Asteroid 99942 Apophis - Armaggeddon im Jahre 2036 ?

Asteroiden zwischen Mars und Jupiter (Credit: Wikipedia: Asteroid Belt)

Im  Sonnensystem bewegen sich zwischen Mars und Jupiter unzählige Asteroiden auf teilweise chaotischen Bahnen um die Sonne. Man nimmt an, dass sie bei der Entstehung des Sonnensystems sich nicht haben zu einem Planeten vereinigen können. Im Jahre 2004 wurde der Asteroid "99942 Apophis" (frühere Bezeichnung: "2004 MN₄", siehe Wikipedia-Eintrag) durch das Kitt-Peak-Nationalobservatorium in Arizona entdeckt. Er ist einer von diesen unzähligen Himmelskörpern, die hier um die Sonne kreisen, und von Zeit zu Zeit durch die Nähe von Planeten aus ihrer Bahn geworfen und in das innere Sonnensystem umgelenkt werden. Die Asteroiden in der Tabelle auf dieser Seite weisen eine gewisse Wahrscheinlichkeit für einen direkten Treffer mit der Erde auf. Apophis ist einer von Ihnen und derjenige, der zeitweise das höchste Gefährdungspotential mit einem Wert "4" auf der sog. "Turiner Skala" aufwies.

Am Freitag, dem 13. April 2029 um 22.45 Uhr MEZ und am Ostersonntag, dem 13. April 2036 wird "99942 Apophis"- wenn alles gut geht - zweimal in allernächster Nähe an der Erde vorbeifliegen. Geht es schlecht, so wird dieser Himmelskörper im Jahre 2029 die Erde zwar knapp verfehlen (Abstand < 29.470 km), aber durch das Gravitationsfeld der Erde so in seinem Kurs geändert, dass er 7 Jahre später trifft. Möglich ist auch, dass sich "99942 Apophis" bei seinem nahen Erdvorbeiflug im Jahre 2029 durch die auf ihn wirkenden Gezeitenkräfte in seine

Apophis vor dem nächtlichen Himmel. Aufnahme des Sorano-Teleskops (Credits: Sorano-Webseite)

Einzelteile zerlegt und diese sich unabhängig voneinander weiterbewegen und im Jahr 2036 eine mehrfache Bedrohung darstellen. Mit den heutigen Bahnmessungen als Ergebnis ist im Jahre 2029 die Chance eines direkten Treffers sehr gering, wohingegen durch die Unbestimmtheit der Bahnparameter unter dem Einfluß der Erdgravitation nach diesem Tag bis zum Jahr 2036 keine genaue Aussage möglich ist. Sicher ist nur, dass es sehr nahe sein wird.

Die mit den Beobachtungen befasste "Near Earth Objects"-Gruppe (NEO) der NASA hat eine Abhandlung zum Problem mit Apophis veröffentlicht, dessen Zusammenfassung der Autor hier wiedergibt.
 

Niemals in den bisherigen Beobachtungen der nahen Objekte in der Erdumgebung ist ein Asteroid mit diesem Gefährdungspotential für unser Zeitalter entdeckt worden. Das Problem: "99942 Apophis" ist ein etwa 300 m durchmessender Asteroid, der im Falle eines Einschlags nach Schätzungen der Nasa auf der Erde mit einer Energieentwicklung von etwa 1500 Megatonnen TNT auftreffen würde. Dies ist mehr als das 40-fache der stärksten jemals von Menschen gebauten Wasserstoffbombe. Ein noch größeres Gefährdungspotential aller bekannten Asteroiden hat nach heutigem Stand nur der im Jahre 1950 entdeckte, 1.1 km durchmessende Asteroid "1950 DA" , für den am 16. März 2880, also in 871 Jahren, nach heutigem Wissenststand eine noch größere Auftreffwahrscheinlichkeit als für "99942 Apophis" besteht. Für ihn kann man sich allerdings in über 800 Jahren noch entsprechende Gegenmassnahmen ausdenken. Dagegen wird "99942 Apophis" in 20 Jahren für die nächste Generation möglicherweise zum akuten Problem werden.

