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Man mag zu Herrn Musk und seinen Kapriolen in der sozialen und medialen Welt durchaus kritisch stehen, aber hier möchte ich doch mal ein paar Kirchlein zurück ins Raumfahrtdorf holen – der Reihe nach:

Daß rein flüssiggetriebene Großraketen durchaus eine Weile auf dem Starttisch hochlaufen, ist nicht ungewöhnlich, es fällt im Zeitalter der Feststoffbooster nur nicht mehr so doll auf. Wir haben uns dran gewöhnt, daß die Rakete abhebt, kaum daß die großen graubraunweißen Staubwolken aus dem Abgasschacht schießen, und sie dann auf einem dichten Rauchkegel aufsteigt. Das hat, neben Standard-Special-Effects-plugins im Kino, vier übersichtliche Gründe: i) ein Feststofftriebwerk zündet nicht, explodiert, oder läuft – innerhalb gut einer Sekunde, und ist bei seiner einmal getroffenen Wahl nicht zu stoppen; ii) bei 2-Großbooster-Konfigurationen wie Shuttle oder Ariane 5 schlägt die Rakete einen Salto, wenn sie nicht das selbe tun, weshalb man die Rakete praktisch im Moment der Zündung der booster von der Rampe entriegelt; iii) Flüssigtriebwerke kann man einregeln und abschalten, aber nicht ganz sofort; und iv) ist deren Abgas am Boden zunächst fast unsichtbar – bei Wassersprühvorhängen im Abgasschacht der Rampe sieht man überwiegend das verdampfte Wasser als reinweiße Kondenswolke rausgeblasen. Die Flüssigtriebwerke der Zentralstufe werden etwa 5 bis 20 Sekunden vor der Boosterzündung, also eben aus geschilderten Gründen dem Abheben an sich, gezündet und hochgefahren. Am schönsten zu sehen beim Shuttle wegen der seitlichen Anordnung und des in nur eine Richtung ausblasenden Wasservorhangs, und FreundInnen des Vintage Space klingt hier vielleicht T.J. O’Malley (links im Bild) im Ohr, "T-minus 18 seconds and counting, engine start" – so lang dauerte es bei der ursprünglichen Atlas.

Daß dann die Brocken heftig fliegen, ist erstmal grundsätzlich nicht ungewöhnlich bis ganz normal. Am schönsten kann man dies in dem IMAX-3D-Film Space Station (2002) sehen, worin 1998 eine damals schon weit über 100 mal geflogene Proton von ihrer etwa halb so oft genutzten, übrigens gänzlich trockenen Rampe abhebt, und dann … keine SPOILER! Erosion durch überschallschnelle Gase ist so eine Sache, die etwas unintuitiv ist. Daß Brocken vom seitwärts umgelenkten Abgasstrahl mitgerissen werden, ist klar. Man möchte gern annehmen, daß dort, wo er ziemlich senkrecht auf eine fest betonierte Fläche trifft, diese vom Staudruck des Abgases eigentlich nur noch fester an den Boden gepreßt würde.

Aber es fließen Überschallströmungen anders als der gewohnte Sturm; tatsächlich können sie als sogenannter Expansionsfächer sogar enge 180°-Knicke umlaufen und dabei beschleunigen. Das ist, als ob ein starker Landregen glatt ein dachziegelgedecktes Giebeldach herabläuft und plötzlich aus den Schindelspalten aufwärts in den Dachboden schießen würde. Im Gegensatz zum Wind erfährt ein ankommendes Gasmolekül in einer Überschallströmung nicht vorab eine Ablenkung durch Druckänderungen, bzw. gewissermaßen, auf was es da gerade zukommt, da sich Druckänderungen nur mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, und so ab der Schallgeschwindigkeit nicht mehr entgegen der Strömung zurücklaufen können. Trifft sie auf ein Hindernis, stapeln sich die Moleküle sozusagen vor ihm; die sehr scharfe Übergangslinie von der freien Überschallströmung (dem Triebwerksstrahl) zur praktisch stehenden Luftschicht vor dem Hindernis (knapp über dem Boden) nennt man Stoß. Bei bewegten Objekten kennen wir sie als Überschallknall. Vor dem Stoß ist hier das Gas verdünnt, sehr heiß, und sehr schnell; dahinter noch heißer, sehr dicht und unter hohem Druck. Im Prinzip wird die Bewegungsenergie in Druck und zusätzliche Hitze umgesetzt. Das Gas kann nun durch ein Zusammenwirken beider Phänomene in feine Poren und Spalten des Bodenbelags eindringen und diese im Untergrund unter Druck setzen und die Umgebung stark erhitzen. Besonders am Übergang vom stoßverdichteten Staugebiet zum expandiert seitlich fließenden Bereich im Abgasschacht, der wild turbulent vor- und zurückspringt, kann das hochverdichtet eingekrochene Gas, das durch die feinen Spalten gedrosselt nicht ebensoschnell sich ausgleichen kann, wie ein Netzwerk von Sprengschnüren wirken. Fliegt von ihm angehoben erstmal eine Betonplacke weg und legt ihre Kanten als Angriffsflächen und weicheren Untergrund frei, folgt der Rest wie eine Lawine aus Blechdächern im Hurricane.

