Einfach erklärt
1991 flog die Raumsonde Galileo an einem Asteroiden namens Gaspra vorbei – als erste Raumsonde überhaupt. Sie machte Fotos und sammelte Informationen über den felsigen, von Kratern übersäten Brocken. Seine Masse konnte sie nicht messen, doch der Vorbeiflug zeigte, wie viel sich über Asteroiden lernen lässt, wenn man ihnen nahekommt.
Mehr als drei Jahrzehnte ist es her, dass Galileo auf dem Weg zum Jupiter den Asteroidengürtel durchquerte und dabei die Gelegenheit bekam, einem kleinen Himmelskörper namens Gaspra nahezukommen. Die Sonde landete nicht auf ihm und schwenkte auch nicht in eine Umlaufbahn ein. Sie raste mit hoher Geschwindigkeit an ihm vorbei und nahm in kurzer Zeit Bilder auf und Messungen vor. Trotzdem war diese Begegnung weit mehr als ein flüchtiger Moment auf einer langen Reise: Sie war der erste Besuch einer Raumsonde bei einem Asteroiden und machte aus einem fernen Lichtpunkt eine Welt, deren Oberfläche und Eigenschaften sich aus der Nähe untersuchen ließen.
Eine schnelle Begegnung im Asteroidengürtel
Der Vorbeiflug fand am 29. Oktober 1991 statt. Galileo war damals auf dem Weg zum Jupiter, dem größten Planeten des Sonnensystems. Gaspra umkreist die Sonne nahe dem inneren Rand des Asteroidengürtels, der zwischen den Bahnen der inneren Planeten und Jupiter liegt. Etwa zwei Monate bevor die Sonde den Asteroiden erreichte, durchquerte sie diesen Gürtel. Ihre Position und Flugbahn boten damit eine seltene Gelegenheit, einen seiner Himmelskörper aus der Nähe zu betrachten.
Galileo kam Gaspra bis auf etwa 990 Meilen, also 1593 Kilometer, nahe. Eine andere Darstellung nennt als Abstand etwas weniger als 1000 Meilen oder ungefähr 1601 Kilometer. Beide Angaben liegen sehr nahe beieinander und beschreiben keinen grundlegenden Unterschied bei der Begegnung. Relativ zu Gaspra bewegte sich die Sonde mit ungefähr 5 Meilen pro Sekunde, also 8 Kilometern pro Sekunde. Häufig wird auch eine Geschwindigkeit von rund 18.000 Meilen pro Stunde angegeben.
Es handelte sich also nicht um eine ruhige Annäherung, bei der die Sonde lange in der Nähe ihres Ziels bleiben konnte. Galileo flog mit hohem Tempo durch die Region und musste ihre Instrumente auf Gaspra ausrichten und innerhalb eines kurzen Zeitfensters Bilder und Messdaten sammeln. Ein solcher Vorbeiflug unterscheidet sich grundlegend von einer Landung oder einem Eintritt in eine Umlaufbahn: Die Sonde passiert den Himmelskörper und erfasst dabei Daten, während sie an ihm vorbeifliegt. Anschließend setzt sie ihren Weg zum eigentlichen Ziel fort.
Bilder eines ungewöhnlichen Himmelskörpers
Die Aufnahmen zeigten, dass Gaspra keine regelmäßige Kugel, sondern ein länglicher und ungleichmäßig geformter Körper ist. Seine Abmessungen wurden mit etwa 12 Meilen Länge und 7 Meilen Breite angegeben. Eine detailliertere Schätzung beziffert seine Maße auf ungefähr 20 Kilometer mal 12 Kilometer mal 11 Kilometer – das entspricht etwa 12,4 mal 7,4 mal 6,8 Meilen. Diese Zahlen vermitteln einen Eindruck von seiner Gestalt: Gaspra ist ein felsiger Körper mit unterschiedlich langen Achsen, keine glatt geformte Kugel.
