Murmelschießen mit 25.000 km/h

15. März 2007: Der NASA Wissenschaflter Bill Cooke schießt mit Murmeln. Der Preis sind nicht die Murmeln eines anderen Spielers, sondern Wissen, dass dabei helfen wird, die Astronauten auf dem Mond abzusichern, wenn Amerika innerhalb der nächsten 10 Jahre zum Mond zurückkehren wird.

Cooke schießt durchsichtige Geschosse, mit einem Durchmesser von 0,6 cm -- aus Pyrex Glas -- auf Erdreich, und nicht auf andere Murmeln. Und er muss bei jeder Runde eine neue benutzen, da jeder Schuss mit dieser Geschwindigkeit (7 km/s) das Projektil zerstört.

Rechts: Tod eines Projektils. Dies ist ein reales Foto einer Murmel aus Pyrex, die beim Einschlag explodiert. Photo credit: Peter Schultz, Brown University, und NASA

"Wir simulieren Einschläge von Meteoroiden auf der Mondoberfläche," erklärt er. Cooke und andere Mitglieder der Space Environments Group an NASA's Marshall Space Flight Center, haben schon viele Male echte Einschläge aufgezeichnet. Ihre Teleskope zeichnen routinemäßig Explosionen auf dem Mond auf, die von Meteoroideinschlägen stammen.

Ein typischer Blitz besteht aus "einem Meteoroiden, etwa so groß wie ein Softball, der den Mond mit 27 km/s trifft und mit einer Energie von etwa 70 kg TNT explodiert."

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"Wohlgemerkt," sagt Cooke, "dies sind Schätzungen, die auf den, aus einer Entfernung von 400.000 km, beobachteten Lichtblitzen beruhen. Es gibt viele Unsicherheiten in unseren Berechnungen der Geschwindigkeit, Masse und Energie. Wir würden die Zahlen gerne mit weiteren Daten belegen."

An diesem Punkt kommen die Murmeln ins Spiel....

Cooke nutzt die Ames Vertical Gun Range an NASA's Ames Research Center in Mountain View, CA, um Murmeln in simulierten Mondboden zu schießen. Diese Schüsse erlauben es ihm, seine Beobachtungen auf dem Mond zu kalibrieren. Seine Arbeit wird durch NASA's Office of Safety and Mission Assurance finanziert.

"Wir messen den Blitz, um so herauszufinden, wie viel der kinetischen Energie in Licht umgewandelt wird," erklärt er. "Wenn wir diese Leucht-Effizienz, wie wir es nennen, erst einmal kennen, können wir es auf echte Meteoroiden anwenden, die den Mond treffen." Hochgeschwindigkeitskameras und ein Photometer (Lichtmesser) zeichen die Ergebnisse auf.

Die Ames Vertical Gun Range wurde im den 1960er Jahren gebaut, um das Apollo Projekt zu unterstützen. Es können dort Geschosse verschiedenster Formen und Materialien, selbst Haufen von Teilchen, mit Geschwindigkeiten von 0,5 - 7 km/s abgeschossen werden. In der Zielkammer herrscht normalerweise ein Vakuum, wobei sie teilweise wiederbefüllt werden kann, um die Atmosphären anderer Welten und Kometen zu simulieren.

Oben: Ein 30 cm großer Krater, plus Staub ist alles was nach einem Testschuss übrig bleibt. Photo credit: NASA. [Größeres Bild]

Ebenfalls sehr wichtig ist, dass der Lauf des Geschützes gekippt werden kann, um Einschläge bei unterschiedlichen Winkeln zu simulieren, da Meteore selten gerade in den Boden fliegen. Schwarzpulver beschleunigt die Murmel, und Spezialventile fangen das ausgestoßene Gas ein, damit es den Einschlagskrater nicht wegbläst.

Cooke´s Experimente werden in 2 Runden durchgeführt. Der erste Satz, bestehend aus 12 Schüssen im Oktober 2006, feuerte Bälle aus Pyrex Glas, mit bis zu 7 km/s in Staub, hergestellt aus Bimsstein. Die folgenden Experimente werden JSC-1a, eines der "echten Fälschungen", entwickelt aus Materialien von der Erde, um die Beschaffenheit des Mondbodens zu simulieren, verwenden.

Die Kenntnis von Geschwindigkeit und Masse des Projektils wird es Cooke erlauben, den Blitz zu skalieren, und die Energie abzuschätzen, die Meteoroiden erzeugen, die mit 72 km/s oder mehr auf den Mond auftreffen, was mehr als 6 Mal schneller ist als in den Experimenten. Aber Leucht-Effizienz ist nur ein Teil der Frage. Ein großer Teil der Einschlagsenergie geht dabei verloren, das Projektil zu zersplittern und zu schmelzen -- der Hauptgrund, warum Glas anstelle von Metall verwendet wird -- und um dann den Abfall zu zerstreuen.

Rechts: Die Ames Vertical Gun Range. Photo credit: NASA [Größeres Bild]

"Der Auswurf, der durch einen Einschlag erzeugt wird, kann hunderte von Kilometern weit fliegen," fährt Cooke fort. "Wir müssen mehr darüber wissen, wenn wir für mehrere Monate auf dem Mond leben wollen." Da der Mond fast keine Atmosphäre besitzt, landen Teilchen mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der sie von der Einschlagsstelle aus losgeflogen sind.

Sie können also vielleicht dem Geschoss ausweichen, werden dann aber durch seine Splitter erschlagen. Und die Frage ist, ob die größere Gefahr von Winkeln der Flugbahnen des Abfalls, entlang des Horizonts, oder von Teilchen, die von oben kommen, ausgeht?

Um diese Gefahr abzuschätzen, wird Cooke die Geschwindigkeit und Richtung der sekundären Teilchen mit Hilfe der Sheet-Laser Technik messen. Linsen und Spiegel streuen einen Laserstrahl in dünne Lagen aus Licht, so dass fliegende Teilchen mehrere Male kurz beleuchtet werden. Die Lichtspur verrät dann die Größe, Richtung und Geschwindigkeit der Teilchen, die den Einschlagsort verlassen.

Diese Technik erfordert viel Analyse von Bildern, ist aber sauberer und genauer als Aluminiumbleche in die Kammer zu hängen, und die Löcher zu zählen.

Die Antworten werden dabei helfen, zu bestimmen welche Art von Schutzschilden für Forschungsfahrzeuge benötigt werden, um Menschen an einem Ort zu schützen, an dem jeden Tag mit Murmeln geschossen wird.

Author: Dave Dooling | Editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA