{"id":14391,"date":"2019-11-05T12:41:30","date_gmt":"2019-11-05T11:41:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=14391"},"modified":"2019-11-05T12:41:30","modified_gmt":"2019-11-05T11:41:30","slug":"die-schwere-suche-nach-neos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2019\/11\/05\/die-schwere-suche-nach-neos\/","title":{"rendered":"Die schwere Suche nach NEOs"},"content":{"rendered":"<p>Derzeit l&auml;uft immer noch die Studie f&uuml;r <a href=\"https:\/\/neocam.ipac.caltech.edu\/\">NeoCam<\/a>. Sie ist die aktuelle weltraumbasierte Mission der NASA zur Suche nach Near Earth Objects (NEOs). Der Kongress hatte 2005 der NASA 15 Jahre Frist gegeben, 95 % der NEOs &uuml;ber 140 m Gr&ouml;&szlig;e innerhalb der n&auml;chsten 15 Jahre zu finden. Die Frist l&auml;uft n&auml;chstes Jahr ab. Bisher hat man 30 % gefunden. Also so richtig ernst scheint man das Thema nicht zu nehmen. Selbst wenn NeoCAM startet &uuml;brigens nicht vor 2025 und braucht 10 Jahre um das Kongress-Ziel zu erreichen. Das hei&szlig;t anstatt 15 Jahren wird die NASA 30 Jahre zur Umsetzung brauchen. Nicht das man es nicht versucht h&auml;tte: Seit 2006 gab es nicht weniger als sechs <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Near-Earth_Object_Surveillance_Mission\">Vorschl&auml;ge die Mission <\/a>umzusetzen (die letzten f&uuml;nf im Discoveryprogramm), doch selektiert wurde sie nie.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg02.met.vgwort.de\/na\/ced2fff03ced4640bb30fb7860a8fb9f\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><!--more--><\/p>\n<p>NEOs sind Planetoiden, die die Erdbahn kreuzen. Damit k&ouml;nnen sie potenziell auf der Erde einschlagen und wie man an &uuml;ber 100 gro&szlig;en Einschlagskratern sieht, tun sie das auch. Dabei sind dies nur die prominentesten und unumstrittensten Krater. Es gibt drei <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Datenbanken_irdischer_Impaktstrukturen\">Datenbanken<\/a> die noch mehr Krater erfassen und 190, 375 bzw. 1140 Eintr&auml;ge haben. Dabei sind dies nur die Krater, die nicht durch Plattentektonik, Wind und Wetter eingeebnet sind und die, die auf dem Meer einschlugen sind durch die laufende Erneuerung des Meeresbodens nur relativ kurzlebig.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Die Auswirkungen eines Einschlags<\/h3>\n<p>Kleine K&ouml;rper, in etwa 10 bis 20 m Durchmesser, je nach Zusammensetzung, zerfallen mit Sicherheit beim Durchqueren der Atmosph&auml;re. Die anderen erzeugen einen Kater, typisch von 10 bis 20-fachem Durchmesser des K&ouml;rpers (ebenfalls von der Dichte und Geschwindigkeit abh&auml;ngig). Mit der Untergrenze von 140 m w&uuml;rde man so alle K&ouml;rper erfassen, die einen Krater von etwa 2 km Durchmesser erzeugen. Dort ist mit Sicherheit alles Leben zerst&ouml;rt. Das gilt auch noch f&uuml;r den Umkreis, wo es eine Druckwelle, ausgeworfenes Material und Hitze gibt. Je weiter man sich vom Einschlagszentrum entfernt, desto geringer werden die Auswirkungen. Die Temperatur klingt am schnellsten ab, dann folgt die Druckwelle und zuletzt die seismischen Wellen, die einem Erdbeben gleichen. Allerdings steckt die meiste Zerst&ouml;rungskraft in der Druckwelle und dem Auswurfmaterial. Mit einem Programm errechne ich f&uuml;r einen typischen Steinmeteoriten von 140 m Durchmesser und Dichte 2,2 bei einer Geschwindigkeit von 17 km\/s in einem Winkel von 45 Grad km\/s folgende Effekte: (nach <a href=\"https:\/\/impact.ese.ic.ac.uk\/ImpactEarth\/index.html\">Earth Impact Programm<\/a><\/p>\n<ul>\n<li>Kraterdurchmesser 1,91 km<\/li>\n<li>Verursacht ein Erdbeben der St&auml;rke 5,6 auf der Richter-Skala<\/li>\n<li>In 10 km Distanz kommen noch 5 m gro&szlig;e Brocken herunter. Mehrst&ouml;ckige Geb&auml;ude und Holzgeb&auml;ude brechen durch die Druckwelle zusammen<\/li>\n<li>In 15 km Distanz sinkt der mittlere Durchmesser von Ejekta auf 1,8 m. Hofgeb&auml;ude kollabieren noch, 30 % der B&auml;ume werden druch die Druckwelle entwurzelt.