NASA-Sonde Psyche: "Einzigartige Gelegenheit auf Kern eines Planeten zu blicken"

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Kommende Woche Donnerstag will die NASA mit Psyche die erste Sonde starten, die einen Asteroiden aus Metall besuchen soll. Wenn dabei alles klappt, soll die Asteroidensonde sechs Jahre unterwegs sein und 3,6 Milliarden Kilometer zurücklegen, um den ungewöhnlichen Himmelskörper im Asteroidenhauptgürtel zwischen Mars und Jupiter zu erreichen. Warum der ganz besonders spannend ist und was sich die Verantwortlichen von der Mission erwarten, erklärt deren Chefwissenschaftlerin Lindy Elkins-Tanton im Interview mit heise online:

Was hat es mit der Psyche-Mission auf sich?

Psyche ist der Name der Mission und gleichzeitig ihr Ziel, ein Asteroid im Hauptasteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Warum dieser Asteroid? Er unterscheidet sich – wahrscheinlich – von fast allen anderen Asteroiden dadurch, dass zumindest ein Teil seiner Oberfläche und ein Großteil seines Inneren aus Metall bestehen. Es wird daher das allererste Mal sein, dass wir eine Metallwelt besuchen, oder wenigstens eine mit einer Oberfläche aus Metall.

Von den etwa eineinhalb Millionen Asteroiden im Asteroidengürtel, kennen wir nur etwa neun, von denen wir glauben, dass sie größtenteils aus Metall bestehen. Und Psyche ist der größte davon. Wir denken, dass ihr Metallkern Teil eines sehr frühen Planeten war. Also ein Planetesimal, das nicht in einen Gesteinsplaneten eingegliedert wurde, sondern quasi im Asteroidengürtel strandete. Wenn wir mit dieser Idee Recht haben, ist dies die eine einzigartige Gelegenheit, um in den Kern eines Planeten zu blicken. An den Kern der Erde oder anderer Planeten gelangen wir ja nicht ran. Deshalb ist die Mission so spannend.

Der Gürtel ist mehr als 300 Millionen Kilometer weit weg. Gibt es keine Metall-Asteroiden, die leichter zu erreichen sind?

Nein, nicht viel. Aber Psyche ist bei weitem der größte. Das hört sich vielleicht komisch an, aber Psyche hat die Form einer Ofenkartoffel. Sie ist nicht wirklich rund. Doch damit ähnelt sie immer noch mehr einer Kugel als die anderen, viel kleineren und manchmal noch seltsamer geformten Planeten-Fragmenten. Daher hoffen wir, bei Psyche mehr von der ursprünglichen Struktur eines solchen frühen Planeten zu sehen.

Warum wissen wir bisher nicht mehr über Psyche?

Der Knackpunkt ist, dass noch nie eine Sonde an Psyche vorbeigeflogen ist, uns fehlen Nahaufnahmen. Selbst in Hubble-Bildern ist sie nur vier Pixel groß. Wir wissen also nicht, wie der Asteroid aussieht. In gewisser Weise ist das sowohl frustrierend als auch aufregend.

Immerhin verfügen wir über eine ganze Reihe von Daten, die wir mit weltraum- und bodengestützten Instrumenten gewonnen haben. Dazu gehören Informationen zur Dichte sowie Messungen im Radar-, Infrarot- und sichtbaren Bereich. Allerdings sind die Daten nicht immer stimmig.

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Zudem haben wir Informationen über seine thermische Trägheit [ein Maß, wie schnell Psyche seine Temperatur ändern kann, Anmerkung der Redaktion]. Alles deutet auf einen erheblichen Metallanteil hin, zumindest auf der Oberfläche. Aber das ist wirklich alles, was wir derzeit mit einiger Sicherheit sagen können.

Was ich grundsätzlich gerne sage und auch jetzt hier bemerke: Wahrscheinlich wird sich alles, was ich Ihnen jetzt sage, als falsch erweisen, wenn wir erst mal da sind. Der Weltraum überrascht uns immer wieder. Die Natur übertrifft unsere besten Versuche an Vorstellungskraft und Kreativität hinsichtlich dessen, was die Dinge sein könnten. Für mich ist es daher so reizvoll, genau dahin zu gehen, worüber wir lange nachgedacht und Hypothesen aufgestellt haben. Und sobald wir ankommen, ist es ganz anders.

Könnte nicht auch das neue James-Webb-Weltraumteleskop Psyche anschauen?