Das passiert auch in Großraketen sehr erfahrenen Betreibern, z.B. hat nach der Erfahrung von hunderten Starts im Kaliber der Falcon-9 die sowjetische Energia bei ihrem Erststart, ebenso wie jetzt die Super Heavy des Starship, ihre Startrampe regelrecht abgerissen, bei einem kurzen Kippmanöver nach dem Abheben.

Denn auch das Kippen von Großraketen im Startvorgang ist durchaus nicht unüblich, eben weil sich dabei nicht nur die Rakete so schnell wie möglich von der Rampe entfernt, sondern auch ihr mehrfach größerer Abgasstrahl. Kurz nach dem tatsächlich senkrechten Lösen von der Rampe werden dabei die Triebwerke etwas weg vom Startturm geschwenkt, so daß ihr zunehmend aus dem Flammenloch des Tisches wachsender Abgasstrahl etwas vom Turm weg bläst, nicht zu ihm gelenkt wird von der Flammenlochkante oder der Tischfläche, und den Turm mit all seinen Leitungen und Kabeln möglichst nur durch seine enorme Wärmestrahlung und Schallintensität beschädigen kann. Trotzdem sieht man oft schon nach Sekunden dessen Schutzfarbe und die Isolation der von der Rakete wegfallenden Verbindungsleitungen abrauchen. Dieses sanfte Manöver drückt das Heck der Rakete zwar zunächst etwas näher zum Turm, aber kippt im Gegenzug ihre Spitze auf einen von ihm weg weisenden Kurs. Bei einem Kippwinkel von wenigen Grad wird gegengesteuert. Nun hat sich der Mittelpunkt der Rakete schon etwas vom Turm entfernt, so daß der jetzt leicht zum Turm hin schwenkende Triebwerksstrahl ihn nicht mehr berührt, sondern in das Flammenloch des Starttisches bläst, oder auf dessen vom Turm abgewandten Rand, den man von empfindlicheren Installationen eher freihalten kann, während die Rakete langsam wieder in die Senkrechte kommt.

Diese Drehung kann man mit den Triebwerken in Neutrallage noch etwas überschießen lassen, wobei der Abgasstrahl mit vom Turm wegdreht, bis die Rakete in ihrem schneller werdenden Aufstieg seitwärts wieder in Richtung Turm gleitet, und erst dann gegensteuern, was wiederum eine Schwenkung des Abgasstrahls vom Turm weg bedingt, und etwa bei „tower clear“ oder etwas höher passiert, so daß sowohl der sich nach unten ausweitende Abgasstrahl den Turm möglichst verschont als auch seine nun auf voller Breitseite kommende Wärmestrahlung ihn nur aus möglichst großem Abstand beleuchtet.

Am besten kann man dieses Manöver bei längeren Aufnahmen von Starts der Saturn V aus der richtigen Blickrichtung oder von ihrem Flammenschlag auf den Starttisch sehen. Es mag nun beim Starship wie bei der Energia zu einer Verstärkung dieser Bewegung gekommen sein, vielleicht durch die Triebwerksausfälle. (Bei der Energia war es ein Verschlucker im Steuerungssystem, den es automatisch korrigierte.)