<\/li>\n<li>In 20 km Distanz sinkt der mittlere Durchmesser der Steinbrocken auf 0,8 m. Geb&auml;ude halten stand, Glasscheiben nicht.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das hei&szlig;t, ein 140 m gro&szlig;er Gesteinsbrocken hat eine Zone, in der die Wirkung mit einem starken Erdbeben oder einem Hurrican vergleichbar ist, von etwa 30 km Durchmesser. Das h&auml;ngt nat&uuml;rlich stark von den genauen Parametern des K&ouml;rpers wie Dichte, Winkel, Geschwindigkeit aber auch dem Einschlagsort ab.<\/p>\n<p>Obwohl dieser K&ouml;rper in der Atmosph&auml;re zerf&auml;llt, und so <sup>4<\/sup>\/<sub>5<\/sub> seiner Energie verliert, ist er also nicht harmlos. Je nachdem, wo er runterkommt ist eine Zone mit einem Durchmesser von 30 km verw&uuml;stet und das k&ouml;nnen bei einer Gro&szlig;stadt Millionen Tote sein. \u201eHarmlos\u201c sind nur deutlich kleinere K&ouml;rper. Beim <a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Meteor_von_Tscheljabinsk\">Meteor von Tscheljabinsk<\/a> handelte es sich um einen nur 19 m gro&szlig;en K&ouml;rper, also viel kleiner und er trat sehr flach in die Atmosph&auml;re ein, was das Auseinanderbrechen noch forcierte. Trotzdem gab es an Tausenden von Geb&auml;uden Besch&auml;digungen.<\/p>\n<p>Nun gibt es seit Jahren Suchprogramme f&uuml;r NEOs. Fr&uuml;her nutzte man dazu ausgemusterte Teleskope, die zu klein f&uuml;r viele anspruchsvollere Forschungsprojekte waren. Inzwischen hat man spezialisierte Teleskope daf&uuml;r gebaut wie <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Pan-STARRS\">Pan-STARRS<\/a>. Bodengest&uuml;tzte Teleskope sind immer billiger als eine Raumsondenmission. Pan STARRS hat vier Teleskope mit je 1,8 m Durchmesser und kostet 100 Millionen Dollar. Neocam wird mit einem 50-cm-Teleskop auf Suche gehen und die Kosten werden auf 500 bis 600 Millionen Dollar gesch&auml;tzt.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Warum eine Raumsondenmission<\/h3>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignleft size-medium\" src=\"\/img\/neowise-blickfeld.png\" width=\"480\" height=\"517\" \/>Es gibt zwei wesentliche Gr&uuml;nde warum man eine Raumsondenmission anstrebt. Der erste sind die Bahnen von NEOs. Ein NEO kann die Erdbahn kreuzen, er kann sie aber auch nur touchieren. Wenn er z.B. einen sonnenfernsten Bahnpunkt von 161 Millionen km hat und die Erdbahn an der Stelle 150 Millionen km von der Sonne entfernt ist, dann ist er auf der Nachtseite der Erde nur sichtbar, wenn er diesen Punkt erreicht. Sonst \u2013 die meiste Zeit seiner Umlaufbahn \u2013 befindet er sich von der Erde aus gesehen innerhalb der Erdbahn und damit nahe der Sonne. Dann kann aber kein erdgebundenes Teleskop ihn aufnehmen, da er dann nur am Taghimmel sichtbar ist.<\/p>\n<p>Eine Raumsonde kann sich der Sonne mehr n&auml;hern und diesen Nachteil ausgleichen. Daneben &uuml;berstrahlt ohne Atmosph&auml;re die Sonne nicht die Umgebung. Man kann einen Asteroiden dann auch aufnehmen, wenn er nahe der Sonne, aber nicht vor ihr ist. Das Blickfeld in dem Neocam Aufnahmen machen kann. verdeutlicht dies. Man hat in den vergangenen Jahren zahlreiche K&ouml;rper entdeckt, nachdem sie die Erde nahe passierten \u2013 aber erst danach. W&auml;ren sie nicht an der Erde vorbeigeflogen, sondern aufgeschlagen, man h&auml;tte sie nicht bemerkt, bevor es einen Aufschlag gab. So war es auch beim Meteor von Tscheljabinsk.