Tatsächlich wurde Psyche für den ersten Beobachtungszyklus des James Webb ausgewählt. Im März hat sich das Teleskop Psyche mit seinem Infrarotspektrometer angeschaut, allerdings nicht mit dem bildgebenden Instrument. Damit wollen wir versuchen, mehr über die Zusammensetzung der Oberfläche zu erfahren. Insbesondere hat das JWST nach Orten gesucht, an denen sich möglicherweise wasserhaltige Mineralien oder Spuren von Wasser befinden, die uns etwas über spätere Einschläge auf der Oberfläche verraten könnten, und vielleicht auch etwas über das Primärmaterial des Asteroiden. Es handelt sich also um sehr vorläufige Daten. Das Team analysiert derzeit noch, es liegen keine Ergebnisse vor.

Es gibt zwei entgegengesetzte Modelle, wie Psyche entstanden ist: Als Resultat einer Kollision oder einer einfachen Zusammenballung. Werden Sie sicher herausfinden, welches das Richtige ist?

Wir haben Matrizen erstellt, mit allen möglichen Modellen, wie sich Psyche gebildet haben könnte. Wir haben nicht nur zwei Szenarien, sondern eher zehn. Die Frage geht aber noch weiter. Seit nun seit 12 Jahren überlegen wir uns, wie wir eine Mission gestalten, um eine wissenschaftliche Hypothese an einem unbekannten Himmelskörper zu testen? Wie stellen wir sicher, dass unsere Messungen zwischen allen möglichen Szenarien unterscheiden können? Ich kann heute sicherlich nicht eindeutig sagen, dass wir das schaffen. Außerdem ist es möglich, dass Psyche uns über das hinaus überrascht, was wir uns derzeit als plausible Formationsszenarien vorstellen. Immerhin werden wir dann unsere bisherigen Modelle streichen können und uns mit neuen Optionen beschäftigen.

Welches Entstehungsmodell wird Ihrer Meinung nach herauskommen?

Es gibt ja die Regel nach "Ockhams Rasiermesser". Dieses Ökonomieprinzip sagt, dass es am erfolgversprechendsten ist, unter mehreren die einfachste Hypothese auszuwählen, um eine Beobachtung zu erklären. Aber nicht, weil sie am wahrscheinlichsten richtig ist, sondern weil sie am besten überprüfbar ist. Das ist aber eine knifflige Regel für ein Objekt, zu dem es nur wenige Daten gibt.

Psyche ist ein einzigartiges Objekt und wir können annehmen, dass es unter ungewöhnlichen Umständen entstanden ist, als sich das Sonnensystem bildete. Daher halten wir es für wahrscheinlich, dass Psyche Teil eines Kerns eines kleinen Planetesimals ist. Sie wurde also in einem sehr frühen Planetenstadium zerbrochen, bevor sie sich mit einem anderen, größeren Planeten verbinden konnte.

Eine andere Möglichkeit ist, dass das Metall und Gestein auf Psyche im Millimeter- oder Zentimeterbereich vermischt vorliegt. In diesem Fall wäre Psyche nie geschmolzen. Stattdessen waren die Bedingungen so, dass das Eisen zu reinem Metall reduziert wurde. Wobei es bei dieser Entstehungsgeschichte wiederum Mischformen geben könnte.

Was ist Ihrer Meinung nach das interessantere Ergebnis?

Ich persönlich fände es am spannendsten, wenn Psyche aus einem stark reduziertes Material bestände, das nie aufschmolz. Das würde eine der Hypothesen bestätigen, allerdings ist so etwas bisher noch nicht beobachtet worden. Es wäre sozusagen ein neues Material in der Geschichte des Sonnensystems.

Es gibt also bisher kein vergleichbares Objekt, dessen Geschichte bekannt ist.

Richtig. Der nächstgrößere, mutmaßliche Metall-Asteroid ist Kleopatra. Er hat nur ein Viertel von Psyches Durchmessers, ist also deutlich kleiner. Aber Kleopatra hat die Form eines länglichen Hundeknochens. Die Vermutung ist, dass der Asteroid während der Rotation geschmolzen ist, denn das ist eine typische Form für rotierende Flüssigkeiten, die gefrieren. Wir wissen es zwar nicht sicher, haben aber zumindest Bilder von Kleopatra. Für Psyche nicht und dabei ist es noch mal ein ganz anderes Objekt.

Was ist das wichtigste der drei Instrumente an Bord der Sonde?

Darauf gibt es wahrscheinlich drei Antworten. Es lässt sich nicht eines davon herausheben, sondern sie sind alle unbedingt notwendig, um unsere Fragen zu beantworten. Denn alle Antworten erfordern mehrere sich überschneidende Datensätze.