Triebwerksausfälle oder – häufiger – Tankperforationen durch zurückprallende, vom Triebwerksstrahl weggeschleuderte Objekte, sind auch nichts neues, und selbst bei größter Sauberkeit bei einem unerwarteten Teilabriß der Startrampe folgerichtig-unerwartet. Flüssigraketen mit mehr als etwa 3 Triebwerken verpacken den kontrollierten (also nicht-explosiven) Ausfall eines kleineren Anteils der Antriebe meist ganz gut. Bei eher wenigen Triebwerken, die deshalb nah beieinander liegen, kann der Schwenkbereich der verbleibenden Triebwerke den asymmetrischen Schub noch ausgleichen, und der fehlende Schub kann durch eine längere Brennzeit weitgehend kompensiert werden. Bei der Saturn V ist das bei Apollo 6 und 13 vorgekommen, mit Abschaltung von bis zu 2 von 5 Triebwerken.

Raketen mit vielen Triebwerken haben breitere Anordnungen, dann muß beim Ausfall eines äußeren Triebwerks das gegenüberliegende ebenfalls abgeschaltet werden, vor allem, wenn nicht alle schwenkbar sind. Diese Technik ist nicht ganz trivial, wie die sowjetischen Raumfahrer bei ihrer Mondrakete N1 leidvoll erfahren mußten, da aus den laufenden Daten von dutzenden Meßpunkten pro Triebwerk ‘live‘ ein unmittelbar bevorstehender Ausfall in Sekundenbruchteilen möglichst ohne Fehlalarm erkannt, und die richtige Kompensationsmaßnahme treffend umgesetzt werden muß. Dabei können die Maßnahmen um den Stufentrennungsvorgang und bei Brennzeitveränderungen der Stufen noch wesentlich variantenreicher werden und über die Steuerung einzelner Antriebe hinausreichen. Beim ersten Flug der N1 hätte die nach Rohrbrüchen brennende erste Stufe den kurzen Rest ihres Fluges noch fortsetzen können bis zur Stufentrennung; beim vierten und letzten Flug hätte man sie verfrüht abtrennen und mit der zweiten Stufe weiterfliegen können.

Die Untersuchung der FAA wird sicher lehrreich sein, jedoch wird sich auch das Dilemma der mittlerweile gewohnten Sicherheitskultur zeigen, die bei der FAA an der Flugunfalluntersuchung gewachsen ist und sich in der Öffentlichkeit an den überwiegend wahrgenommenen bemannten Flugplänen des Starship orientiert, die sicherlich und von vornherein immer in sehr weiter Zukunft lagen. Wer Musk 2016 in Guadalajara zuhören konnte, hat zwischen den Zeilen zum Greifen klar wahrnehmen können, daß er sich da garnicht sicher war, bemannte Flüge selbst noch erleben zu können.

Die Falcon-1 und -9 sind, obwohl sie von Anfang an und offen angesagt auf recht gerader Linie hin zu soetwas wie dem Starship entwickelt wurden, und nun in unserem Auftrag als ISS-betreibende Länder recht unspektakulär Astronauten dorthin tragen, bei weitem nicht so kritisch begleitet worden – eher amüsiert über den neureichen Raketen-Quax, der so viele spektakuläre Brüche baut.

Genau das, aber vorallem die Vielzahl von „unscheduled rapid disassemblies“ hat es erst ermöglicht, in kaum 10 Jahren eine konzeptionell völlig neue Raumfahrt bis in den Alltagsbetrieb zu entwickeln, was der steuerfinanzierten Raumfahrt in 6 Jahrzehnten nicht in Ansätzen gelungen ist, obwohl alle von SpaceX verwendeten Methoden und Verfahren schon noch länger zuvor auf dem Tisch lagen – die früheren Raumfahrtpioniere konnten sich nämlich garnicht vorstellen, eine Rakete einfach wegzuwerfen, wo es irgend noch vermeidbar war. Das kam ihnen nur als Unfall auf der ansteigenden Lernkurve unter. Das Konzept der Wegwerfrakete kam erst dazu, als sie nach Jahrzehnten der intensiven Ablehnung und allgemeiner der Lächerlichmachung der Erforschung des Weltraums im Zivilen, ausgerechnet vom stockkonservativen Militär endlich als nützlich erkannt wurden – und welche Schaffenskräftigen sind das nicht gerne, in voriger und völliger Unkenntnis der Zukunft des mittleren 20. Jhd.?

