Asteroideneinschläge: wie gross ist die Gefahr?

Rainer Wieler, Department Erdwissenschaften, ETH Zürich

Naturwissenschaftliche Gesellschaft Winterthur

23. März 2018

Kopernikus (Mond) 80 km

Einschlagskrater auf PlanetenYuty (Mars) 17 km

Dickinson (Venus) 69 km 2 Eiskrater (auf Ganymed) ~40 km

Kopernikus (Mond) 80 km

Einschlagskrater auf Planeten

Apollo ~1970Jules Verne ~1865

Einschlagskrater wurden erst in der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts als wichtig erkannt

Gefahr über geologische Zeiträume real, aber...?Menschliche Erfahrung:* Meteorite sind ungefährlich * Asteroideneinschläge weitgehend unbekannt

Mbale, Uganda (1992)

Peekskill, New York (1992)

Dilemma"Statistisch" fordern Asteroideneinschläge einige tausend

menschliche Todesopfer pro Jahr

aberIn der überblickbaren Geschichte ist kein einziges

Todesopfer bekannt

Asteroideneinschläge sind extrem seltene Ereignisse mit Auswirkungen, welche unsere Erfahrung weit übersteigen!

(Ausnahme: Komet Shoe-maker-Levy 9, Kollisionmit Jupiter 1994)

Einschlagskrater auf Erde wurden lange nicht erkannt

Nördlinger Ries (bei Ulm): 15 Millionen Jahre alt, ~1960 erkannt

Auswurfmaterial vom Ries wurde auch an der Sitter gefunden!

Chicxulub und die DinosaurierChicxulub auf der Halbinsel Yucatan ist der heute wohl meistdiskutierte Einschlagskrater auf der Erde und der Einschlag vor 65 Millionen Jahre ist mitschuldig am Massensterben an der Kreide-Tertiär Grenze.

Erkannt 1991

Visualisierung des Schwerefeldes bei Chicxulub

Inhalt des Vortrags

• Asteroidenbahnen• Wie häufig sind Einschläge?• Mögliche Folgen• Konsequenzen

(Beobachtungsprogramme; Abwehr?)

Der Hauptasteroidengürtel und erdbahnkreuzende Asteroide (Near Earth Asteroids, NEAs)

Erdbahnkreuzende Asteroide (NEAs)

Toutatis, ca. 5km (Radar)Eros, ca33km (NEAR Rendez-vous)

Asteroide auf dem Weg zur ErdeMittlere Lebensdauer von NEAs beträgt nur einige Millionen Jahre:* NEAs müssen "nachgeliefert" werden.* Quelle: Hauptasteroidengürtel

Kirkwood Lücken: Resonanzenmit Jupiter (3:1; 5:2....)

Asteroide auf dem Weg zur Erde

Kirkwood Lücken: chaotische Bahnen. Lebensdauer nur einige Millionen Jahre (Kollision mit Sonne oder Planetenoder Auswurf aus Sonnensystem)

Hohe Exzentrizität: langgezogene Bahnellipse; Kollision mit Erde möglich

Meteorite: Bestrahlungsalter

p+

3He

28Si

21Ne

n0

p+

kosmische Strahlungenergiereiche Teilchen (p+, α)

28Si

sekundäre Teilchenmit niedrigerer Energie

Totale Lebensdauer als ~metergrosse Körper: ~5-60 Millionen JahreTransferzeit Hauptgürtel-Erde nur wenige Millionen Jahre⇒Rest: Langsames Wandern im Hauptgürtel zu einer Resonanz

Wie viele NEAs gibt es?ungefährer Durchmesser [km]

0.01 0.1 1 10

Vollständigkeit der Suche (2015)

1

0.10.01

400

900

Extrapolation: 914±17 NEAs > 1km

Wie viele NEAs gibt es?

400

900

Extrapolation: 914±17 NEAs > 1km

bekannt

total

Wie häufig sind Einschläge?

Tschelyabinsk (2013)

Wie häufig sind Einschläge?

Tschelyabinsk (2013)

Wie häufig sind Einschläge?

?

Tunguska, Sibirien (1908, Photo 1928)

Wie häufig sind Einschläge?

Nördlinger Ries (bei Ulm)ca 20km, 14.7 Ma

Wie häufig sind Einschläge?

Chicxulub (Yucatan, 180 km)Schwerefeld

Kreide-Tertiär Grenze(65Ma, Massensterben?)

Wie häufig sind Einschläge?

Mögliche FolgenGrösse Asteroid

Interval Jahre

Zerstörungspotential

70m 103 (Tunguska)0-5 Millionen Menschen (10'000 im Mittel)

700m 105 direkt: kleines Landozeanweite Tsunamischäden (100 Millionen Menschen?)