Ohne das Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer, das uns aus der Umlaufbahn die Zusammensetzung der Oberfläche zeigt, werden wir wirklich nichts verstehen. Und nur mit dem Magnetometer können wir hoffen, ein starkes Magnetfeld zu messen, was beweisen würde, dass es sich bei Psyche um den Metallkern eines frühen Planeten handelt.

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Wer Wert auf Öffentlichkeitsarbeit legt, findet vermutlich die bildgebenden Instrumente am wichtigsten. Ich gehöre auch dazu. Ich glaube, ein Grund, warum wir ins All fliegen, besteht ja darin, allen auf der Erde zu zeigen, wozu wir Menschen fähig sind.

Was für eine neue Technologie nutzt die Psyche-Sonde?

Die Technik der Primärmission ist schon weitgehend erprobt worden. Das Antriebssystem besteht aus Hall-Effekt-Triebwerken. Das sind Ionentriebwerke, die sicherlich schon weit über hundertmal erfolgreich in der Erdumlaufbahn geflogen sind. Aber: Sie wurden noch nie außerhalb der Mondumlaufbahn eingesetzt, und es ist ihr allererster Einsatz im Deep Space.

Allerdings fliegen wir mit dem optischen Weltraumkommunikationsinstrument DSOC eine Technologiedemonstration für die NASA. Es soll per Laser mit der Erde kommunizieren, denn damit lassen sich viel mehr Daten kodieren als mit Radiowellen. Wir testen das Gerät, während des Wegs zu Psyche, in ungefähr einer Distanz Erde-Mars. Wir werden den Laser zwar nicht für die wissenschaftliche Arbeit selbst nutzen, aber der Test dient der künftigen Kommunikation zum Mars mit hohen Bandbreiten.

Ließe sich damit quasi auch telefonieren?

Ja, es würde in beide Richtungen funktionieren. Wenn die Technologie ausgereift ist, ließe sie sich beispielsweise für die Kommunikation zwischen Erde und Mond nutzen, und somit auch viel mehr Daten nach oben senden.

Warum fliegt die Sonde nicht näher als hundert Kilometer an Psyche heran?

Wir müssen etwa hundert Kilometern heranfliegen, um Daten vom Gammastrahlen-Neutronenspektrometer zu bekommen. Dabei müssen wir mit einem gewissen Maß an statistischer Sicherheit nachweisen, dass wir eine stabile Umlaufbahn erreicht haben. Psyche hat vermutlich ein sehr seltsames Schwerkraftfeld, denn der Asteroid ist ja keine Kugel und besteht zudem wahrscheinlich aus mindestens zwei Materialien, von denen eines doppelt so dicht ist wie das andere. Wir haben bereits am Computer mit den verfügbaren Daten simuliert, wie das Schwerkraftfeld aussehen könnte. Wir hoffen aber, dass wir in einer erweiterten Mission näher heranzufliegen.

Warum landet die Sonde nicht auf Psyche beziehungsweise, warum ist keine Landesonde an Bord?

Das sah die Ausschreibung der NASA nicht vor. Das Budget von etwa 960 Millionen US-Dollar ist nicht groß genug, um den Aufwand für so eine Extra-Untersuchung zu riskieren. Wenn die Mission größer ausgelegt worden wäre, hätten wir natürlich landen wollen.

Das heißt, Sie hatten sich das schon überlegt, sind aber froh, überhaupt zu fliegen?

Absolut. Wir haben ja überhaupt keine Ahnung, wie die Oberfläche eines metallischen Asteroiden aussieht. Ist sie glatt und fein wie die pulverförmige Oberfläche des Mondes, oder zerbricht Asteroidenmetall nicht in winzige Körner? Gleich mit einer Sonde auf einer völlig unbekannten Oberfläche zu landen, ist für NASA kein Thema. Sie sagt "'Zuerst fliegen wir vorbei, dann kreisen wir drumherum. Und erst dann landen wir und schauen uns alles aus der Nähe an." Wir überspringen immerhin den Vorbeiflug und schwenken direkt in eine Umlaufbahn ein. Das ist schon mal ein großer Schritt.

Was hat es mit dem mutmaßlichen Gold auf sich, das Psyche enthalten soll? Spielt es eine wissenschaftliche Rolle?

Das ist eine amüsante Geschichte, die uns aber ein wenig geplagt hat. Als ich 2017 den Anruf von der NASA erhielt, dass unser Missionsvorschlag ausgewählt wurde, habe ich der Presse etwa zehn Stunden lang Interviews gegeben. Ein Reporter fragte mich: "Psyche besteht aus Metallen wie Eisen mit Nickel. Was wäre der Asteroid wert, wenn er sich auf dem Metallmarkt verkaufen ließe?"