Tatsächlich kann man zeigen, daß in der Raumfahrt (und vielen anderen ähnlich gelagerten Bereichen) nur Versuch klug macht, das dann aber auch gleich am schnellsten und effektivsten. In der frühen Luftfahrt war es ebenso, bloß mangels Autopilot viel opferreicher. Die Intuition, daß solche Fehlschläge wie dieser erste Startversuch des Starship teuer und vermeidbar sind, liegt doppelt falsch. Mit am besten zeigt das die Entwicklung wiederverwendbarer Trägerraketen, die von einer beileibe nicht inkompetenten Raumfahrtagenturen- und Industriewelt für Milliarden immer wieder durchstudiert und doch nie gemacht wurde, bevor SpaceX sie in kaum 5 Jahren in der Praxis entwickelt hat. „Cost is people“ ist eine oft gegen die bemannte Raumfahrt mißinterpretierte Feststellung aus der allgemeinen Wirtschaft, die sich in Wirklichkeit auf die Kosten der Entwicklung bezieht. Eine gewisse Anzahl Expertisen und daher ein Minimum an Personen braucht es, um ein bestimmtes Projekt durchzuentwickeln. Ob dabei am Ende ein erfolgreicher Flug steht, vielleicht nach einigen Fehlschlägen, oder nur alle Dinge immer wieder zyklisch nach allen denkbaren Eventualitäten abstudiert worden sind – bei gleicher Laufzeit sind die Kosten praktisch gleich, da in solchen Einzelentwicklungen mit Sonderbauteilen in geringster Stückzahl alles außer den elementaren Rohstoffen letztenendes Personalkosten sind. Entwickelt man in der Praxis, also im Versuch und in der Akzeptanz von Fehlschlägen (ohne Opfer!), so weiß man sogleich sicher, was funktioniert und was verbessert werden muß. Andernfalls weiß man sicher nur, was alles einmal nicht funktionieren könnte.

Die nötige Risikoakzeptanz ist aber in unserer in glücklichen Friedens- und Wohlstandszeiten gewachsenen Bewertungskultur nicht mehr vorhanden, bis zum Lehrsatz „man testet doch nie, bevor man nicht 100%ig weiß, daß es funktioniert!“. Es führt dazu, um im Beispiel der Trägerraketen zu bleiben, daß man selbst bei moderaten Um- und Weiterentwicklungen nach jahrzehntelang vor- und mitlaufenden Studienphasen dann doch mal einige Jahre ohne eine eigene leben muß, auch wenn der nächste Erststart doch gleich funktioniert, was er sehr oft und trotz aller Theorie eben nicht tut. Aber die Nutzlasten dieser Jahre kann man glücklicherweise bei SpaceX verbringen lassen, zuvor waren die auch eher in der (militärischen) Praxis gewachsenen chinesischen oder postsowjetischen Systeme die Lückenfüller.

In dieser langzeitplanungssicheren Welt ist es selbst den allermeisten Fachleuten im geradezu wörtlich-körperlichen Sinne unvorstellbar geworden, daß die Raumfahrt, wie wir sie heute kennen und nützlich genießen, also 3-Achsen-stabilisierte erdbezogene Anwendungssatelliten im zumeist niedrigen Erdorbit, vermittels oft eher mäßig geeigneter Bauteile aus der Luftfahrt in gerade mal 2 Jahren „von Null“ zu allen wesentlichen Funktionen eines Satelliten und zum überwiegend erfolgreichen Regelbetrieb entwickelt wurde. Dies geschah übrigens genauso, wie es heute SpaceX macht – der Dauerkritik der öffentlichen Untersuchungsgremien entzogen, „…and the XIIIth was a charm“ am 11. August 1960, was die Startversuche betrifft. Das mit ganz ähnlicher Technologie und Ansprüchen und fast zeitgleich zu CORONA gestartete Ranger-Programm der NASA brauchte 8 Jahre zum erfolgreichen Flug, was heute eine normale Erdsatelliten-Entwicklungszeit ist. Obwohl alles wesentliche bereits seitdem erfunden und immer wieder verbessert und erprobt ist.

