadratkilometer großes Waldgebiet zerstörte. „Mit einer Vorwarnzeit von ein paar Wochen wäre es immerhin möglich, die gefährdete Region zu evakuieren“, hofft Koschny.

KATALOG DER GEFAHREN

Neben dem Sammeln der Daten sind auch deren Bereitstellung, Aktualisierung und Organisation essenziell. Wesentliche Pionierarbeit dazu haben Mathematiker an der Universität Pisa geleistet, vor allem Andrea Milani Comparetti und Giovanni B. Valsecchi, indem sie die Datenbank NEODyS (NEO Dynamic System) entwickelten. Seit dem 1. September 2011 wird sie von der ESA mitfinanziert und ist nun langfristig gesichert. Sie wird laufend aktualisiert und ist im Internet für jeden einsehbar. NEODyS verzeichnet bereits 8555 NEOs mit all ihren bekannten Eigenschaften (Stand 31. Januar 2012). 332 davon werden auch auf einer speziellen Risikoliste geführt: Bei ihnen lässt sich eine Kollision mit der Erde bis zum Jahr 2080 nicht hundertprozentig ausschließen, auch wenn sie sehr unwahrscheinlich ist.

Die MPOG-Arbeit zur Aktivierung der Raumfahrtagenturen hat ebenfalls bereits begonnen. So organisierte Koschny 2010 einen ESA-Workshop in Darmstadt, bei dem Vertreter der NASA, ESA und ASE mitwirkten, darunter auch der Astronaut Schweickart. Und im Februar 2012 werden bei den Vereinigten Nationen in Wien weitere Pläne diskutiert. „Wir müssen Russland, China und Japan noch mit ins Boot holen. Deren Raumfahrtagenturen haben sich bislang zurückgehalten“, sagt Koschny.

Im Oktober 2012 soll dann der ESA-Ministerrat tagen und entscheiden, was in den nächsten vier Jahren finanziert und getan wird. Neben dem Wide Survey stehen auch Studien zu Abwehrmaßnahmen auf der Agenda.

VIER MÖGLICHKEITEN DER ABWEHR

Was ist zu tun, wenn ein NEO auf Kollisionskurs entdeckt wird? „Es gibt vier Möglichkeiten“, fasst der Astronom Derrick Pitts vom Franklin Institute in Philadelphia zusammen: „Wir könnten den Himmelskörper verlangsamen, beschleunigen, aus dem Kurs bringen oder sprengen.“ Am effektivsten wäre eine gezielte Geschwindigkeitsänderung um lediglich einen Zentimeter pro Sekunde – eine seitliche Ablenkung bräuchte wesentlich mehr Energie –, was aber einige Jahre Vorlauf benötigen würde.

Inzwischen haben Physiker und Raumfahrtingenieure zahlreiche Abwehrstrategien analysiert:

· Direkter Beschuss: Für einen 100 Meter großen und rund 100 000 Tonnen schweren NEO genügt ein Treffer mit einem 100 bis 1000 Kilogramm schweren Projektil, um die NEO-Geschwindigkeit hinreichend zu ändern – eine Folge des Rückstoßeffekts von rund 10 000 Tonnen Auswurfmasse, die durch die Explosion weggefegt würde. Dass es möglich ist, einen Kleinkörper zu treffen, hat die Raumsonde Deep Impact bewiesen, die am 4. Juli 2005 gezielt ein 370 Kilogramm schweres Kupfer-Projektil auf den Kometen Tempel 1 gefeuert hatte.

· Nuklearexplosionen: Gegen große NEOs und bei bald drohender Gefahr müssten schwerere Kaliber eingesetzt werden. Benötigt würden hierfür Energien in der Größenordnung von 0,01 bis 0,1 Kilo-, Mega- beziehungsweise Gigatonnen für NEO-Durchmesser von 0,1 beziehungsweise 1 oder 10 Kilometern. Dabei würde die Bombe nicht auf, sondern einige Hundert Meter neben dem Himmelskörper gezündet, sodass er partiell verdampft.

· Gravitational Tractor System (GTS): Diese elegante Idee hat ein Team um die NASA-Astronauten Russell Schweickart, Edward Lu und Stanley Love entwickelt. Dabei würde eine Raumsonde bei dem NEO positioniert, der diese gravitativ anzieht. Seine Schwerkraft würde durch Ionenantriebe kompensiert, sodass er im Lauf von vielen Monaten oder Jahren langsam und berührungsfrei von seiner Bahn weggezogen würde. GTS ist komplementär zu Raketenangriffen, da die Sonde als Funkboje dient, genaue Bahndaten übermitteln und Feinjustierungen nach Einschlägen oder Bombenexplosionen ausführen kann.

