Erdnahe Asteroiden: Näher als mancher Satellit

[DELTA3]

Hallo Bynaus & Mac,
danke für die Links und die Abschätzungen, ich staune immer, was man in Wiki alles finden kann...

...dass auch hier die Konzentration nicht sehr viel grösser sein kann (die CME ist vielleicht auf einen Anteil von ~0.1 bis 0.25 im Raum konzentriert?).

Wenn man von der Dichte des normalen Sonnenwindes ausgeht und die Masse einer CME einfach auf ein Zehntel des Raumes verteilt, macht das sicher keinen grossen Unterschied. Es scheint aber nicht so einfach zu sein, die Dichte in einem Flare bzw. einer CME abzuschätzen. Ich denke aber, dass die Dichte um einige Grössenordnungen höher liegen muss, denn sonst hätten solche 'Sonnenstürme' ja nicht solche extremen Auswirkungen auf unsere Stromnetze und die Satelliten und das Nordlicht, verglichen mit dem normalen Sonnenwind.

Die Dichte in 100 km Höhe (der "Karaman-Linie") ist etwa 6e-7 kg, also rund 2 Billionen mal höher als im Sonnenwind.

Dafür ist der Weg der Meteoriten durch die obere Erdatmosphäre vielleicht auch wesentlich kürzer.

Ob nun 2 Billionenfach oder 45 Billionenfach, der normale Sonnenwind ist kein Massstab. Wenn man nicht weiss, auf welchen Raum sich die Masse einer CME verteilt, kann man auch deren Dichte nicht abschätzen. Bei den Auswirkungen auf einen Asteroiden kommt noch hinzu, dass dessen Bahn teilweise innerhalb der Venusbahn verläuft, wo die Dichte nochmal entsprechend höher liegen kann.

Gruss, Delta3.

[Bynaus]

@mac: Du hast natürlich recht, danke für die Korrektur.

@DELTA3: Da du ja jetzt die notwendigen Zahlen hast (und evtl. durch etwas Recherche auf andere Zahlen wie Teilchendichte in CMS auf der Höhe der Erde finden könntest), überlasse ich es dir, rechnerisch zu belegen, dass der Sonnenwind für die Bahn eines Asteroiden eine wichtige Rolle spielen soll. Ich bin ohne weiteres bereit, zu akzeptieren, dass die Masse von CMEs auf 10% oder auch nur 1% des zur Verfügung stehenden Raumes beschränkt sind (darunter wirds etwas kritisch, weil die Annahme dann so gar nicht mehr zu Bildern von CME-Ausbrüchen passen will, dh, man würde einen "dünnen Strahl" annehmen, den man so nie beobachtet).

Zu den nicht-gravitativen Kräften, die auf einen Asteroiden wirken (allerdings wird der Sonnenwind dort nicht erwähnt, wohl weil er eben keine Rolle spielt), gibt es hier ein klassisches Paper: http://www.kiss.caltech.edu/workshop...20Dynamics.pdf

[DELTA3]

überlasse ich es dir, rechnerisch zu belegen, dass der Sonnenwind für die Bahn eines Asteroiden eine wichtige Rolle spielen soll.

Ich habe nie behauptet, dass der Sonnenwind eine Rolle spielen könnte, und schon garnicht eine wichtige! Es war immer nur die Rede von Sonnenstürmen oder -Eruptionen bzw. CME, wobei sich nicht ermitteln lässt, mit welcher max. Dichte hierbei zu rechnen ist, weil es darüber keine Daten gibt und sich schwer abschätzen lässt, über welchen Raum sich die ausgestossene Gesamtmasse von ~2 Mrd Tonnen verteilt.