Das Ende der Risikoakzeptanz als Preis für den greifbaren Erfolg und miterlebbaren Fortschritt in der unbemannten Erkundung des Weltalls und der Erde aus dem Orbit kam spätestens Mitte der 1970er Jahre, sinnbildlich stehen dafür die letzten Doppelstart-Missionen Viking und Voyager. Die auf Null-Risiko-Priorität durchstudierte (d.h., westliche) Welt danach brauchte jeweils etwa zwei Jahrzehnte, um wieder zu Mond, Venus, Mars und Jupiter vorzudringen. Magellan war im wesentlichen Voyager 3, das flight spare, und glänzend erfolgreich; Mars Observer wurde verspielt, weil man Teile für Erdsatelliten als besonders risikoarm bewertete; und Galileo wurde am Ende eines ewigen und nie ganz gelösten cliffhangers ein doch noch recht erfolgreiches Lehrstück der Folgen des nicht-fliegens und der Halbwertzeit der einmal erworbenen Flugerfahrung.

In unserer Zeit kann der Wandel zu dieser Einstellung global katastrophale Folgen haben, denn er ist, anders als in der sehr kleinen Raumfahrtwelt durch NewSpace, noch nicht in Umkehr begriffen. Wer, der jetzt über seine Heizung und deren Primärenergiequelle nachdenkt, würde wohl einsteigen auf ein Konzept, das in weiten Teilen auf neuen Werkstoffen beruht, von denen einige noch nicht erfunden wurden, und das Belastungen aushalten muß, die ein Vielfaches von dem sind, was man bisher erlebt hat, und dabei zusammengesetzt sein müssen mit einer Präzision, die die der besten Mobiltelephone übersteigt, und das gemacht werden muß, und richtig gemachen werden muß, wobei wir es als Erste machen müssen, bevor die Zeit dafür vorüber ist, während wir uns dieser Herausforderung stellen, und allen anderen auch?

Wer den Klimawandel rechtzeitig stemmen will, wird’s müssen.

Wer vor‘m Ende des Jahrzehnts auf dem Mond sein wollte, hat’s vorgemacht.

…und Ted Sorensen hat’s Präsident Kennedy in der tiefsten Essenz unübertrefflich aufgeschrieben.

Zurück von der Erde zu Sterne und Weltraum: Da das Starship zuerst vorallem technisch-notwendig-große unbemannte Missionen gerade auch in der Astrophysik ermöglichen wird [1,2], ist sehr zu hoffen, und eigentlich alles nur erdenkliche dafür zu tun, daß seine Entwicklung weiter so voranschreiten darf, wie es SpaceX bisher nach der am Ende erfolgreicheren und billigeren und schnelleren Art der guten alten Zeit der Raumfahrt mit der Falcon-1 und -9 (vor)machen durfte – es ist wirklich der seidene Faden des behördlichen „darf“, der immer über dieser Entwicklung schwebte!

Die Gelegenheit dazu ist sehr zerbrechlich und heute sehr selten, aber manchmal, ganz selten, darf man es sogar bei uns auch mal ausprobieren, ob es noch so geht, wie früher.

Und es geht.

Und es ist spottbillig.

Und es macht wirklich Spaß! [3]

Herzliche Grüße,
Thimo Grundmann

[1] Elvis et al., Physics Today 76 (2), 40–45 (2023), https://doi.org/10.1063/PT.3.5176 , https://pubs.aip.org/physicstoday/article/76/2/40/2869438/Accelerating-astrophysics-with-the-SpaceX

[2] Schael et al., 2019, https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.162561 & SuW 6/2017

[3] Grimm et al., 2019, https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2018.11.001 , https://elib.dlr.de/122168/ & Grimm & Hendrikse, 2019, https://doi.org/10.1016/j.mex.2019.08.010 , https://elib.dlr.de/125352/

Am 12.05.2023 gelang mir eine schöne Aufnahme der Sonnenoberfläche mit zahlreichen Sonnenflecken, welche ich auch bei den Leserbildern hochgeladen habe. Mich würde interessieren, wie diese Sonnenflecken in die dünne Photosphäre eingebettet sind. Letztere wird bei Darstellungen zum Aufbau immer als zweidimensionale Fläche dargestellt, dabei ist sie doch auch mehrere Hundert Kilometer dick. Im Zusammenhang mit der Granulation, den starken Magnetfeldern und den Sonnenflecken müssten in der Photosphäre doch spannende Vorgänge ablaufen. Über eine Antwort würde ich mich freuen.

