Infrarotsensoren auf dem Boden erkannten die Wärmesignatur der OSIRIS-REx-Probenrückführungskapsel, als sie mit mehr als 45.000 km/h in die Atmosphäre eintauchte, um 8:42 Uhr MDT heute. Die 46 kg schwere Kapsel wurde von ihrem viel größeren OSIRIS-REx Mutterschiff abgeworfen, als das Raumschiff kurz an der Erde vorbeirauschte. Die Kapsel traf in die Luft vor der Küste Kaliforniens und zielte auf eine Fallschirmlandung im Utah Test and Training Range des Verteidigungsministeriums südwestlich von Salt Lake City. Noch bevor die Kapsel landete, hoben vier Suchhubschrauber ab, um sie zu treffen, und die Leute bei der NASA warteten gespannt darauf, dass sie sicher zurückkehrte.
Sie war sicher gelandet. Die Kapsel schlug um 8:55 Uhr MDT auf und die Hubschrauberbesatzungen schnappten sie und brachten sie in einen Reinraum auf der Militärbasis, um sie zum Johnson Space Center in Houston zu schicken.
Die Wissenschaftler dort werden viel zu untersuchen haben. In der Kapsel versiegelt sind 250 gm Gestein und Staub vom Asteroiden Bennu – ein 4,5 Milliarden Jahre altes Fossil des alten Sonnensystems, das die NASA mehr als 800 Millionen Dollar und sieben Jahre damit verbracht hat, es zu erforschen. Die Rückkehr der Probe machte OSIRIS-REx zum erst dritten Raumschiff – und zum ersten amerikanischen – das den Asteroiden-Höhlenforscher-Trick bewerkstelligte, nachdem Japan mit Hayabusa und Hayabusa 2 ihn 2010 bzw. 2020 geschafft hatte. Verstehen Sie die Chemie und Geschichte des Staubs von Bennu und Sie können die Chemie, Geschichte und sogar Ursprünge des Sonnensystems und der Erde verstehen – sowie das Leben, das unseren Planeten beheimatet.
„Es spricht irgendwie zu den Gründen, warum Menschen erforschen“, sagt Rich Burns, Projektleiter von OSIRIS-REx. „Wir können etwas über die Entwicklung des Sonnensystems lernen, warum die Erde in ihrem jetzigen Zustand existiert, warum sie besonders ist. Wir können der Frage nachgehen, woher wir kommen.“
Das Sammeln dieser Bennu-Probe war nicht einfach. Am 8. September 2016 hob OSIRIS-REx (Kurzform für Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) vom Cape Canaveral ab, um Bennu auf einem Umweg zu verfolgen. Der Asteroid ist ein kleines Ziel – nur 492 m breit – und kreist in etwa der gleichen Umlaufbahn um die Sonne wie die Erde. In seiner entferntesten Position ist er etwa 300 Millionen km von uns entfernt. Der direkteste Weg, ihn zu erreichen, wäre, quer durch das Sonnensystem in gerader Linie auf ihn zuzusteuern und Bennu auf der anderen Seite der Sonne abzufangen. Das hätte jedoch bedeutet, dass das Raumschiff sich dem Felsen mit 90 Grad näherte und mit 19.300 km/h an ihm vorbeirauschte. Das ist für die Art von kurzen fotografischen Vorbeiflügen in Ordnung, die die Voyager-Raumschiffe in den 1970er und 1980er Jahren an den äußeren Planeten durchführten; Die OSIRIS-REx-Mission sah jedoch vor, dass das Raumschiff nicht nur an Bennu vorbeifliegt, sondern eine träge Umlaufbahn um ihn herum einnimmt. Um dies zu tun, musste das Schiff zwei vollständige Umläufe um die Sonne machen und sich langsam dem Asteroiden nähern und seine Geschwindigkeit und Flugbahn angleichen. In dieser Zeit legte OSIRIS-REx mehr als 2 Milliarden km zurück.