Bahn von Apophis im Jahre 2029. Der weiße Balken zeigt die Bahnunbestimmtheit der bisherigen Messungen bis zum Jahre 2007. (Credits: Wikipedia)

In den Jahren 2005 und 2006 wurde die Bahn von "99942 Apophis" genauestens vermessen. Das Problem bei solchen Messungen ist, dass aufgrund der noch langen Zeit bis zum Zusammentreffen und der Unbestimmtheit der Bahnparameter, hervorgerufen durch z.B. Lichtdruck von der Sonne, Einfluss des Sonnenwindes, Absorptionsfähigkeit der Asteroidenoberfläche, Drehimpuls, Beeinflussungen durch die Schwerkraft von Planeten in Bahnnähe usw., nur eine mehr oder weniger genaue Vorhersage der Bahn möglich ist. Nach diesen Betrachtungen wird uns Apophis im April 2029 mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 98% verfehlen.  
 

Durch die momentane Nähe des Asteroiden zur Sonne ist bis zum Jahre 2011 keine weitere Bahnvermessung mehr möglich. Im Jahr 2013 passiert er in seinem Sonnenorbit die Erde in einer Entfernung von 14.4 Mio km. Davor und besonders danach muß weiter genau gemessen werden, um die Unbestimmtheit vermindern und das Gefährdungspotential genauer einschätzen zu können. Besteht zur Zeit noch eine Ungenauigkeit der Bahn von etwa 800 km, so wird erwartet, dass nach 2011 die Ungenauigkeit auf weniger als 50 km für den Termin im Jahre 2029 verbessert werden kann. Für das Jahr 2029 bei insgesamt etwa 30.000 km Abstand zur Erde ist also alles im grünen Bereich: "99942 Apophis" wird  Terra am 13. April gegen 22:45 Uhr MEZ in etwa 29.430 km (± 800 km) über dem Mittelatlantik passieren und mit bloßem Auge als hell vorbeiziehender Punkt der Größe +3.3 mag beobachtbar sein. Die Bahn ist weit innerhalb der geostationären Satellitenbahnen  in dieser Region, daher sind alle irdischen Satelliten, z.B. Fernseh- und Wettersatelliten, in diesem Bereich prinzipiell gefährdet.

Verkleinerung der Bahnunsicherheiten von Apophis mit der Zahl der direkten Messungen. Im Jahre 2013, wenn Apophis wieder direkt anvisiert werden kann, sollte es einen großen Sprung in der Genauigkeit geben. (Credits: NASA NEO Team)

Durch den nahen Vorbeiflug an der Erde im Jahre 2029 nahe ihrer Roche-Grenze (etwa 20.000 km)  ist die Bahnveränderung des Asteroiden erheblich. Diese kann nicht genau bestimmt werden, da es z.B. durch die Gezeitenkräfte im Gravitationsfeld der Erde auch zu einem Auseinanderbrechen von Apophis kommen könnte.  Das Berechnungsmodell sagt deshalb eine Unsicherheit von etwa 23 Erdradien für das Jahr 2036 voraus. Außerdem kann erst beim nahen Vorbeiflug im Jahre 2029 die physikalische Beschaffenheit des Asteroiden näher untersucht werden, die ebenfalls eine Unsicherheit in den Berechnungen darstellt. Bis dahin muß also auf jeden Fall mit einem Einschlag von "999423 Apophis" auf der Erde am Ostersonntag des Jahres 2036 gerechnet werden. Nach der Passage im Jahre 2029 wird man Genaueres wissen.