Der Titel des Threads ist ja "näher als mancher Satellit" und bezieht sich auf den Asteroiden 2012 DA14, der dei Erde in einem Jahr in einer Entfernung von 3,5 Erdradien (<25.000 Km) passieren soll. Meine Bedenken sind dabei noch immer, ob man bei der Berechnung der Bahndaten aus nur einem einzigen Vorbeiflug, alle möglichen Einwirkungen auf den Asteroiden berücksichtigen kann, insbesondere da sich die Sonne derzeit in einer aktiven Phase befindet, und ständig mit starken Ausbrüchen (CME) zu rechnen ist.

Bei einem so nahen Vorbeiflug, den man schon als 'Streifschuss' bezeichnen könnte, könnte ja schon die kleinste Veränderung der Bahn für die Frage, ob Vorbeiflug oder Einschlag, entscheidend sein.

Gruss, Delta3.

[Bynaus]

Ich habe nie behauptet, dass der Sonnenwind eine Rolle spielen könnte, und schon garnicht eine wichtige!

Ja natürlich, bitte entschuldige. Ich meinte natürlich die Sonneneruptionen / CMEs etc.

wobei sich nicht ermitteln lässt, mit welcher max. Dichte hierbei zu rechnen ist, weil es darüber keine Daten gibt und sich schwer abschätzen lässt, über welchen Raum sich die ausgestossene Gesamtmasse von ~2 Mrd Tonnen verteilt.

Dazu gibt es sicher Daten, man müsste sie halt suchen, aber da drausen gibt es unzählige Satelliten, die die Sonne beobachten. Die Verteilung im Raum ist auch nicht so schwierig zu ermitteln, das lässt sich Grössenordnungsmässig mit Sicherheit vernünftig abschätzen.

Meine Bedenken sind dabei noch immer, ob man bei der Berechnung der Bahndaten aus nur einem einzigen Vorbeiflug, alle möglichen Einwirkungen auf den Asteroiden berücksichtigen kann, insbesondere da sich die Sonne derzeit in einer aktiven Phase befindet, und ständig mit starken Ausbrüchen (CME) zu rechnen ist.

So viel ich weiss fliessen solche Ereignisse nicht in die Berechnung mit ein, und das hat einen guten Grund: es spielt keine Rolle. Selbst wenn die Dichte des Gases in einer CME hundert oder tausend Mal höher ist als im Sonnenwind, so ist das immer noch viele Grössenordnunger weniger als jede andere Kraft, die auf die Bahn des Asteroiden wirkt.

Du kannst ja mal ausrechnen, was passiert, wenn ein Gas, das 1000 Mal so dicht ist wie der Sonnenwind, einen 100 m grossen Asteroiden trifft - welche Kraft wirkt dann auf den Asteroiden, und um welchen Betrag wird seine Bahn abgelenkt (nehmen wir der Einfachheit halber mal eine Gerade an)?

Daraus sollte sich abschätzen lassen, ob eine CME relevant ist oder nicht.

[FrankSpecht]

Moin, Bynaus,

So viel ich weiss fliessen solche Ereignisse nicht in die Berechnung mit ein, und das hat einen guten Grund: es spielt keine Rolle.

Sehe ich auch so!

Die letzten X-class Flares mit anschließenden CMEs von AR 1429, von denen selbst die populären Medien berichteten, richteten keinerlei Schäden an. Und selbst die Raumsonde "Venus Express", die ja nun weit dichtere Sonnenstürme über sich ergehen lassen musste, wurde nicht in ihrer Bahn gestört. Lediglich einige empfindliche Messgeräte "erblindeten" vorübergehend.

Selbst SOHO, das ja ständig irgendwelchen Sonnenstürmen ausgesetzt ist, befindet sich seit Jahren im Lagrangepunkt L₁, und das trotz seiner im Vergleich zu einem etliche 10-Meter Brocken geringen Masse von 610kg.

[DELTA3]

Selbst wenn die Dichte des Gases in einer CME hundert oder tausend Mal höher ist als im Sonnenwind, so ist das immer noch viele Grössenordnunger weniger als jede andere Kraft, die auf die Bahn des Asteroiden wirkt.