Die Möglichkeiten der digitalen Bildverarbeitung sind für die Astrofotografie ein Segen, stellen offenbar aber auch eine Verführung dar. Ein Beispiel dafür findet man in SuW 6/2023 auf Seite 58 („Zu Füßen des Zentauren“). Mit wenigen Klicks zeigt Stellarium, dass die mit dem Astrofoto kombinierte Landschaftsaufnahme überhaupt nicht dazu passt, denn ihr oberer Rand liegt mehr als 30° über dem Horizont des Aufnahmeortes. Ist die Farm Tivoli dicht von hohem Wald oder gar steilen Bergen umgeben? Realistisch wäre die zugefügte Landschaft für eine Aufnahmeposition einige Grad nördlich des Äquators, nicht aber bei 23,5° Süd.

Natürlich ist klar, dass bei Belichtungszeiten über einige Sekunden hinaus erdgebundene Objekte nicht mehr scharf abgebildet werden, aber fördert hier (und bei anderen ähnlichen Fotos) die hinzugefügte realitätsferne Landschaftsaufnahme wirklich die Bildqualität? Vielleicht sollte man den Sinn dieser Art Bildmanipulation einmal generell diskutieren.

Ein herzliches Dankeschön dem Autor Herrn Otmar Nickel für seinen tollen Beitrag.

Nur nebenbei: Seite 66, rechte Spalte, letzter Absatz: "Zur Kontrolle der Messungen eignet sich der Stern Bellatrix (beta Orionis) ..." - Tippfehler: beta Ori = Rigel, Bellatrix = gamma Ori.

Robert Schertler, Sternfreund ein Leben lang

Im Heft Mai 2023 wird auf den Seiten 42/43 ein Bild der Milchstraße gezeigt, welches durch und durch blau eingefärbt ist. Leider hat sich eine solcherart verfälschte Farbgebung in den letzten Jahren zu einer Art Modeerscheinung entwickelt - der Realität entspricht sie dabei nicht.
Dabei wäre der dunkle Standort in der bolivianischen Salzpfanne sicherlich geeignet gewesen, die Farben unseres Nachthimmels einigermaßen korrekt wiederzugeben.

Indem man diese Darstellung unkommentiert wiedergibt, könnte der Eindruck entstehen, die Michstraße sähe tatsächlich so aus. Viele Menschan haben ja gar nicht mehr die Möglichkeit, das mit den eigenen Augen selbst überprüfen zu können. Unerfahrene Astrofotografen werden durch die Verbreitung solcher Bilder verleitet, ihre Fotos ebenfalls "ins blaue" zu ziehen. "The World at Night" hätte eigentlich auf die Fahnen geschrieben, mit ihren Fotos "zur Erhaltung des natürlichen Nachthimmels" beitragen zu wollen. Schade!

Liebe Manon Bischoff,

meiner Meinung nach sind in der vorliegenden Fragestellung beide Lösungen möglich. Es fehlt mir darin schlicht die zusätzliche Information, ob Dornröschen vom Ablauf des Experiments, an dem teilzunehmen sie sich bereit erklärte, aufgeklärt wurde - in dem Fall wäre ihre Antwort sicher 1/3 - oder nicht, was sicher 1/2 als Antwort nach sich zöge.
Ich hoffe, ich habe es mir nicht zu einfach gemacht, und bedanke mich für den - wieder einmal - sehr unterhaltsamen und schön geschriebenen Artikel.

Alles Liebe von der Waterkant :-)

Mit freundlichen Grüßen

Da sich die Dunkle Materie wie eine Masse verhält, würde mich interessieren, ob es Hinweise darauf gibt, dass sie mit Schwarzen Löchern in Wechselwirkung tritt.

Als Autor des Bildes der Wega, schreibe ich gern einen Nachsatz. Ich hatte damals beschreiben wollen, dass unsere Augen auf die Lichtmenge einer grossen Stadt mit nahezu blind machender Wirkung reagieren. Die einzelnen Sterne sind auf meinem Foto erst in einem dunklen Raum nach einiger Zeit deutlich erkennbar, also erst wenn sie sich vom Lichtreiz erholt haben.

Guten Tag! Seite 60 in SuW 3/2023 ist ein Tippfehler in den Koordinaten: sollte sein 12h 29,1 (statt 20h 29,1). Liebe Grüße!