Sprengversuche eines NEOs sind nicht ratsam, zumal sie mindestens so viel Energie erfordern würden wie Bahnänderungen. Und sie bergen die Gefahr, dass die Trümmer die Erde noch immer treffen – was aufgrund der größeren Querschnittsfläche der Trümmerbahnen sogar viel wahrscheinlicher wäre als ein Einzeltreffer. Außerdem könnte der Sprengsatz regelrecht verpuffen. Denn „fliegende Geröllhaufen“ wie der 500 Meter große Planetoid 25143 Itokawa – 2005 von der Raumsonde Hayabusa erkundet, die 2010 eine Bodenprobe zur Erde brachte – würden den Impuls der Explosion wie ein Sandsack verschlucken. Freilich sind Nuklearwaffen im All keine angenehme Vorstellung. „Mir erscheint die Bedrohung durch Gigatonnenbomben im Orbit oder auf der Erde wesentlich größer als die Gefahr durch Planetoiden“, spricht Jay Melosh von der University of Arizona die Bedenken vieler Astronomen aus. Doch so lange kein NEO auf Kollisionskurs entdeckt ist, besteht kein Anlass zu einer Weltraum-Aufrüstung. Und es wird bereits über weitere Abwehrmechanismen nachgedacht:

· Schubdüsen: Würde man Triebwerke an einen NEO anflanschen, könnte man ihn direkt umlenken. Als Energiequelle kämen chemische, elektrische, nukleare oder solare Antriebe infrage.

· Massentreiber: Wenn Geräte auf einem NEO landen würden, die automatisch Eis und Gestein aus dem Körper schaufeln und ins All blasen, könnte der Rückstoßeffekt eine Bahnänderung bewirken oder die Rotation des NEOs so weit beschleunigen, dass es ihn zerreißt.

· Sonnensegel: An einem NEO aufgespannt, könnten sie die Bahn des Körpers durch den Strahlungsdruck der Sonne verändern, wie Jay Melosh mit Ivan Nemchinov vom Institut für Geosphärendynamik in Moskau berechnet hat.

· Brennspiegel: In einem NEO-Orbit geparkt, könnten sie das Sonnenlicht fokussieren, den Körper punktuell verdampfen und so aus der Bahn drücken.

· Laser: Die Spiegel könnten mit der Sonnenenergie auch einen leistungsstarken Laser antreiben, der sich noch gezielter einsetzen ließe – eine Idee, die ein Team um Massimiliano Vasile von der University of Glasgow untersucht.

· Änderung des Reflexionsvermögens: Bombardiert man einen NEO, kann man seine Oberflächeneigenschaften modifizieren. Wird er heller oder dunkler, ändert sich der Einfluss der Sonneneinstrahlung auf ihn, was wiederum die NEO-Bahn geringfügig beeinflusst – ein Effekt, den der russische Ingenieur Ivan Yarkovsky bereits vor einem Jahrhundert beschrieben hat.

„Wir sollten die verschiedenen Abwehrmethoden untersuchen und sogar ausprobieren“, drängt Dan Durda, ein Planetoiden-Spezialist am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. „Es wäre aber nicht nützlich und kosteneffektiv, eine fertige Abwehrtechnologie zu entwickeln, bevor wir eine spezifische Gefahrenquelle identifiziert haben. Die Natur wird sicherlich eine einzigartige Kombination von Größe, Zusammensetzung, innerer Struktur, Bahndaten und so weiter bieten.“

TESTMISSIONEN – ABER KEINE PANIK!

Jeder Versuch, sich darauf im Detail einzustellen, wäre voreilig – zumal sich die technologischen Möglichkeiten ja auch weiterentwickeln. Testflüge mit Weltraum-Missionen sind dennoch erforderlich. Denn Papierstudien allein genügen nicht, wie Detlef Koschny betont. Wer würde sich im Notfall schon einem Hirnchirurgen anvertrauen, der zwar die Lehrbücher auswendig kann, aber noch nie selbst operiert hat? Wie Koschny ist auch Durda zuversichtlich: „Wir könnten bald technologisch in der Lage sein, gegen die kleinen Erdbahnkreuzer vorzugehen, die am häufigsten sind. Doch die größere Herausforderung besteht darin, auch politisch dazu in der Lage zu sein.“ ■

RÜdiger Vaas, bdw-Astronomie-Redakteur, berichtete schon in seinem ersten Buch „Der Tod kam aus dem All“ über kosmische Bomben.

von Rüdiger Vaas