22
Asteroids Space Missions MODELS Technology Comets Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. German Aerospace Center Institut für Planetenforschung Institute of Planetary Research Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Re p port 2006/2007 http://solarsystem.dlr.de

Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

Asteroids

Space Missions MODELS

Technology

Comets

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. German Aerospace Center Institut für Planetenforschung Institute of Planetary Research

 

DDeeppaarrttmmeenntt:: ““AASSTTEERROOIIDDSS aanndd CCOOMMEETTSS”” XX.. RReeppoorrtt 22000066//22000077

http://solarsystem.dlr.de

Page 2: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

2

 

From left to right Dr. Ekkehard Kührt      [email protected]  Section leader Dr. Alan W. Harris      [email protected]      Deputy section leader Dr. Gerhard Hahn      [email protected]    Scientific staff member Nikolaos Gortsas      [email protected]  PhD student Dr. Stefano Mottola      [email protected]  Scientific staff member Dr. Detlef de Niem      [email protected]    Scientific staff member Dr. Jörg Knollenberg      [email protected]  Scientific staff member   Not appearing in the photo:  Prof. Uwe Motschmann    [email protected]  Guest scientist Dr. Carmen Tornow      [email protected]   Scientific staff member Dr. Michael Solbrig      [email protected]   Engineer 

Page 3: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

3

  1  Introduction (Kührt) .................................................................................................. 4 2  Asteroid Science ....................................................................................................... 4 2.1  Investigations of the physical properties of asteroids with the Spitzer Space 

Telescope (Harris, Müller)....................................................................................... 4 2.2  Asteroid thermal modelling (Mueller, Harris) .......................................................... 5 2.3  Spectroscopic observations of 12 NEAs with UKIRT (Harris) .................................... 6 2.4  Asteroid search and follow-up programmes (Hahn)................................................ 6 3  Comet science.......................................................................................................... 7 3.1  Thermo-physical modeling of cometary nuclei with moving ice boundaries 

(Gortsas, Kührt, Motschmann)............................................................................... 7 3.2  Hybrid Simulation Studies of Anisotropic Cometary Plasma Sources (Gortsas, 

Motschmann, Kührt, Knollenberg ) ........................................................................ 7 4  Primitive bodies and the planetary system ................................................................. 8 4.1  Impact phenomena (de Niem, Kührt, Motschmann) ............................................... 8 4.2  From the Solar Nebula to minor bodies (Tornow, Kührt, Motschmann)................. 10 5  Space Missions ....................................................................................................... 11 5.1  BepiColombo-MERTIS  (Knollenberg) ................................................................... 11 5.2  Rosetta-Mupus (Knollenberg) .............................................................................. 11 5.3  DAWN (Mottola, Kührt)....................................................................................... 12 5.4  Don Quijote: A hazardous asteroid mitigation pre-cursor mission (Harris) ............. 12 6  Technology projects................................................................................................ 13 6.1  HP3   (Knollenberg)................................................................................................ 13 6.2  FIREWATCH (Kührt, Knollenberg, Behnke) ........................................................... 13 7  Scientific Prospects ................................................................................................. 14 7.1  HGF-Alliance (Tornow, Kührt, Motschmann, Harris) ............................................. 14 7.2  AsteroidFinder (Mottola, Kührt, Hahn, Michaelis, Harris) ...................................... 15 8  Appendix................................................................................................................ 16 8.1  Scientific publications in refereed journals and books (submitted or published 

2006-2007)......................................................................................................... 16 8.2  Scientific publications in other journals and proceedings (published 2006-2007) .. 18 8.3  Minor Planet Circulars/Electronic Circulars............................................................ 18 8.4  Publications in the popular literature and public outreach .................................... 20 8.5  Observing Campaigns 2006, 2007....................................................................... 21 8.6  Space mission responsibilities............................................................................... 21 8.7  Space Mission proposals ...................................................................................... 22 8.8  Other events and activities................................................................................... 22 8.9  Funding sources .................................................................................................. 22 

Page 4: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

4

1 Introduction (Kührt)

This 10th annual report describes the research results of the “Asteroids and Comets” Department of the Institute of Planetary Research (PF) of the DLR (German Aerospace Center) during the years 2006  and  2007.  Presently,  the  Department  consists  of  8  scientists,  1  PhD  student,  1  diploma student  and  two  guest  scientists,  one  from  the  University  of  Padua,  Italy,  and  one  from  the Technical University Braunschweig. Our  scientific goal  is  to  investigate minor bodies  in  the Solar System by observing them in the visible and infrared wavelength ranges, defining and contributing to  relevant  space missions and modelling physical processes associated with  this class of object. Other  fields of  interest are  risk evaluation of  impacts of Near Earth Objects  (NEOs) on our home planet, the origin of life and the transfer of space technology to solve environmental problems on Earth. 