Laut Yurtsever und Wilkinson tauchen Probleme mit der kosmischen Hintergrundstrahlung erst bei Lorenzfaktoren von 100 Millionen auf.
Die Milchstraße hat aber nur einen Durchmesser von 200.000 Lichtjahren. Das heißt, für interstellare Raumfahrt ist ein Lorenzfaktor von "nur" 1 Million mehr als ausreichend.

Es gibt durchaus anschauliche Darstellungen der Artemis Flugbahn mit unterschiedlichen Bezugssystem, z.B. hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Artemis_1. Ist die Bahnlänge aber unabhängig vom gewählten Bezugssystem? Abgesehen davon, dass neben geozentrischen auch baryzentrische (Erde-Mond) Koordinaten verwendet werden könnten, bei Sonnenkoordinaten wäre die Bahnlänge sicher eine andere - oder? Und welchen Einfluss hat ggf. die dritte Dimension - oder spielt sich alles in einer Ebene ab?

Im Editorial von SuW 12/22 verwendet Chefredakteur Andreas Müller im Zusammenhang mit dem Erfolg der NASA-Raumsonde Dart den Begriff Killerasteroid. Ein Killer ist m.E. eine Person, die vorsätzlich einen Mord begeht. Da frage ich mich: Was kann ein Asteroid dafür, wenn ihm ein anderer Himmelskörper in die Quere kommt?

Eine besser lesbare (weil mit korrekten mathematischen Schreibweisen in ordentlichem Schriftsat wiedergegebene) Version dieses Leserbriefs findet sich unter

www.fuersich-neuburg.de/assets/leserbrief-manfred-fuersich.pdf

In Ihrem Artikel „Einschlag auf Dimorphos“ im Heft 12/2022 berichten Sie von einer NASA-Mission, bei der der Asteroid Dimorphos durch den Einschlag der Raumsonde Dart abgebremst wurde. Durch folgende physikalische Betrachtungen kann man ein besseres Verständnis dieses Experiments bekommen:
mDart = 570 kg
mDimorphos = 4,8 10^9 kg
vDart = 6,15 km/s
Die Geschwindigkeitsänderung des Asteroiden Dimorphos wurde verursacht
a) durch den Impulsübertrag der Raumsonde
Δv1 = vDart * mDart / mDymorphos = 0,7 mm/s
b) durch den Impuls des ausgestoßenen Materials
Δv2 = vausg * mausg / mDimorphos
Die von der Raumsonde übertragene kinetische Energie beträgt
Ekin = ½ * mDart * vDart2 = 1,08 10^10 J
Diese Energie wurde umgewandelt in
- Erwärmung des Asteroiden
- Ausstoßung von Material der Menge mausg und der mittleren Geschwindigkeit vausg
Annahme: 80 % der Energie ging in das ausgestoßene Material
Eausg = 0,8 * Ekin = 8,6 10^9 J =1/2 * mausg *vausg2
Es kann nun sein, dass eine kleine Materialmenge mit hoher Geschwindigkeit oder eine größere Materialmenge mit moderater Geschwindigkeit ausgestoßen wurde. Dies macht aber einen entscheidenden Unterschied. Die Abbremsung des Asteroiden ist viel effektiver, wenn die ausgestoßene Masse groß und die Ausstoßgeschwindigkeit moderat ist, wie man an der folgenden Tabelle sieht:
Drei Spalten:
1) Mittlere Geschwindigkeit des ausgestoßenen Materials vaus,
2) daraus berechnete Ausstoßmasse Mausg,
3) Veränderung der Geschwindigkeit von Dimorphos Komponente Δv2

3 km/s 1,9 Tonnen 1,18 mm /s
1,8 km/s 5,4 Tonnen 2,04 mm/s
1 km/s 17 Tonnen 3,5 mm/s
300 m/s 188 Tonnen 11 mm/s