<\/p>\n<p>Das zweite ist, dass viele dieser K&ouml;rper recht dunkel sind. Sei reflektieren wenig Licht. Das ist eine typische Eigenschaft von Felsen, auch unser Mond reflektiert nur 14 % des Lichts. Zusammen mit der kleinen Gr&ouml;&szlig;e \u2013 die gr&ouml;&szlig;eren K&ouml;rper mit 1 km Durchmesser und gr&ouml;&szlig;er &#8211; sind wahrscheinlich zu 90 % bekannt, macht das die Entdeckung schwierig.<\/p>\n<p>Die L&ouml;sung von Neocam ist, dass die Kamera im Infraroten arbeitet. Da die K&ouml;rper die sie suchen soll sich alle innerhalb der Erdbahn befinden sind sie relativ warm und ihr Absorptionsmaximum liegt im Infraroten.Das zeigt die untere Abbildung. Die Detektoren arbeiten bei 4 bis 5,2 und 6 bis 10 Mikrometern Wellenl&auml;nge. Das entspricht einer Temperatur von 17 bis 450 K (10\/4 mm Wellenl&auml;nge). Es gibt auch Infrarotkameras an irdischen Teleskopen, doch arbeiten die im nahen Infrarot. Das Problem: Nat&uuml;rlich strahlt die ganze Umgebung des Teleskops W&auml;rmestrahlung aus. Mann kann zwar das Instrument aktiv K&uuml;hlen, z. B. mit fl&uuml;ssigem Stickstoff, doch bei den gro&szlig;en Spiegeln und dem Teleskopgeb&auml;ude ist das nicht m&ouml;glich. VISTA und SPHERE die neuesten <a href=\"file:\/\/\/C:\/Users\/Admin\/Downloads\/Infrared_Detector_Systems_at_ESO.pdf\">IR-Instrumente des VLT<\/a> arbeiten im nahen Infrarot bei 1 bis 2,5 Mikrometern Wellenl&auml;nge. Durch das Ausweichen in den infraroten Strahlungsbereich erhofft man sich eine bessere Detektion von NEOs.<\/p>\n<h3 class=\"western\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignright size-medium\" src=\"\/img\/neocam-ir.png\" width=\"613\" height=\"409\" \/>Die Orbitwahl<\/h3>\n<p>Da es um die NEOs geht, die den gr&ouml;&szlig;ten Teil ihres Aufenthalts innerhalb der Erdbahn verbringen, ist ein Orbit um so g&uuml;nstiger je sonnenn&auml;her er ist. Die Kamera kann zwei Zonen nicht beobachten: die Erde selbst und die Sonne. Um beide herum gibt es eine Sicherheitszone, weil die K&ouml;rper selbst IR-Strajhlung aussenden, die intensive Strahlung der Sonne kann sogar das Instrument besch&auml;digen. Der erste Vorschlag war daher auch eine Sonde in einer Umlaufbahn zwischen Erde und Venus. Das ist sonnenahe genug, um mit Ausnahme einer kleinen Zone um die Erde 180 Grad des Himmels auf der sonnenabgewandten Seite zu beobachten, dazu k&auml;me dann noch die sonnenzugewandte Seite mit Ausnahme der Region um die Sonne. Wenn man um diese einen 90 Grad Bogen zieht \u2013 in Anlehnung an die Grafik oben \u2013 sind 270 Grad von 360 Grad zug&auml;nglich.<\/p>\n<p>Neocam wird im<a href=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/raumfahrtbegriffe.shtml\"> L1-Librationspunkt<\/a> stationiert. Das ist ein Punkt 1,5 Millionen km von der Erde entfernt, in der Verbindungslinie Erde-Sonde-Sonne. Genauer gesagt, sie macht einen komplexen Bogen um diesen Punkt. Wie die Grafik zeigt, muss man hier die Erde aussparen, sodass man auf weniger als 180 Grad Beobachtungsfeld kommt. Der Orbit hat andere Vorteile. So ist er mit weniger Energie zu erreichen \u2013 die Geschwindigkeit f&uuml;r einen Orbit zwischen Erde und Venus ist zwar nicht viel h&ouml;her, doch damit die Sonde nicht wieder zur Erde zur&uuml;ckkehrt, muss dieser sp&auml;ter zirkularisiert werden, was ebenfalls Energie und damit Treibstoff ben&ouml;tigt. Der Hauptgrund f&uuml;r diesen erdnahen Orbit ist aber, dass man in der Fertigung von IR-Sensoren gro&szlig;e Fortschritte gemacht hat. Vor 20 Jahren hatten die 256 x 192 Pixel, vor zehn Jahren erreichten Sie 1 MPixel und NeoCam wird 4 MPixel Sensoren, davon 4 pro Kanal (acht insgesamt) einsetzen. Das sind 32 MPixel pro Bild. In einem Orbit zwischen Erde und Venus \u2013 sagen wir mal in 125 Millionen km Distanz, schwankt die Distanz zur Erde stark zwischen 25 und 275 Millionen km. Entsprechend sinkt die Datenrate ab und eine Sonde ben&ouml;tigt ein sehr leistungsf&auml;higes Sendesystem. Im L1-Punkt ist die Sonde st&auml;ndig etwa 1,5 bis 2 Millionen km von der Erde entfernt, also 10 bis 20-mal n&auml;her und die Datenrate entsprechend h&ouml;her. Die Sonde kann daher viel kleiner und kosteng&uuml;nstiger sein.