Das war ja auch nur eine Möglichkeit, die ich in Erwägung gezogen habe, denn bei einem so nahen Vorbeiflug genügt ja eine minimale Veränderung der Bahn, dass der 'Streifschuss' zu einem Einschlag wird. Natürlich könnte sich eine solche Veränderung auch genauso gut in die entgegengesetzte Richtung auswirken.

Wenn du mit "jede andere Kraft" gravitative Kräfte meinst, wäre vielleicht auch zu überlegen, ob eine oder mehrere CME-'Wolken' mit Massen von über 2 Mrd Tonnen eine gravitative Wirkung haben können. Es geht eigentlich nur um die Frage, ob es Einflüsse geben könnte, die bei der Berechnung der Impact-Wahrscheinlichkeit nicht einkalkuliert werden können.

Und selbst die Raumsonde "Venus Express", die ja nun weit dichtere Sonnenstürme über sich ergehen lassen musste, wurde nicht in ihrer Bahn gestört.

Woher weisst du das? Könnte man das überhaupt feststellen? Die Einflüsse der Venus sind ja da viel grösser!

Selbst SOHO, das ja ständig irgendwelchen Sonnenstürmen ausgesetzt ist, befindet sich seit Jahren im Lagrangepunkt L₁

Das scheint auch kein gutes Argument zu sein, denn SOHO liegt ja nicht stabil in L1, sondern bewegt sich ständig grossräumig um Zig-Tausend Km um L1 herum, so dass man kaum feststellen könnte, ob seine Lage durch Sonnenstürme beeinflusst wird.

Trotzdem danke für euren Input! Gruss von Delta3.

[Bynaus]

denn bei einem so nahen Vorbeiflug genügt ja eine minimale Veränderung der Bahn

Ohne zu rechnen wirst du diesem "minimal" keinen nutzbaren Zahlenwert zuordnen können. Das Keyhole ist typischerweise ein paar km gross: ist eine "minimale" Veränderung denn nun im Bereich von Kilometern oder Millimetern? Deshalb erneut meine Aufforderung: rechne doch mal vor!

Wenn du mit "jede andere Kraft" gravitative Kräfte meinst, wäre vielleicht auch zu überlegen, ob eine oder mehrere CME-'Wolken' mit Massen von über 2 Mrd Tonnen eine gravitative Wirkung haben können.

Wieder: bitte. Ich schaue interessiert zu.

Das scheint auch kein gutes Argument zu sein, denn SOHO liegt ja nicht stabil in L1, sondern bewegt sich ständig grossräumig um Zig-Tausend Km um L1 herum, so dass man kaum feststellen könnte, ob seine Lage durch Sonnenstürme beeinflusst wird.

Es ist sogar ein sehr gutes Argument. Natürlich ist die Position von SOHO sehr gut bekannt, weil man ja den Kontakt halten muss. Wenn die Sonde in einem Ausmass von ihrer Bahn abweicht, die der mittleren Distanz zu einem Keyhole bei einem Asteroidenvorbeiflug entspricht, wäre das mit Sicherheit feststellbar.

[mac]

Hallo Delta3,

ohne nachzurechnen, bleibst Du bei diesen Fragen auf Dein ‚Bauchgefühl‘ angewiesen. Und dieses ‚Bauchgefühl‘ führt, besonders wenn man keine Vorstellung zu den Gesetzmäßigkeiten und zu den wirkenden Kräften hat, ganz schnell völlig in die Irre.

Für den Fall, daß Du nicht die Spur einer Ahnung hast, wie Du bei dieser Rechnung vorgehen könntest:

Asteroid umrundet die Sonne im Erdbahnabstand. (Nur die Erdbahnkreuzer haben eine Trefferchance)

Rechne die Impulsänderung des Asteroiden durch die Gravitation der Sonne.
Rechne die Impulsänderung durch die Menge an Protonen, die Du Dir für eine solche Eruption auf der Sonne, im Erdbahnabstand vorstellst.