Möglichkeiten der aktiven Bahnveränderung des Asteroiden zur Vermeidung eines Einschlages auf der Erde sind naturgemäß umso wirkungsvoller, je früher sie begonnen werden. Nach einschlägigen Berechnungen könnte z.B. eine auf der Oberfläche des Asteroiden bis zum Jahre 2018 aufgebrachte reflektierende Folie von 40x40m Fläche (eine etwa 8 kg schwere Nutzlast eines Asteroidenraumschiffes) durch den Lichtdruck der Sonne in 18 weiteren Jahren bis zur Erdpassage im Jahre 2036 eine Bahnveränderung von etwa einem Erdradius verursachen. Reflektierendes oder absorbierendes Material von etwa 250 kg Masse aufgebracht auf die Oberfläche des Asteroiden bis zum Jahre 2018 könnte die Auftreffwahrscheinlichkeit auf die Erde um 99.9999998% verringern, so sie denn bis zum Jahre 2018 durch weitere Bahnmessungen genau bekannt sein sollte. Dagegen würde z.B. der Treffer auf einen extra in die Bahn des Asteroiden gebrachten großen Erdsatelliten im Jahre 2029 die Bahn von Apophis im Jahre 2036 nur um weniger als 100 km ändern.

Der Orbiter "Sancho" im Orbit des Asteroiden beobachtet und vermißt den Einschlag des Impaktors "Hidalgo" (Credits: ESA)

Der nach heutigen Berechnungen (Stand 2009) mögliche Auftreffpunkt im Jahre 2036 liegt auf einer Bahn von Mitteleuropa bis Indien. Ein Asteroid von diesen Ausmaßen würde beim Einschlag auf festem Land im Umkreis von 100 km alles pulverisieren und selbst bis 250 km Entfernung vom Auftreffpunkt eine Katastrophe auslösen. Der Krater selbst wäre etwa 10 km groß. Erst jenseits von 250 km Umkreis wäre ein Überleben möglich. Beim Einschlag im Meer könnte ein Tsunami von bisher ungekannten Dimensionen ausgelöst werden.

Die ESA hat daher im Jahre 2006 das Projekt "Don Quijote" gestartet, das einen Orbiter zur genauen Vermessung der Asteroidenbahn namens "Sancho" und einen Impaktor namens "Hidalgo" umfasst. "Sancho" ist ein Orbiter zur Umkreisung des Asteroiden und zur Messung von  Oberflächenbeschaffenheit, Masse und Gravitationsfeld. Nach der exakten Bestimmung des Erdauftreffpunktes mit Hilfe dieser Messergebnisse durch Sancho soll Hidalgo starten und in einer Art Kamikazeaktion den Asteroiden mit seiner Masse von etwa 1.7 Tonnen an geeigneter Stelle mit 10km/s Geschwindigkeit  rammen,  um dadurch seine Bahn geringfügig so zu ändern, dass er die Erde im Jahr 2036 verfehlt. Nach Berechnungen der ESA kann diese Methode bis zu einem Asteroidendurchmesser von 1 km Erfolg haben. Die ESA hat eine Animation zur Mission veröffentlicht (10.6 MByte mp4-Datei), die die wichtigsten Aktionen beider Raumschiffe zeigt.

"Hidalgo" bei seinem Kamikaze-Flug zum Asteroiden Apophis (Credits: ESA)

Das Problem von Don Quijote ist, dass die Bahnveränderung durch Hidalgo möglichst frühzeitig geschehen müsste, also vor 2029, um einen größeren Ablenkungseffekt auszulösen. Zu diesem Zeitpunkt vor der ersten Erdpassage im Jahre 2029 ist die Bahn nach der Passage  allerdings immer noch recht unbestimmt, um den Effekt für das Jahr 2036 genau berechnen zu können. Nichts wäre schlimmer, als wenn Hidalgo dem Asteroiden auf einer möglicherweise neben die Erde gerichteten Bahn gerade den richtigen Schubs gibt, um einen genauen Erdtreffer zu verursachen.