Am 3. Dezember 2018 holte das Raumschiff Bennu endlich ein und zündete seine Triebwerke, um eine Umlaufbahn um den Felsen einzunehmen. Es brauchte kaum Treibstoff dafür, und es würde genauso wenig brauchen, um sich abzulösen: Bennus Schwerkraft – soweit er überhaupt eine hat – ist 100.000 mal schwächer als die der Erde. In den losen gravitativen Griff des Asteroiden gesetzt, begann das Raumschiff mit einer Fernerkundungskampagne und verwendete seine mehreren Bordinstrumente – darunter drei Kameras, ein Infrarotspektrometer, ein Röntgenabbildungsspektrometer und ein Laser-Höhenmesser – um die mineralische und elementare Zusammensetzung von Bennu zu untersuchen. Es kartierte auch erschöpfend die Oberfläche des Asteroiden, um einen Ort für die Probenentnahme zu finden. An einigen Stellen flog OSIRIS-REx in Höhen von nur 1,6 km über Bennu – näher als jedes andere Raumschiff an einem Himmelskörper, den es umkreiste.
In so große Nähe zu kommen barg Gefahren. Bennu rotiert alle 4,3 Stunden einmal um seine Achse – was ihm 2,15 Stunden Sonnenseite und 2,15 Stunden Weltraumseite gibt. Bei diesen Übergängen schwankt die Temperatur an einer beliebigen Stelle auf dem Felsen zwischen 116°C und -73°C hin und her. All diese Änderungen des thermischen Drucks bedeuten eine Menge Ausdehnung und Schrumpfung der Felsen und anderen Schutt auf der Oberfläche – genug, um sie effektiv von Bennus Oberfläche abspringen zu lassen.
„Es sah am Ende aus wie Popcorn“, sagt Dante Lauretta, Professor für Planetenwissenschaften an der University of Arizona und leitender Wissenschaftler der OSIRIS-REx-Mission. „Jedes Mal, wenn wir hinschauten, sahen wir, wie Zeug von der Oberfläche explodierte. Wir sagten: ‚Oh Mann, das könnte eine gefährliche Umgebung für das Raumschiff sein. Wir müssen uns vielleicht zurückziehen und die ganze Begegnung neu gestalten.'“ Letztendlich kam das Team zu dem Schluss, dass dies nicht notwendig wäre. Es braucht nicht viel Energie, damit kleine Steine sich aus Bennus Mikrogravitation lösen, so dass selbst wenn der Schutt das Raumschiff träfe, er keinen nennenswerten Schlag ausüben würde.
Erst am 20. Oktober 2020, fast zwei Jahre nach der Ankunft von OSIRIS-REx bei Bennu, begann das Raumschiff mit dem Höhepunkt seiner Mission – dem Abstieg auf die letzte Meile, um seine Probe zu sammeln. Die NASA hatte die potenziellen Sammelstellen auf vier Kandidaten eingegrenzt, die sie Sandpiper, Osprey, Kingfisher und Nightingale nannte – diese ausgewählt, weil sie die wenigsten felsigen Hindernisse für den Abstieg des Raumschiffs hatten sowie reichlich lockeren Boden zum Sammeln. Letztendlich stellte die NASA fest, dass Nightingale – gelegen in einem Krater hoch im Norden von Bennu – die beste dieser Gruppe war.
Die Entnahme der Probe erforderte, dass das Raumschiff kurz auf Bennu landete, in einem Manöver, das die NASA TAG nannte, für touch-and-go. In den 16 Sekunden, die OSIRIS-REx auf der Oberfläche war, streckte es seinen 3,3 m langen Roboterarm aus, der mit einer Sammelkammer am Ende ausgestattet war. Zu diesem Zeitpunkt entleerten Stickstoffflaschen in der Kammer Gas, das die Oberfläche aufwirbelte, so dass die losen Teilchen eingesaugt werden konnten. Nachdem es seine kostbare Fracht gesichert hatte, feuerte das Raumschiff seine Triebwerke und entfernte sich von Bennu.