Diese beiden Impulsänderungen wirken genau gegeneinander. (bei z.B. 400 km/s Protonengeschwindigkeit, kannst Du die Asteroidengeschwindigkeit von 29 km/s unter den Tisch fallen lassen, so daß Du den Beitrag des Sonnenwindes (und des Massenauswurfes) wie Gravitation mit umgekehrtem Vorzeichen behandeln kannst.

Da hier Gravitationsbeschleunigung = Gravitationskonstante * Sonnenmasse / Erdbahnradius^2 gilt, kannst Du die Radiusänderung durch Gravitationsänderung ausrechnen, indem Du nach Erdbahnradius umstellst.

Wenn Dich diese Erklärung nicht in die Lage versetzt es selber zu rechnen, dann melde Dich!

Herzliche Grüße

MAC

[DELTA3]

Hallo Mac,

danke für deinen Rat, die Sache mal nachzurechnen und deine Hinweise dazu. Ich habe mal versucht, eine einfache Überschlagsrechnung zu machen, da meine physikalischen Kenntnisse noch aus der Schulzeit resultieren.

Angenommen, die Bahnänderung nach einer Umlaufperiode von 1 J wäre 30.000 km und die Masse des Asteroiden mit ~45m
Durchmesser wäre ~200.000 T . Da es nur um die relative Änderung geht, brauche ich nur mit dem Verhältnis rechnen. Die Änderung des Bahnradius ist dann 3* 10^4 km/1,5 *10^8 km= 2 *10^-4. Da die Gravitation mit 1/r² wirkt, wäre das Verhältnis der Gravitationskräfte 4 *10^-8.
Diese wirkt auf den Asteroiden mit der Masse 2 *10^5 T .
Um die gewünschte Änderung zu erreichen muss also eine Kraft von 4 *10^-8 * 2 *10^5 = 8 *10^-3 T = 8 kg über 1 Jahr auf den Asteroiden wirken.
Da ein Sonnensturm nur wenige h andauert, muss der Impuls auf diese Zeit verteilt werden und es ergibt sich z.B. für die Dauer von 1 h eine Kraft von P = 8*365*24 Kg = ~70.000 Kg.

Wenn die CME Teilchenwolke bei 400 km/s eine h auf den Asteroiden einwirken soll, muss sie eine Ausdehnung von 400*3600 km = 1,44 *10^6 km haben (~Sonnengrösse, wäre das vorstellbar?).
Ihre Querschnittsfläche wäre dann pi*r² = 1,6 *10^18 m²
Der Wirkungsquerschnitt des Asteroiden ist ~ 1500 m²
Das Querschnittsverhältnis ist somit 1,5 *10^3 / 1,6 *10^18 = 10^-15
Von der Gesamtmasse der CME Wolke von 2 *10^12 kg kann damit nur das 10^-15 -fache auf den Asteroiden einwirken, also 2 *10^-3 kg mit v= 400 km/s , das ergibt eine kinetische Energie von 0,5*m*v² = 1,6 *10^8 Nm .
Für die Bahnänderung des Asteroiden von 200.000 T um 30.000 km in 1h wird aber benötigt: 2 *10^13 Nm , also das 10^5 -fache.

Damit könnte der Bahnradius nur um 0,3 m geändert werden. Selbst wenn man annimmt, dass während eines Umlaufes 10 solcher CMEs den Asteroiden treffen, wären es nur 3 m.

Ich weiss nicht, ob diese Abschätzung im Rahmen der zugrunde gelegten Annahmen stimmt, oder ob ich irgendwelche Denkfehler gemacht habe. Jedenfalls bestätigt es eure Aussagen, dass die Sonnenstürme die Bahn eines Asteroiden nicht wesentlich verändern können.

Gruss, Delta3.