Es stellt sich nun die Frage, welche Zeile dieser Tabelle zum Dart-Experiment passt.
Einen ersten Hinweis gibt die Aussage in Ihrem Artikel, dass die Staubwolke nach einer Stunde die Größe des Erddurchmessers erreicht hat. Daraus lässt sich die mittlere Geschwindigkeit des ausgestoßenen Materials abschätzen:
Vausg = rErde /t = 6300 km / 1 Std = 1,75 km/s
Ein Blick in obige Tabelle zeigt, dass damit Δv2 etwa bei 2 mm/s liegt.
Als zweites kann man die beobachtete Änderung der Umlaufszeit von Dimorphos betrachten:
vor dem Einschlag T0=11 Std. 54 Min
nach dem Einschlag T1= 11 Std. 25 Min
Die Bahn von Dimorphos um den größeren Asteroiden Didimos ist kreisförmig. Durch den Einschlag der Raumsonde Dart wird daraus eine schwach ausgeprägte Ellipse.
Der Abstand zwischen den beiden Asteroiden beträgt 1100m.
Große Halbachse vor dem Einschlag a0 = 1100 m
Nach dem 3. Keplerschen Gesetz ergibt sich dann:
Große Halbachse nach dem Einschlag a1 = a0 * (T1 / T0)^(2/3) =1070 m
In „de.wikipedia.org/wiki/Zweikörperproblem“ findet man die folgende Formel, die einen Zusammenhang zwischen der großen Halbachse und der Energie der sich umkreisenden Körper beschreibt:
E=Ekin+Epot = - G*m_1*m_2/2/a
G = 6,67 10^(-11) m^3/kg/s^2 Gravitationskonstante
m_1=mDimorphos = 4,8 10^9 kg
m_2=mDidimos = 5,2 10^11 kg
a= vor Einschlag a0 = 1100 m nach Einschlag a1 = 1070 m
Am Scheitelpunkt der Ellipsenbahn gilt
Epot1 = Epot0 (Am Scheitelpunkt erreicht Dimorphos vor und nach dem Einschlag dieselbe Höhe.)
Ekin1 < Ekin0 (Am Scheitelpunkt ist Dimorphos nach dem Einschlag langsamer.)
Aus diesen Angaben kann man nun die Geschwindigkeitsveränderung von Dimorphos berechnen mit dem Ergebnis: ΔvDimorphos = 2,74 mm/s
Diese Geschwindigkeitsänderung setzt sich zusammen aus
Δv1 = 0,7 mm/s verursacht durch den Impulsübertrag der Raumsonde
Δv2 = 2,04 mm/s verursacht durch den Rückstoß des ausgestoßenen Materials
Die Analyse der expandierenden Staubwolke und die Analyse der geänderten Umlaufszeit passen also gut zusammen.
Die Abbremsung eines Asteroiden funktioniert also umso besser, je größer die ausgestoßene Materialmenge ist, wobei es akzeptabel ist, dass die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Materials dabei dann eher moderat ist.
Solange keine echte Bedrohung eines Asteroideneinschlags bekannt ist, erscheint das Ganze als eine Spielerei von Weltraumbegeisterten. Sollte aber eines Tages doch ein Asteroid auf Kollisionskurs entdeckt werden, so wird es dramatisch. Es kann gut sein, dass man sich mit dem Umlenken dieses Asteroiden am Rande des technisch Machbaren bewegen wird. Dann ist es wichtig, jede Möglichkeit der Optimierung zu nutzen.
Ziel bei der Gestaltung des Aufprallkörpers muss es sein, eine möglichst große Materialmenge vom Asteroiden auszuwerfen. Man kann dem Aufprallkörper den Charakter einer Gewehrkugel, einer Schrotladung oder eines Dampfstrahlers geben. Zudem ist zu berücksichtigen, wie die Oberfläche des Asteroiden aufgebaut ist – Geröll oder glatte harte Oberfläche.

Seit einigen Tagen kann man in den Bildern des NASA Satelliten SDO in einigen Spektralbereichen ein großes dunkles Gebiet auf der Sonnenoberfläche erkennen. Dieses Gebiet wandert mit der Sonnenrotation mit. Es ist also eher unwahrscheinlich, dass es sich um ein Bildverarbeitungsartefakt handelt. Sind denn die Ursachen bekannt, wie dieses dunkle Gebiet zustande kommt?

Mit Planetenfotographie habe ich keine Erfahrung. Dennoch scheint mir die im Jupiterbild erreichte Auflösung deutlich über der theoretischen Auflösung eines Refraktors mit 15 cm Öffnung zu liegen. Schafft man so was mit lucky imaging und stacking? Darüber würde ich gern mehr erfahren.
MfG
Siegfried Beißwenger