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Raumsonde „Lucy“ auf dem Weg zu den Trojanern

NASA-Mission soll erstmals Asteroiden in der Jupiterbahn besuchen

Lucy
NASA-Raumsonde "Lucy" wird erstmals die Jupiter-Trojaner besuchen – Asteroiden, die vor und hinter dem Jupiter in dessen Bahn kreisen. © Southwest Research Institute

Am Samstag ist die NASA-Raumsonde „Lucy“ zu einer Mission mit ungewöhnlichem Ziel gestartet. Denn die Sonde soll erstmals die Jupiter-Trojaner besuchen – Asteroiden, die in der Jupiterbahn kreisen. Anders als die Brocken im Asteroidengürtel stammen diese Trojaner aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems. Ihre Untersuchung könnte daher spannende Informationen über die frühe Entwicklung dieser fernen Region liefern sowie über die Routen, auf denen Asteroiden und Kometen ins innere System gelangen.

Nachdem die Planetenbildung im Sonnensystem abgeschlossen war, sammelte sich ein großer Teil der übriggebliebenen Brocken zusammen mit frühen Kollisionstrümmern im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Er enthält vor allem steinige, wasserarme Asteroiden, die im inneren Teil der früheren Urwolke entstanden. Weiter außen sammelten sich dagegen Himmelskörper aus den eisreicheren Zonen des Urnebels. Diese Kometen, Zwergplaneten und Asteroiden finden sich heute vorwiegend im Kuipergürtel jenseits des Neptun.

Jupiter-TRojaner
Position und Bewegung der Jupiter-Trojaner.© Astronomical Institute of CAS/ Petr Scheirich

Trojaner – Uralte Brocken in der Bahn des Jupiter

Es gibt aber auch Asteroiden, die zwischen den Planeten des äußeren Sonnensystems kreisen oder sogar direkt auf deren Bahn – bei letzteren spricht man von Trojanern. Beim Jupiter sammeln sich zehntausende dieser bis zu 250 Kilometer großen Brocken an zwei Stellen vor und hinter dem Planeten. An diesen sogenannten Lagrange-Punkten halten sich die Anziehungskräfte von Sonne und Jupiter die Waage. Dadurch können Objekte in stabilen Umlaufbahnen um diese Punkte kreisen.

Am Jupiter konzentrieren sich zwei große Wolken solcher Asteroiden um seine Lagrange-Punkte 4 und 5, die jeweils 60 Grad vor und hinter dem Planeten liegen und ihm auf seinem Orbit um die Sonne folgen. Planetenforscher vermuten, dass viele dieser Brocken schon während der Wanderung des jungen Jupiter vom Außenrand der Urwolke in seine heutige Umlaufbahn eingefangen wurden. Sie könnten daher noch weitgehend unveränderte Relikte aus dieser Region sein.

„Das macht diese ‚Zeitkapseln‘ für eine genauere Untersuchung sehr interessant“, erklärt Stefano Mottola vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). „Wir erhoffen uns bedeutende neue Kenntnisse über die früheste Zeit des Sonnensystems und die Entstehung der Planeten.“ Gleichzeitig könnten die Daten mehr Aufschluss darüber geben, auf welchen Routen und durch welche Prozesse Himmelskörper aus dem äußeren Sonnensystem nach innen gelangen.

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Erster Besuch durch eine Raumsonde

Die NASA-Raumsonde Lucy soll nun erstmals diese Jupiter-Trojaner besuchen und näher untersuchen. Wegen ihrer großen Entfernung von der Erde, ihrer geringen Größe und ihrer geringen Helligkeit sind sie mit Teleskopen kaum erkennbar. Die am 16. Oktober 2021 vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral gestartete Raumsonde könnte daher erstmals wesentliche Eigenschaften dieser primordialen Relikte in Erfahrung bringen.

Dafür hat sie drei wissenschaftliche Instrumente an Bord, mit denen sie die chemischen und physikalischen Merkmale der Asteroiden spektroskopisch untersuchen kann. Kameraaufnahmen sollen zudem die Oberfläche und Struktur einiger ausgewählter Trojaner in größerem Detail zeigen. „Aus den Daten der Navigationskameras wird die genaue Gestalt der Asteroiden abgeleitet“, erklärt Mottola. Aufschluss über die innere Zusammensetzung und die Masse der Trojaner sollen zudem subtile Verschiebungen in den Frequenzen der Funkwellen liefern, die „Lucy“ zur Erde zurückschickt.

Lucys Flugbahn
Flugbahn der NASA-Raumsonde „Lucy“ (grün).© Southwest Research Institute

Langwieriger, verschlungener Anflug

Bis es allerdings so weit ist, wird es noch einige Jahren dauern. Denn um die beiden Trojanerwolken an den Lagrange-Punkten des Jupiter zu erreichen, muss die NASA-Raumsonde einige Schleifen fliegen. Zunächst wird sie in zwei Vorbeiflügen an der Erde Schwung für ihre Reise zur Jupiterbahn holen und im Jahr 2025 den Asteroidengürtel erreichen. Dort passiert sie den Hauptgürtel-Asteroiden( 52246) Donaldjohanson, bevor sie weiterfliegt.

Im Jahr 2027 wird die Raumsonde dann zuerst den Schwarm von Jupiter-Trojanern erreichen, die dem Planeten am Lagrange-Punkt L4 vorauseilen. Als Zielobjekte sind dort der Asteroid Eurybates mit seinem Mond Queta, sowie die Asteroiden Polymele, Leucus und Orus anvisiert. Nachdem Lucy dann bis November 2028 diese „Besuchsliste“ abgearbeitet hat, wird sie wieder zurück ins innere Sonnensystem bis zur Erde gelenkt – ein Novum in der Geschichte der Raumfahrt.

Der Grund dafür: Nur durch diese große Schleife und einen erneuten Vorbeiflug an der Erde kann die Raumsonde ihre Bahn so verändern, dass sie als nächstes auch die hintere Wolke der Jupiter-Trojaner ansteuern kann. Diese um dem Lagrange-Punkt L5 kreisenden Objekte wird „Lucy“ im März 2033 erreichen. Dort steht der Doppelasteroid (617) Patroclus auf ihrem Untersuchungsprogramm.

Die nominelle Mission der Raumsonde ist danach zu Ende, doch wenn noch der Treibstoff und die für den Missionsbetrieb notwendige Ressourcen reichen, könnte die Mission verlängert werden und „Lucy“ noch weitere Trojaner in der Jupiterbahn erkunden.

Quelle: NASA, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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