Auf den Bildern war außerdem eine von Kratern übersäte Oberfläche zu erkennen. Ein Krater bleibt zurück, wenn ein Körper auf der Oberfläche des Asteroiden einschlägt. Die Verteilung dieser Einschlagspuren erlaubt es Forschenden deshalb, Teile seiner bewegten Vergangenheit nachzuvollziehen. Die NASA beschrieb Gaspra als komplex geformt und unregelmäßig; eine dünne Schicht aus Staub und Gesteinstrümmern bedeckt seine Oberfläche. Die Aufnahmen waren nicht bloß schöne Bilder: Zum ersten Mal ließ sich die Oberfläche eines Asteroiden aus der Nähe im Detail betrachten und mit dem vergleichen, was zuvor aus Beobachtungen aus großer Entfernung abgeleitet worden war.
Joseph Veverka, Mitglied des Bildgebungsteams von Galileo, war der Ansicht, dass das Erscheinungsbild Gaspras auf einen Körper hindeutet, der im Laufe seiner Geschichte vielen Störungen ausgesetzt gewesen ist. Er brachte die Möglichkeit ins Spiel, dass der heute noch vorhandene Asteroid ein Bruchstück ist, das frühere katastrophale Zusammenstöße überstanden hat. Diese Deutung passt zu den Spuren, die die Krater von einer langen Geschichte voller Einschläge erzählen. Sie bleibt jedoch eine Erklärung des sichtbaren Befunds und ist keine lückenlose Rekonstruktion, die sich aus einem einzelnen Bild gewinnen ließe. Der Asteroid bewahrt Spuren seiner Vergangenheit. Forschende müssen daraus erschließen, welche Ereignisse seine heutige Form geschaffen haben könnten.
Was Galileo messen konnte – und wo die Grenzen lagen
Galileo machte nicht nur Bilder im sichtbaren Licht. Die Sonde setzte auch ein Spektrometer ein, um Karten im nahen Infrarotbereich zu erstellen. Dieses Instrument erfasst Licht, das für das menschliche Auge unsichtbar ist, und nutzt aus, dass verschiedene Materialien unterschiedlich darauf reagieren. Mithilfe der Daten ließ sich die chemische Zusammensetzung Gaspras untersuchen und einige seiner physikalischen Eigenschaften bestimmen. So ergänzten Hinweise auf die Beschaffenheit des Materials die Informationen über das Aussehen seiner Oberfläche.
Dass die Sonde Daten sammeln konnte, bedeutete allerdings nicht, dass danach alle Eigenschaften des Asteroiden bekannt waren. Galileo gelang es nicht, Gaspras Masse zu bestimmen: Die Sonde flog in einem Abstand an ihm vorbei, bei dem seine Anziehungskraft ihre Flugbahn nicht messbar genug beeinflusste. Üblicherweise lässt sich die Masse eines Himmelskörpers aus der Stärke ableiten, mit der seine Schwerkraft auf einen Körper in der Nähe wirkt. Ist dieser Einfluss zu schwach, um in der Bewegung der Sonde deutlich erkennbar zu sein, steht diese Methode nicht mit der nötigen Genauigkeit zur Verfügung.
Diese Einschränkung macht einen wichtigen Aspekt der Raumfahrt deutlich: Eine erfolgreiche Mission beantwortet nicht automatisch jede Frage. Bilder können Form und Krater zeigen, Instrumente bestimmte Signale von Materialien analysieren. Für eine Massenbestimmung braucht es dagegen geeignete Messungen und passende Bedingungen beim Vorbeiflug. Galileo machte Gaspra zwar zum ersten Asteroiden, den eine Raumsonde besuchte, doch danach war der Himmelskörper noch längst nicht in jeder Hinsicht bekannt. Der Vorbeiflug markierte den Beginn der Datensammlung aus nächster Nähe, nicht das Ende aller offenen Fragen.
Ein Zwischenstopp auf dem langen Weg zum Jupiter
Galileo startete im Oktober 1989 zu einer Reise, die sechs Jahre dauerte und sie schließlich zum Jupiter führte. Auf dem Weg dorthin flog sie 1990 zunächst an der Venus und anschließend an der Erde vorbei. Ein Jahr später begegnete sie Gaspra. Der Vorbeiflug am Asteroiden fiel damit ungefähr in die Mitte der Reise und war ein wissenschaftlicher Abstecher innerhalb einer Mission, deren Hauptziel die Erforschung des Jupiter und seines Systems war.
