Meteoroiden sind kleinere oder größere Bruchstücke der Asteroiden und Kometen, Splitter der Einschläge von Meteoroiden in Monde und Planeten, Überbleibsel der Geburt unsres Sonnensystems und interstellarer Staub. Sie fliegen praktisch überall in unserem Sonnensystem herum. Die meisten Meteoroiden sind lediglich tausendstel Millimeter winzige Staubteilchen; der größte Massenverlust der Asteroiden und Kometen geht jedoch auf Meteoroiden mit Durchmessern zwischen 0,1 und 1 mm zurück. Sie haben eine gesteinsartige oder metallische Zusammensetzung, enthalten aber auch organisches Material. Ihre Dichte schwankt daher stark und beträgt im Mittel 1 g/cm³. In Erdentfernung von der Sonne kann man etwa einen Meteoroiden pro 500 Kubikkilometer Weltraum finden, der mindestens einen Zehntelmillimeter groß ist.

Es wurden bisher Einschlag- geschwindigkeiten bis etwa 80 km/s festgestellt. Sie hängen ab von den Geschwindigkeiten, die die Meteoroiden bei ihrer Entstehung mitbekommen haben, sowie den Bahnformen und Richtungen der Meteoroiden und des getroffenen Objekts. In einer erdnahen Kreisbahn beispielsweise rasen Meteoroiden mit etwa 30 km/s dahin. Das entspricht der Bahngeschwindigkeit der Erde. Raumfahrzeuge in einer Erdumlaufbahn werden von solchen Meteoroiden typischerweise mit Einschlaggeschwindigkeiten von etwa 8 km/s und mehr getroffen; das entspricht gerade der Bahngeschwindigkeit im niederen Erdorbit. Meteoroiden stellen daher eine gewisse Gefahr dar für Maschinen und Menschen im Weltraum.

Größere Meteoroiden können Bauteile zerstören, kleinere können Oberflächen abnutzen, insbesondere, wenn sie in Schwärmen auftreten. Solche Meteoroidenschauer oder -stürme trifft man zum Teil periodisch an, zum Beispiel wenn sie als Kometenreste auf stark elliptischen Bahnen die Erdbahn kreuzen. In der Erdatmosphäre kann man sie als Meteorströme bewundern, beispielsweise die Perseiden, die jährlich von Mitte Juli bis Mitte August zu sehen sind.

Modellierung des Risikos

Nach einem Meteoroiden-Modell der Esa ergeben sich im Bereich der Erde beispielsweise folgende Größenordnungen der Einschlagshäufigkeiten:

Der Fluss der Mikrometeoriten im Sonnensystem lässt sich durch statistische Modelle beschreiben. Der Fluss gibt an, wieviel Teilchen pro Sekunde durch eine Fläche von einem Quadratmeter fliegen. Solche Modelle sind so gut und so schlecht wie die Daten auf denen sie basieren. Die Daten werden geliefert durch Beobachtungen von der Erde aus und durch Messungen mithilfe von Raumsonden. Zur Verbesserung der Modelle müssen die physikalischen Vorgänge bei der Entstehung und Verteilung der Meteoroiden einbezogen werden. Die Verteilung im Sonnensystem wird hauptsächlich durch zwei Mechanismen beeinflusst: die Schwerkraft der Planeten und den Poynting-Robertson-Effekt, durch den Teilchen in einer Sonnenumlaufbahn abgebremst werden und sich daher im Laufe vieler tausend Jahre spiralförmig der Sonne nähern.

Schutzmaßnahmen

Einzelwände bieten gegen energiereiche Einschläge keinen wirksamen Schutz. Doppelwände sind wesentlich effektiver, weil der Meteoroid zersplittert und Energie verliert, während er die äußere Wand durchschlägt. Die Bruchstücke werden über eine größere Fläche der zweiten Wand verteilt und schlagen dort kleinere Krater. Damit die Abschirmung optimal ist, darf die erste Wand nicht zu dünn sein, und der Abstand der Wände darf nicht zu klein sein. Zusätzliche Schichten von Kevlar oder Nextel zwischen den Wänden erhöhen den Schutz weiter. Diese Methode wird zum Beispiel bei der Internationalen Raumstation ISS angewandt. Solche Doppelwände bieten allerdings für langsame Meteoroiden im Bereich unter etwa 5 km/s keinen zusätzlichen Schutz, gegenüber einer Einzelwand mit der kombinierten Wanddicke, da sich langsame Meteoroiden beim Einschlag nicht komplett zerlegen.

Meteoroidenschutz des europäischen ISS-Moduls Columbus. Außenwand: Aluminium, 2,5 mm dick - Innenlagen: Kevlar/Nextel, 4 mm - 2. Wand: Aluminium, 4,8 mm, Wandabstand: 13 cm. Gemäß der Tests sollte diese Doppelwand Teilchen mit 10 km/s stoppen, die kleiner als 1,2 bis 1,5 cm sind.

Durchschlag des Solarpanels des Weltraumteleskops Hubble, Lochdurchmesser 2,5 mm. Das Panel wurde im März 2002 nach über 8 Jahren im All auf die Erde zurückgeholt. Foto: Esa

Meteoroidenschauer. Am 12. August 1993 hörten die Kosmonauten der Weltraumstation Mir über mehrere Stunden die Einschläge von Meteoroiden. Später wurden an der Außenwand der Station etwa 2000 Einschläge gezählt, zudem waren Solarpanele schwer beschädigt worden. Zur Zeit der Mir-Einschläge verlor die Esa die Kontrolle über den Telekommunikations-Satelliten Olympus. Diese Ereignisse fielen mit dem Maximum des Meteorstroms der Perseiden zusammen.

Resultat eines Labortests. Eine kleine Aluminiumkugel wurde mit der Geschwindigkeit von etwa 6,8 km/s in einen 18 cm dicken Aluminiumblock geschossen. Die Kugel hat einen Durchmesser von 1,2 cm und eine Masse von 1,7 g. Der Krater hat einen Durchmesser von 9 cm und ist 5,3 cm tief. Der Test simuliert, was passiert, wenn kleine Weltraumtrümmer ein Raumfahrzeug treffen. Bei solch einem Einschlag können Druck und Temperatur mit z. B. über 365 GPa und 6000 K die Werte im Erdmittelpunkt überschreiten. Foto: Esa