Da habe ich gerechnet und bin auf diese alberne Zahl von 10.000 Billiarden US-Dollar gekommen. Das war interessant, weil es mich dazu gebracht hat, über die Größe der Mission nachzudenken.

Wie sind die denn darauf gekommen

Psyche weist wahrscheinlich eine ähnliche Zusammensetzung wie die Eisenmeteoriten auf, wie die wir hier auf der Erde finden. Denn die meisten dieser Objekte stammen aus dem Asteroidengürtel und sind erst vor kurzem von dort herausgeschlagen worden. Das bedeutet, dass Psyches Metallteil größtenteils aus Eisen und einem erheblichen Anteil von fünf bis acht Prozent Nickel besteht. Dazu kämen auch alle anderen Elemente, die siderophil sind, also in Eisenmineralen vorkommen, also auch Gold und Silber sowie Platin, Palladium Iridium und Rhodium. Nur in kleinen Anteilen zwar, aber auf der Erde wäre es definitiv ein abbauwürdiges Erz.

Und warum ist die Zahl dann albern?

Wir sind natürlich nicht in der Lage, Psyche zur Erde zu transportieren. Es könnte sogar zur Katastrophe kommen, wenn es uns nicht gelänge, den Brocken in einen stabilen Orbit um die Erde zu bringen. Außerdem: Selbst, wenn wir seine Metalle ausbeuten könnten, würden sie die Märkte überschwemmen und wären am Ende nichts mehr wert. Aus wirtschaftlicher Sicht ist Psyche für den Menschen daher irrelevant. Etwas anders wäre es, wenn wir von Psyche lernen, einen ähnlichen und näheren Asteroiden zu finden und dann ein brillantes Start-up einen Plan hätte, um was daraus zu machen. Aber das ist Zukunft.

Die US-Regierung wollte mal Astronauten zu einem Asteroiden zu schicken. Macht das Sinn?

Für eine Mission wie Psyche macht es überhaupt keinen Sinn. Wir verfügen ja nicht mal über die Technologie, um Menschen dorthin zu fliegen. Es ist schon schwer genug, Menschen auf den Mars zu schicken, und der kommt der Erde dreimal näher als Psyche. Bei so etwas derart weit entferntem wie Psyche bleiben uns nur Roboter.

Was halten Sie grundsätzlich von bemannter Raumfahrt?

Ich denke, es ist unglaublich inspirierend, Menschen dabei zuzusehen, wie sie etwas so Mutiges tun. Allerdings finde ich nicht nur die Arbeit von Astronauten eindrucksvoll, sondern auch Forschungsroboter, die wir an ihrer Stelle entsenden.

Unser Team war in der Spitze 800 Leute stark, insgesamt haben mehr als 2000 Menschen an Psyche gearbeitet. Es ist ein Wunder der menschlichen Evolution, dass so viele Menschen etwas so Kompliziertes zusammenbauen, das dann auch noch ein Jahrzehnt lang ohne Reparatur im Weltraum einwandfrei funktioniert.

Warum macht nicht auch die ESA bei Psyche mit?

Bei dieser Mission hat die NASA eine Obergrenze für ausländische Beiträge festgelegt. Unsere wunderschönen Magnetometer wurden beispielsweise von der Dänischen Technischen Universität gebaut und geliefert, zudem arbeiten auch einige europäische Wissenschaftler im Team, darunter auch welche vom DLR. Wir sind daher nicht ganz so isoliert, wie es zunächst scheint. Trotz der Bedeutung der Mission betrachtet die NASA Psyche aber als eine Mission kleiner Klasse, da schließt die NASA seltener Verträge mit der ESA.

In Ihrer Autobiografie erzählen Sie über Ihre Erfahrungen als Frau in der Männerwelt der 80er-Jahre am renommierten Massachusetts Institute of Technology. Wie würden Sie Frauen heute ermutigen, MINT-Fächern zu studieren?

Oh ja. Ich denke heute gerne an diese Zeit, und zwar sowohl nostalgisch als auch bittersüß. Ich persönlich habe zwar das Gefühl, dass ich unterstützt wurde. Doch es gab damals auch eine Voreingenommenheit gegenüber allen, die nicht zur Hauptgruppe gehörten, sei es aufgrund ihres Geschlechts, ihrer Hautfarbe oder ihres sozioökonomischen Hintergrunds.

Ich bin froh, dass sich das heute in dieser Hinsicht etwas gebessert hat, auch wenn es noch Luft nach oben gibt. Denn jeder kann ja daran mitarbeiten, die Arbeitskultur zu erschaffen, in der er leben möchte. Wenn man etwas Visionäres erreichen will, lassen die Hindernisse nicht lange auf sich warten. Da muss man dann rüber. That’s life.

(mho)