3km 106 direkt: grosses Landglobal: Ozonschicht, nuklearer Winter (1 Jahr?),Hungersnöte, Krieg, 1 Milliarde MenschenMenschheit würde überleben

20km 108 Langanhaltender nuklearer Winter, massives Artensterben, Menschheit ausgelöscht?

Mögliche FolgenGrösse Asteroid

Interval Jahre

Zerstörungspotential

70m(Tunguska)

103 0-5 Millionen Menschen (10'000 im Mittel)

700m 105 direkt: kleines Landozeanweite Tsunamischäden (100 Millionen Menschen?)

3km 106 direkt: grosses Landglobal: Ozonschicht, nuklearer Winter (1 Jahr?),Hungersnöte, Krieg, 1 Milliarde MenschenMenschheit würde überleben

20km 108 Langanhaltender nuklearer Winter, massives Artensterben, Menschheit ausgelöscht?

Mögliche Folgen: Todesfälle pro Ereignis

Einschlag in Ozean(Tsunamis)

Schwelle fürglobale Kata-strophe?

Mögliche Folgen: Todesfälle pro Jahr

Wahrscheinlichkeit an den Folgen eines Einschlags zu sterben:1:1'000'000 pro Jahr (vergleichbar mit Flugunfall)

Todesursachen weltweit (Auswahl)1. Herzkrankheiten, Krebs, Malaria etc.2. Kriege, Genozide3. Epidemien4. Hungersnöte5. weitere Krankheiten (Lungenentzündung, Grippe…)6. häufigste Unfälle (Strassenverkehr, Stürze…)7. Mord, Selbstmord8. Stürme und Überschwemmungen9. Seltenere Unfälle (Feuer, Vergiftungen..)10. Erdbeben11. Seltene Unfälle (fallende Blumentöpfe, Flugzeugabsturz…)12. Global-katastrophale Einschläge13. Seltene Naturkatastrophen (Gewitter, Vulkanausbrüche)14. Giftschlangenbisse15. Tunguska-Katastrophen16. Flugzeugentführungen

Konsequenzen?Wir wissen heute, dass die Wahrscheinlichkeit eines Individuums,

durch einen Asteroideneinschlag zu sterben etwa vergleichbar ist mit der Wahrscheinlichkeit, durch einen Flugzeugabsturz oder ein Gewitter ums Leben zu kommen.

Allerdings stirbt bei weitem nicht jedes Jahr einer unter einer Million Menschen durch einen Einschlag.

Ein Einschlag könnte jedoch unsere Zivilisation bedrohen.

Was sollen wir tun?

i) nichts, weil Wahrscheinlichkeit zu klein, und genügend offensichtlichere Probleme existieren?

ii) Abwehrsystem gegen bedrohliche NEAs?

Beobachtungsprogramme

Spaceguard Survey: Internationaler Effort zur Suche möglichst aller NEAs über einer bestimmten Grösse

1994 US Kongress setzt als Spaceguard Ziel:Auffinden von mindestens 90% aller NEAs > 1km innerhalb von 10 Jahren

(1km ist untere Grenze für Impaktorgrösse mit globalen Konsequenzen)

Dieses Ziel ist erreicht!ungefährer Durchmesser [km]

0.01 0.1 1 10

Vollständigkeit der Suche (2015)

1

0.10.01

400

900

Extrapolation: 914±17 NEAs > 1km

Beobachtungsprogramme

Catalina: Univ. Arizona; Pan-STARRS: Hawaii

>140 m

Beobachtungsprogramme

Catalina: Univ. Arizona; Pan-STARRS: Hawaii

BeobachtungsprogrammeCatalina Sky Survey: University of Arizona, NASA.diverse (kleinere) Teleskope

Pan-STARRS: University ofHawaii, 4 Teleskope

Catalina entdeckte den 4m Asteroiden 2008 TC3 20 Stunden bevor er im Sudan aufprallte.

Bruchstück des Meteoriten Almahata Sitta

BeobachtungsprogrammeCatalina Sky Survey: University of Arizona, NASA.diverse (kleinere) Teleskope

Pan-STARRS: University ofHawaii, 4 Teleskope

Catalina entdeckte den 4m Asteroiden 2008 TC3 20 Stunden bevor er im Sudan aufprallte.

Bruchstück des Meteoriten Almahata Sitta

Mit mehr Teleskopen und Personal werden die Ziele ambitionierter: NASA (2005): >90% der >140 m Asteroide bis 2020!!

Asteroide auf Kollisionskurs?Sehr unwahrscheinlich, dass ein Asteroid auf Kollisionskurs erst sehr kurz (Monate bis Tage) vor dem Einschlag entdeckt wird. Vorwarnzeiten werden in aller Regel mindestens mehrere Jahrzehnte betragen. Bahnen können gut vorhergesagt werden.

