Forschende der Sandia National Laboratories haben in Computersimulationen untersucht, wie eine nukleare Explosion in der Nähe eines Asteroiden ihn durch Röntgenstrahlung von seiner Bahn abbringen könnte. Bei Bennu, Itokawa und Golevka hing die berechnete Ablenkgeschwindigkeit stark von der bestrahlten Seite ab und variierte gegenüber der jeweils schwächsten Reaktion um bis zu knapp das Fünffache. Die Studie beschreibt ein hypothetisches Abwehrverfahren; weder wurde ein Asteroid gesprengt noch abgelenkt, und sie ist keine Warnung vor einer aktuellen Gefahr.
Die Untersuchung von Nathan Moore und seinem Team setzt an einem Problem an, das frühere Berechnungen lange verdeckten: Die Richtung des Röntgenstoßes ist keine Nebensache. Bei unregelmäßigen Körpern verändert die bestrahlte Seite, wie viel Impuls auf den Asteroiden übertragen wird und wie sich seine Rotation ändert. Die neue Rechnung nutzt dafür die echten dreidimensionalen Formen von Bennu, Itokawa und Golevka statt idealisierter Kugeln.
Die Forschenden veröffentlichten die Arbeit in Icarus unter dem Titel „Efficient computation of vapor ejecta over asteroid geometries during pulsed energy deflection“. Sie beschreibt ein Rechenmodell für die Ablenkung durch einen gepulsten Röntgenstoß und vergleicht mehrere Bestrahlungsrichtungen für dieselben Körper. Eine Veröffentlichung in Icarus dokumentiert die Methode; die Pressemitteilung der Sandia National Laboratories erläutert die zentralen Ergebnisse. Es handelt sich um Computersimulationen, nicht um eine Explosion im Weltraum oder um die Ablenkung eines echten Asteroiden.
Bei einer solchen Ablenkung zählt nicht allein, wie viel Gestein verdampft. Ebenso wichtig ist, an welcher Stelle des Körpers das Material austritt und in welche Richtung es sich bewegt. Der Impuls des Dampfes verändert den Bewegungszustand des Asteroiden; seine Richtung entscheidet darüber, welcher Anteil des Rückstoßes tatsächlich entlang der gewünschten Ablenkungsrichtung wirkt. Eine andere bestrahlte Seite kann deshalb trotz vergleichbarer Energiezufuhr einen deutlich anderen Effekt erzeugen. Die unregelmäßige Oberfläche macht aus einer scheinbar einfachen Bestrahlung ein räumliches Problem.
Auf einer idealisierten Kugel lässt sich die Oberfläche rechnerisch vergleichsweise einfach behandeln. Ein wirklicher Asteroid besitzt dagegen Erhebungen, Vertiefungen und unterschiedlich geneigte Flächen. Je nach Ausrichtung zur Strahlungsquelle werden diese Bereiche anders getroffen. Auch die Richtung, in der verdampftes Material die Oberfläche verlässt, hängt von der lokalen Geometrie ab. Das Modell berechnet deshalb nicht nur eine durchschnittliche Erwärmung, sondern berücksichtigt die räumliche Form und die daraus entstehenden Druckverhältnisse auf dem gesamten Körper.
Die Röntgenstrahlung soll den Asteroiden dabei nicht in Stücke sprengen. Das Ziel des Stand-off-Verfahrens ist eine kontrollierte kleine Bahnänderung, nicht die Zerstörung des gesamten Objekts. Zerbräche ein Körper in zahlreiche Fragmente, könnten diese weiterhin gefährlich sein und wären womöglich schwerer zu verfolgen. Der Rückstoß durch verdampfendes Oberflächenmaterial soll den Körper als Ganzes verschieben. Wie zuverlässig das gelingt, hängt allerdings davon ab, ob die berechnete Reaktion der tatsächlichen Oberfläche und dem inneren Aufbau nahekommt.
Eine experimentelle Vorarbeit gab es bereits bei Sandia: Ein Versuch an der Z-Maschine zeigte nach Angaben des Labors erstmals, dass Röntgenstrahlen ein kleines Stück Asteroidenmaterial ablenken können. Daraus folgt jedoch nicht, dass sich ein vollständiger Asteroid auf dieselbe Weise sicher bewegen lässt. Zwischen einem Materialstück und einem großen, unregelmäßig geformten Körper liegen zusätzliche Fragen zur räumlichen Verteilung des Drucks, zur Rotation und zum Verhalten des ausgeworfenen Materials. Genau diese Lücke soll das neue Modell rechnerisch verkleinern.