<\/p>\n<h3 class=\"western\">Mein Senf<\/h3>\n<p>Ich wei&szlig; nicht, ob das Geld in eine Raumsonde gut investiert ist oder man vielleicht besser in erdgebundene Teleskope investiert h&auml;tte. Die haben 30 % der Neos ab 140 Meter Gr&ouml;&szlig;e detektiert (die Gesamtzahl beruht auf Absch&auml;tzungen basierend auf der Gr&ouml;&szlig;en- und Orbitverteilung der bekannten K&ouml;rper). Pan-STARRS, das in den letzten Jahren die meisten Entdeckungen machte, kostet nur ein F&uuml;nftel der Sonde, und wenn man dann f&uuml;nf weitere baut, m&uuml;sste es auch gehen, sogar schneller und die Teleskope kann man auch f&uuml;r andere Zwecke nutzen. Klar entdecken diese nur K&ouml;rper, wenn sie die Erde, schon passiert haben. Doch da man keinerlei M&ouml;glichkeiten oder auch nur Konzepte hat, einen Einschlag zu verhindern spielt das eigentlich keine Rolle.<\/p>\n<p>Die NASA hat wohl auch lange Zeit darauf gesetzt, dass sie die Mission nicht ben&ouml;tigt. So wurde spekuliert ob der schon eingesetzte IR-Satellit <a href=\"https:\/\/www.nasa.gov\/mission_pages\/WISE\/main\/index.html\">WISE<\/a> die Kr&ouml;per findet. Er wird seit dem September als NEOWise daf&uuml;r eingesetzt und entsprechend umbenannt. Die Detektoren von WISE sind &auml;hnlich empfindlich wie die von NeoCam, aber sein Teleskop bildet eine viel kleinere Fl&auml;che ab, sodass man NEOCam wohl doch noch braucht. Ihr Teleskop hat ein 20-fach h&ouml;heres Gesichtsfeld.<\/p>\n<p>Das Konzept von NEOcam ist f&uuml;r mich stimmig, doch frage ich mich, warum es nur ein Teleskop ist. Die Gr&ouml;&szlig;e von 50 cm Durchmesser hat man sicherlich genau gew&auml;hlt \u2013 ein gr&ouml;&szlig;eres Instrument w&uuml;rde zwar schw&auml;chere Objekte entdecken, bildet aber auch ein kleineres Feld ab, sodass man in der vorgegebenen Beobachtungszeit eine kleinere Himmelsregion absuchen kann und entsprechend weniger NEOs entdeckt oder f&uuml;r das 90%-Ziel l&auml;nger braucht. Aber Neocam ist leicht: Die Sonde wiegt 1,3 t. Sie wird mit einer Atlas V oder Falcon 9 gestartet. Selbst die kleinste Version der Atlas V kann aber 3.300 kg auf einen Fluchtkurs bringen. F&uuml;r eine Falcon 9 errechne ich bei einer Seebergung auch 3 t. Die Sonde k&ouml;nnte also mindestens doppelt so schwer sein. Das w&uuml;rde es erlauben:<\/p>\n<ul>\n<li>Entweder mehrere dieser 50-cm-Teleskope einzusetzen \u2013 man erkennt so zwar keine kleineren Brocken, aber braucht keine 10 Jahre, sondern entsprechend k&uuml;rzer um alle zu entdecken.<\/li>\n<li>Oder man setzt mehrere gr&ouml;&szlig;ere Teleskope ein. Zwei von 70 cm Durchmesser haben das gleiche Gesichtsfeld wie ein 50-cm-Teleskop, bauchen also gleich lange, finden aber halb so lichtschwache K&ouml;rper.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Noch ist <a href=\"https:\/\/www.lpi.usra.edu\/sbag\/meetings\/jun2019\/presentations\/Masiero.pdf\">NeoCam<\/a> aber immer noch nicht in trockenen T&uuml;chern. 2017 gab es nur 3 Millionen Dollar f&uuml;r weitere Konzeptarbeiten. Die Mission ist aber selbst noch nicht genehmigt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Derzeit l&auml;uft immer noch die Studie f&uuml;r NeoCam. Sie ist die aktuelle weltraumbasierte Mission der NASA zur Suche nach Near Earth Objects (NEOs). 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