Nach den nächsten Bahnmessungen in den Jahren 2011 - 2013 wird man Genaueres über die Bahn und das Bedrohungspotential von "99942 Apophis" wissen. Etwa bis Mitte dieser Dekade muß dann "Sancho" startklar sein, um bei einer möglichen akuten Gefahr für die Erde rechtzeitig für Abhilfe sorgen zu können. Trotz aller Vorsorgemaßnahmen bleibt allerdings ein gewisses Gefährdungspotential bestehen. In etwa 20 Jahren von heute an werden wir mehr wissen, nämlich dann, wenn Apophis im April 2029 zum ersten Mal an der Erde vorbeigeflogen und seine zukünftige Bahn für das Jahr 2036 genau bekannt ist.

Es gab weitere Bestrebungen, die Sache in den Griff zu bekommen. So hatte die Planetary Society im Jahr 2008 mit Unterstützung durch die ESA einen Wettbewerb ausgelobt mit einer Siegprämie von 50.000$ für die beste Konzeption einer Mission zum Asteroiden Apophis. Anfang 2009 wurden die Gewinner bekannt gegeben, siehe auf dieser Seite. Als beste Mission wurde "Foresight" von Spaceworks Engineering (USA) ausgezeichnet, die eine Aufklärungsmission mit dem Start am 9. Mai 2012 und einer Ankunft bei Apophis am 15. März 2013 beinhaltet. Die weiteren Plätze belegten "A-Track" von Deimos Space (Spanien) (Start: 5. April 2013, Ankunft bei Apophis am 17. Februar 2014) und "APEX" von EADS Astrium (UK) (Start: 22. April 2013, Ankunft bei Apophis am 18. Januar 2014). Ob und was von diesen Konzepten wirklich realisiert werden konnte, würde die Zukunft zeigen.

[Update 12.10.2009]:
Neueste Berechnungen der Verantwortlichen beim JPL, die Anfang Oktober 2009 veröffentlicht wurden, senken das Kollisionsrisiko von Apophis mit der Erde am 13. April 2036 weiter von 1:45.000 auf 1:250.000, d.h. eine Kollision ist nahezu komplett auszuschliessen. Die Daten wurden durch weitere Beobachtungen präzisiert, umfassen nun fast 700 Sichtungs-Messwerte und sind somit recht genau. Allerdings tritt nun neu das Datum 13. April 2068 in die Diskussion, an dem die Einschlagwahrscheinlicheit  auf 1:400.000 angestiegen ist. Dies ist immer noch vernachlässigbar, allerdings steigt die Wahrscheinlichkeit hier mit der Anzahl der Messungen noch an.

[Update 30.12.2009]:
Es machte eine unbedachte (oder bedachte ?) Meldung des Roskosmos-Chefs Anatoly Perminov die Runde, dass die russische Weltraumbehörde eine Mission zum Asteroiden Apophis plane, um die Gefahr eines Einschlages im Jahr 2032 (!!)  zu minimieren. Absoluter Quatsch ! Denn es kann im Jahre 2032 überhaupt keinen Einschlag geben, da Apophis dann nicht in Erdnähe ist und für den möglichen Einschlag im Jahre 2036 ist die Wahrscheinlichkeit durch weitere Bahnmessungen gerade erst von 1:45.000 auf 1:250.000 gesunken, siehe obiges Update vom 12.10.2009. Bei den nächsten Bahnmessungen im Jahre 2013, wenn Apohpis der Erde auf etwa 14 Mio. km nahe kommt, wird die Asteroidenbahn noch einmal genauestens vermessen werden. Die exakte Bahn von Apophis für das Jahr 2036 wird erst nach der nahen Erdpassage im Jahre 2029 bestimmbar sein. Übrigens: die Wahrscheinlichkeit für einen Einschlag im Jahre 2068 ist zur Zeit 1:330.000 .