Für den Vergleich nutzte das Team dreidimensionale Formdaten von drei bekannten Asteroiden: Bennu, Itokawa und Golevka. Die Modelle beruhen auf hochaufgelösten Aufnahmen und Messungen, die bei Raumsondenmissionen oder durch Radar gewonnen wurden. Bennu wurde von der NASA-Sonde OSIRIS-REx untersucht, Itokawa von der japanischen Hayabusa-Mission; die Form von Golevka ist aus Radar-Beobachtungen bekannt. Die drei Körper unterscheiden sich deutlich in ihrer Gestalt. Dadurch ließ sich prüfen, ob die Wirkung der Bestrahlung nicht nur von der gewählten Richtung, sondern auch von der jeweiligen Topografie abhängt.
Bei jedem der drei Asteroiden verglichen die Forschenden mehrere Ausrichtungen mit der jeweils schwächsten berechneten Reaktion desselben Körpers. Für Bennu lag die stärkste Ablenkgeschwindigkeit knapp beim Doppelten des schwächsten Werts. Bei Itokawa erreichte der Unterschied ungefähr den Faktor vier, bei Golevka den Faktor fünf. Die Faktoren beschreiben also keine Rangliste der Asteroiden und auch keinen Vergleich ihrer absoluten Größe oder Masse. Sie geben an, wie stark sich die simulierte Ablenkung allein durch die Bestrahlungsrichtung bei jedem einzelnen Objekt verändern kann.
Die Sandia-Mitteilung veranschaulicht die Größenordnung mit zwei berechneten Werten: In einer Ausrichtung betrug die Änderung der linearen Geschwindigkeit 3,9 Millimeter pro Sekunde, in einer anderen nur 0,8 Millimeter pro Sekunde. Das entspricht fast dem Fünffachen. Die Mitteilung ordnet dieses Zahlenbeispiel keinem der drei Asteroiden ausdrücklich zu; deshalb lässt es sich nicht seriös Bennu, Itokawa oder Golevka zuschreiben. Gemeint ist außerdem die durch den Röntgenstoß verursachte Geschwindigkeitsänderung, nicht die gesamte Geschwindigkeit, mit der der Asteroid ohnehin durchs All fliegt.
Neben der Bewegung des Schwerpunkts untersuchte das Team auch die Rotation. Bei einem der simulierten Asteroiden schwankte die Änderung der Drehgeschwindigkeit je nach Bestrahlungsrichtung um den Faktor 17. Die Sandia-Mitteilung nennt den betreffenden Körper nicht, weshalb sich dieser Wert keinem der drei Namen zuordnen lässt. Der Befund zeigt dennoch, dass eine nukleare Ablenkung nicht nur die Bahn beeinflussen könnte. Sie könnte zugleich verändern, wie schnell sich ein Asteroid dreht, und damit weitere Folgen für die Vorhersage seines Verhaltens haben.
Besonders aufschlussreich ist Bennu, weil er laut den Forschenden der symmetrischste der drei untersuchten Körper war. Trotzdem hing auch bei ihm die berechnete Ablenkgeschwindigkeit fast um den Faktor zwei von der Ausrichtung ab. Die Unterschiede lassen sich daher nicht allein mit einer extremen Sonderform erklären. Schon eine vergleichsweise regelmäßige, aber eben nicht perfekte Gestalt kann für die Richtung des Rückstoßes relevant sein. Die Ergebnisse machen deutlich, weshalb eine einzige pauschale Zahl für die Ablenkungswirkung eines Asteroiden zu kurz greifen würde.
Frühere Berechnungen waren so aufwendig, dass Forschende nur wenige Szenarien durchspielen konnten. Nach Angaben von Nathan Moore erschwerte das den Vergleich unterschiedlicher Asteroiden, Bestrahlungsrichtungen und möglicher Missionskonzepte. Frühere Modelle mussten deshalb häufig vereinfachen: Entweder berücksichtigten sie realistische Formen, konnten die physikalischen Vorgänge aber weniger detailliert berechnen, oder sie verwendeten eine genauere Physik für eine stark vereinfachte Kugel. Eine Kugel spart Rechenaufwand, bildet aber die tatsächliche Oberfläche eines Asteroiden nicht ab.
Das neue Verfahren verbindet zwei bereits bei Sandia verwendete Simulationsprogramme. ALEGRA berechnet die hochenergetischen Vorgänge, bei denen Röntgenstrahlung die Gesteinsoberfläche erhitzt und Material verdampft. Das Programm ist für schnelle Energie- und Materialprozesse ausgelegt. Wird der entstehende Dampf jedoch immer dünner und breitet sich weiter um den Asteroiden aus, wird diese Art der Berechnung zunehmend ineffizient. Gerade dieser Übergang von dichtem Oberflächenmaterial zu einem weit verteilten Gas ist für die Ablenkung wichtig.