Nach der Begegnung mit Gaspra flog Galileo 1992 ein zweites Mal an der Erde vorbei und näherte sich 1993 dem Asteroiden Ida. Im Juli 1994 befand sie sich zufällig an einem geeigneten Ort, um den Kometen Shoemaker-Levy 9 zu beobachten, als dieser auseinanderbrach und anschließend auf Jupiter einschlug. Schließlich erreichte Galileo 1995 den Jupiter. Diese Abfolge zeigt, dass die Reise der Sonde keine direkte Strecke zwischen Erde und Jupiter war. Unterwegs gab es Begegnungen mit verschiedenen Himmelskörpern und Beobachtungen, und Gaspra war das erste Asteroidenziel auf dieser Route.
Da Gaspra vor Ida besucht wurde, reichte die Bedeutung der Begegnung über die Daten zu diesem einzelnen Himmelskörper hinaus. Der Vorbeiflug zeigte, dass eine Sonde auf dem Weg zu einem weit entfernten Planeten unterwegs auch einen Asteroiden wissenschaftlich untersuchen kann. Aufnahmen aus einer Entfernung von etwa 1000 Meilen liefern Details, die Beobachtungen aus großer Entfernung nicht bieten. Das Ziel war klein, die verfügbare Zeit kurz – dennoch lieferte die Begegnung einen praktischen Test für die Idee, Flugbahnen zwischen den Planeten auch zur Beobachtung anderer Himmelskörper zu nutzen.
Von den ersten Bildern zur direkten Erkundung
Nach Galileo veränderte sich die Art, wie Asteroiden erkundet wurden. In späteren Missionen erreichten Raumsonden die Oberflächen solcher Himmelskörper. Ein Beispiel ist die Sonde NEAR, die auf Eros landete. Andere Missionen sammelten Asteroidenproben und brachten sie zur Erde zurück. Dazu gehören die NASA-Mission OSIRIS-REx und die japanischen Hayabusa-Sonden. Einen anderen Weg ging die Mission DART: Sie stieß absichtlich mit einem Asteroiden zusammen, um Techniken zu erproben, die dabei helfen könnten, die Erde vor der Gefahr eines möglichen Einschlags zu schützen.
Diese späteren Erfolge mindern die Bedeutung von Galileos Vorbeiflug nicht, sondern zeigen, wie sehr sich die Möglichkeiten erweitert haben. Die Erkundung entwickelte sich von Bildern eines Himmelskörpers während eines schnellen Vorbeiflugs über Landungen und die Rückführung von Proben bis hin zum Test, wie sich ein gezielter Aufprall auswirkt. Gaspra war der erste Asteroid, den eine Raumsonde besuchte. Die Begegnung lieferte ein frühes Beispiel dafür, was ein naher Vorbeiflug sichtbar machen kann – und welche Größen sich dabei nicht unbedingt messen lassen.
Fazit
Am 29. Oktober 1991 schrieb Galileo Raumfahrtgeschichte: Die Sonde flog an Gaspra vorbei, dem ersten Asteroiden, den eine Raumsonde besuchte. Sie kam dem Himmelskörper bis auf schätzungsweise 990 Meilen oder 1593 Kilometer nahe. Der Abstand wurde auch als etwas weniger als 1000 Meilen beziehungsweise ungefähr 1601 Kilometer beschrieben. Dabei bewegte sich Galileo mit etwa 5 Meilen pro Sekunde oder 8 Kilometern pro Sekunde – das entspricht rund 18.000 Meilen pro Stunde. Die Bilder zeigten einen länglichen, unregelmäßig geformten und von Kratern übersäten Körper. Seine Abmessungen wurden auf unterschiedliche Weise angegeben, während ein Spektrometer seine Zusammensetzung und einige Eigenschaften anhand von Messungen im nahen Infrarotbereich untersuchte. Seine Masse konnte die Sonde nicht bestimmen, weil Gaspras Schwerkraft ihre Flugbahn nicht stark genug beeinflusste. Galileo war im Oktober 1989 gestartet und erreichte 1995 den Jupiter. Auf dem Weg dorthin legte die Begegnung mit Gaspra den Grundstein für die Erkundung von Asteroiden aus nächster Nähe – und ebnete den Weg für eine Zeit, in der solche Himmelskörper fotografiert, auf ihnen gelandet, Proben von ihnen gesammelt und Verfahren zum Schutz der Erde erprobt werden konnten.