(das heisst nicht, dass nicht jederzeit ein noch nicht bekannter Asteroid einschlagen kann!).

Asteroid Datum Annäherung Minimale Distanz (106km±3σ)

Nereus 2060 Feb. 14.3 1.20±0.02

Hathor 2069 Okt. 21.4 0.990±0.006

Hathor 2086 Okt 21.7 0.855±0.335

Und….: Keine langen Vorwarnzeiten für langperiodische Kometen!

Die 3 bekannten Annäherungen “grosser” Asteroide mit minimalster Distanz im 21. Jhd:

Was, wenn...?Asteroid Datum Annäherung Minimale Distanz

(106km±3σ)XY 2055 Feb. 16.7 0.02±0.03

?

? ?

* Möglichst präzise Bahnvermessung (Problem: falsche Warnungen!)* Intensive Erkundung von XY (analog NEAR Rendez-vous mit Eros)

Abwehr: Ablenken statt zerstören(etwas Science Fiction)

Ablenkung durch Rückstoss von verdampfendem Material.links: Nukleare Explosionrechts: Sonnenenergie

Abwehr: Ablenken statt zerstören(etwas Science Fiction)

“Gravity Tractor” (Schwerkraftschlepper)

Satellit zieht während Jahren am Asteroiden (Ionenantrieb, 1 Tonne Xe Treibstoff für ~200-500 m Asteroid)

NASA

Mögliche Tests der Ablenkung durch Impakt einer Raumsonde:

DART (Double Asteroid Redirection Test; NASA)

AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment; ESA; 2016 abgelehnt)

Quintessenz

Was will die Gesellschaft?

Möglichst vollständiges Katalogisieren von NEAs bis zu einer bestimmten Grösse

• > 140 m (90%) wird wohl in einigen Jahren erreicht werden; je ambitionierter das Ziel, desto (viel) grösser der Aufwand!

• wo ist die sinnvolle Grenze?

d. h. lohnt es sich, sehr viele sehr grosse Telesope für eine weitgehende Katalogisierung der ~200'000 "Tunguska Objekte" zu bauen, solange Hunger, Armutskrankheiten etc. nicht besiegt sind?

Das Deflection Dilemma (Carl Sagan und andere)

Chapman 2004: The most likely type of impact events we face are hyped or mis-interpreted predicted impacts or near-misses involving small NEAs

Wenn die Menschheit es fertigbringen sollte, gefährliche Asteroide abzulenken, so würde damit auch ermöglicht, vorerst ungefährliche Asteroide absichtlich auf die Erde zu lenken.

oder: Wenn ein Asteroid, der eine gewisse Gegend der Erde bedroht, entsprechend abgelenkt würde, könnten irrtümlicherweise andere Länder bedroht werden.

Sollten Kernwaffenarsenale aufrecht erhalten werden, um die nukleare Option der Ablenkung offenzuhalten?? Oder würde damit nicht der Teufel mit Beelzebub ausgetrieben?

Quintessenz

Für erkannte Asteroide auf Kollisionskurs (lange Vorwarnzeiten) würden schon heutige oder in absehbarer Zukunft erhältliche Technologien für eine genügende Ablenkung ausreichen.

Die Gesellschaft dürfte bereit sein, ein solches Unterfangen zu finanzieren.

Weitere Massnahmen können zukünftigen Generationen überlassen werden.

Allerdings werden wir mit der Gefahr eines überraschenden "kleineren" Einschlags bis auf weiteres leben müssen!

KometenLangperiodische ("neue") Kometen erlauben keine langen Vorwarnzeiten(Kollisionsgefahr mindestens 10 mal kleiner als für Asteroide)

Kometen

Churyumov-Gerasimenko (Rosetta Mission)

Kometen

Churyumov-Gerasimenko (Rosetta Mission)

QuintessenzRechtfertigen Kometen den Bau und Unterhalt eines stehenden Abwehrsystems?

Gefahr versus Nutzen?permanentes Kernwaffenarsenal?Missbrauch?

Ist die Gesellschaft (oder Regierungen) gewillt, ein sehr teures System langfristig zu unterhalten, wenn "nie" etwas passiert?

Nein!

Allerdings wird jede Generation diese Frage neu beurteilen müssen!

Asteroide auf dem Weg zur Erde

1. Kollision

2. Langsames Wandern der Fragmente in Kirkwood Lücke (Yarkovsky Effekt):asymmetrisches Abstrahlen von Wärmestrahlung

3. Schneller Transport zur Erde

Yarkovsky Effekt: maximaleWärmestrahlung am Nachmittag:Impulskomponente in Bewegungs-richtung

Wie häufig sind Einschläge?

Wie viele NEAs?1994

Spaceguard etc. 20031000±200

plus Kometen!