Dort übernimmt SPARTA einen Teil der Rechnung. Das Programm nutzt die Direct-Simulation-Monte-Carlo-Methode, kurz DSMC, um das Verhalten verdünnter Gase zu modellieren. Während ALEGRA bei hoher Energiedichte und der Verdampfung der Oberfläche seine Stärken hat, kommt SPARTA mit niedrigen Gasdichten besser zurecht. Bei sehr dichten Bereichen wäre SPARTA dagegen weniger effizient. Die Forschenden teilen die Aufgabe deshalb zwischen den Programmen auf, statt ein einziges Verfahren für alle Zustände zu verwenden.
Im kombinierten Ablauf wird zunächst die Energieübertragung und das Verdampfen der Oberfläche berechnet; anschließend simuliert die dreidimensionale Gasrechnung, wie sich der Dampf ausbreitet und Druck auf die Oberfläche ausübt. Aus diesen Druckverhältnissen lassen sich der resultierende Schub, die Änderung der Rotation und mögliche Brüche im Oberflächengestein ableiten. Das Modell erzeugt dazu eine Art Heatmap, die zeigt, welche Bereiche der Oberfläche wie stark verdampfen. Diese Darstellung ist ein Rechenergebnis und keine Messaufnahme eines tatsächlich bestrahlten Asteroiden.
Moore beziffert den Geschwindigkeitsgewinn des neuen Algorithmus gegenüber früheren Verfahren auf mehr als das 1.600-Fache. Diese Zahl ist eine Angabe des Forschers und des Sandia-Labors, kein unabhängiger Vergleich sämtlicher denkbarer Simulationsprogramme. Sandia bezeichnet das Verfahren als bislang genauestes Modell zur Asteroidenablenkung. Auch diese Einordnung stammt von der Forschungseinrichtung. Der entscheidende Fortschritt besteht darin, dass realistische dreidimensionale Formen und eine detaillierte Behandlung der physikalischen Vorgänge nun gemeinsam in einer praktisch nutzbaren Rechnung berücksichtigt werden können.
Eine Ablenkung muss einen Asteroiden nicht abrupt stoppen oder sichtbar aus seiner Bahn reißen. Es genügt im Prinzip, seine Geschwindigkeit geringfügig zu verändern, wenn dafür genügend Flugzeit bleibt. Eine kleine Änderung der Bewegungsrichtung oder des Tempos verschiebt die Position des Körpers im weiteren Verlauf seiner Umlaufbahn. Je länger sich dieser Unterschied aufbauen kann, desto größer kann die Abweichung vom ursprünglich berechneten Ort werden. Entscheidend wäre am Ende, dass der Asteroid den möglichen Schnittpunkt mit der Erde verfehlt.
Die in der Simulation genannten Millimeter pro Sekunde wirken deshalb auf den ersten Blick unscheinbar, beschreiben aber nicht die gesamte Wirkung über die folgende Flugbahn. Sie stehen für die unmittelbare Geschwindigkeitsänderung durch den berechneten Röntgenstoß. Wie groß die spätere Positionsabweichung wäre, hinge unter anderem vom Zeitpunkt der Ablenkung, der ursprünglichen Bahn und der Richtung des zusätzlichen Impulses ab. Aus den hier veröffentlichten Zahlen lässt sich ohne diese Angaben keine konkrete Ausweichdistanz ableiten. Die Studie liefert somit keine pauschale Aussage, dass jede nukleare Ablenkung mit einem bestimmten Schub ausreichen würde.
Eine andere Möglichkeit der Planetenverteidigung wurde bereits praktisch erprobt: Die NASA-Mission DART veränderte 2022 durch einen gezielten Einschlag die Bewegung des Asteroidenmondes Dimorphos. Bei dieser kinetischen Methode überträgt ein auftreffendes Raumfahrzeug seinen Impuls direkt auf den Körper. Das nukleare Stand-off-Szenario würde dagegen aus der Entfernung über Röntgenstrahlung und verdampfendes Oberflächenmaterial wirken. Beide Ansätze zielen auf eine Bahnänderung, unterscheiden sich aber deutlich darin, wie der Impuls übertragen wird.
Auch frühere FuW-Berichte behandelten andere theoretische Ansätze der nuklearen Asteroidenabwehr. Der Beitrag Atombomben könnten Asteroideneinschläge verhindern aus dem Jahr 2021 fasste eine Simulation zusammen, in der kleine Asteroiden durch eine Explosion zerstört werden sollten. Im Mittelpunkt stand damit die Zerstörung beziehungsweise Zerlegung des Körpers, nicht die gezielte Ablenkung durch den Rückstoß verdampften Oberflächengesteins.
Auch der FuW-Bericht Atombombenangriffe auf Asteroiden simuliert aus dem Jahr 2023 behandelte eine andere Studie zur nuklearen Abwehr. Dort stand ebenfalls die Frage im Mittelpunkt, ob eine Explosion einen gefährlichen Asteroiden zerstören könnte. Die aktuelle Arbeit setzt dagegen auf einen kleinen Schub, der den Körper als Ganzes von seiner ursprünglichen Bahn abbringen soll.
Für die praktische Planetenverteidigung folgt daraus vor allem ein Bedarf an möglichst vollständigen Formdaten. Die Forschenden benötigen ein dreidimensionales Bild des Körpers von allen Seiten, nicht nur eine einzelne Aufnahme oder eine grobe Schätzung seines Durchmessers. Raumsonden-Vorbeiflüge können solche Daten liefern, wie die Beispiele Bennu und Itokawa zeigen. Bei einem neu entdeckten Objekt könnte eine vergleichbare Kartierung jedoch Zeit benötigen, die in einem konkreten Abwehrfall möglicherweise nicht zur Verfügung steht. Zudem ist die Ausrichtung des rotierenden Asteroiden im Moment einer möglichen Detonation nicht beliebig kontrollierbar.
Die Simulation erfasst bislang vor allem das Zerbrechen von Gestein an der Oberfläche. Sie kann nach Aussage von Moore noch nicht zuverlässig vorhersagen, ob und wie der gesamte Asteroid auseinanderbrechen würde. Das ist eine wichtige Grenze, weil ein Körper nicht nur aus einer äußeren Schicht besteht. Zusammensetzung und innerer Aufbau beeinflussen, wie Energie aufgenommen, weitergegeben und in Bewegung umgesetzt wird. Zwei Asteroiden mit ähnlicher äußerer Form könnten deshalb unterschiedlich reagieren, wenn ihr Material oder ihre innere Struktur voneinander abweichen.
Hinzu kommt die Schwierigkeit, die berechnete ideale Situation im Weltraum herzustellen. Für eine möglichst wirksame Ablenkung müsste der Sprengkörper in einem passenden Abstand und auf der richtigen Seite des Asteroiden detonieren. Die Simulation kann verschiedene Richtungen und Szenarien vergleichen; sie löst aber nicht das technische Problem, eine solche Position im Ernstfall tatsächlich zu erreichen. Wenn die Formdaten unvollständig sind oder die Rotation anders ausfällt als angenommen, könnte die gewählte Bestrahlungsseite deutlich weniger Schub erzeugen als geplant.
Auch die Zielsetzung bleibt enger als eine vollständige Sicherheitsprognose. Das Modell berechnet die Reaktion auf einen Röntgenstoß und berücksichtigt die daraus entstehenden Oberflächenprozesse, aber nicht sämtliche möglichen Wechselwirkungen eines realen nuklearen Ereignisses mit einem komplexen Himmelskörper. Die Forschenden selbst sehen weiteren Entwicklungsbedarf, bevor sich die Folgen umfassend vorhersagen lassen. Die Arbeit beschreibt daher ein verbessertes Werkzeug für die Planung hypothetischer Abwehrszenarien, keine einsatzbereite Anleitung und keinen Nachweis einer bereits funktionierenden Asteroidenabwehr.
Zusätzlich übertrugen die Forschenden die berechneten Druckfelder auf ein locker gepacktes Geröllmodell, das einem Asteroiden wie Itokawa ähnelt. Dabei zeigte sich, dass auch festes ausgeworfenes Material durch Schockbruch und Bewegung asymmetrisch fortgeschleudert werden kann. Die Richtung und Verteilung solcher Fragmente könnten den Rückstoß zusätzlich beeinflussen. Dieser Teil der Untersuchung erweitert den Blick über verdampften Dampf hinaus, ersetzt aber noch keine Berechnung des Zerbrechens des gesamten Körpers. Die Arbeit ist keine Warnmeldung: Kein Asteroid bedroht derzeit die Erde; untersucht wird ein hypothetisches Abwehrszenario.
Nathan W. Moore et al., Efficient computation of vapor ejecta over asteroid geometries during pulsed energy deflection, Icarus 463, 117364; doi:10.1016/j.icarus.2026.117364
Sandia National Laboratories, Asteroid defense hits a lump in the road
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