Scientific interest in the minor bodies of the Solar System is focussed mainly on their crucial role in the formation of the planets and the development of life. Asteroids and comets are thought to be remnant material  from  the process of  formation and  the  initial development of planets. Due  to their  peculiar  dynamical  and  physical  properties,  such  as  small  size,  lack  of  a  permanent atmosphere, and relatively little thermal processing, these objects have remained largely unaltered since  the  time  of  Solar  System  formation.  Their  dynamical  evolution  is  a  tracer  of  the  mass distribution in the early planetary system.  

Highlights of the period covered by this report include: 

• 31 refereed papers in 2006/07. 

• The DAWN space probe was launched to investigate Ceres and Vesta. Two staff members (S. Mottola, E. Kührt) belong to the science team. 

• Our mission proposal AsteroidFinder was selected  in a review process for a  launch with a DLR compact satellite in 2012. 

• The  PF  proposal  “Planetary  evolution  and  life”  with  major  contributions  from  our Department was selected by the HGF. Funding will be provided for a 5-year period. 

• A staff member (Alan Harris) was awarded the title “DLR Senior Scientist”. 

• Michael Müller successfully defended his PhD thesis obtaining an excellent result. 

• Some  issues with the MUPUS hardware onboard of Rosetta were successfully resolved by means of software uploads. 

In Chapters 1  to 4 we  report on our  scientific  results. Contributions  to  space missions and our activities in technology transfer are described in Sections 5 and 6. Scientific prospects are discussed in  Section  7  and  the  appendix  summarises  publications,  project  contributions,  observation campaigns, public outreach activities, and our funding. 

2 Asteroid Science

2.1 Investigations of the physical properties of asteroids with the Spitzer Space Telescope (Harris, Müller)

The Karin cluster: Our  programme  of  observations of  17  members  of  the  Karin  cluster  in  the  main asteroid  belt  was  completed  in  2007.  The programme  (PI:  Harris)  includes  a  total  of  7  co-investigators from Europe and the USA. The cluster, 

Fig. 2.1 Spitzer Space Telescope. 

Page 5: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

5

named after  its  largest member,  (832) Karin,  is believed  to have been  formed only 5.8±0.2 Myr ago  in  a  catastrophic  collision.  The  cluster  is of great  interest due  to  the  fact  that  the physical properties  of  its members may  preserve  unique  information  about  asteroid  fragmentation  and surface processes on small asteroids, which include regolith formation and modification of albedo and  spectral properties  via  space weathering. We have determined  the  sizes and albedos of all objects observed and found evidence for unusually high thermal inertia in a few cases. The albedos of  the observed  targets  are  very  similar.  The mean  value,  excluding Karin,  is pV = 0.18, with  a standard error of only 0.01; this compares with pV = 0.15 ± 0.06 for the asteroid Karin itself. Our results  strongly  support  the  premise  that  the  family  members  are  taxonomically  related.  The thermal  inertia  governs  the  magnitude  of  the  Yarkovsky  effect,  i.e.  the  gradual  drift  of  an asteroid’s orbit due  to  the momentum  carried off by  thermal photons. Our observations  should assist in determining whether the observed spread in the orbital parameters of the family members since  their  formation  is  consistent with  the  expected magnitude  of  the  Yarkovsky  effect.  First results were presented at  the DPS meeting #39, Orlando,  in October 2007. Analysis of  the  final data set is still in progress. 

The potential spacecraft target 1989 ML: We were  awarded  director’s  discretionary  time with Spitzer  in 2006  to determine  the  albedo  and  taxonomic  type of  the potential  spacecraft  target (10302) 1989 ML. This NEA has been proposed as a  target  for  several planned  space missions, including ESA’s Don Quijiote mission, due to its orbit, which allows relatively low-cost access from the  Earth.  However,  until  now  very  little  was  known  about  this  asteroid.  The  available spectroscopic data are ambiguous and compatible with a number of possible  taxonomic classes, including P, M, and E associated with  low, medium, and high albedos,  respectively. The Spitzer observations enabled us to establish that 1989 ML has an albedo of 0.37 ± 0.15 and most  likely belongs to the E class, and derive a diameter of only 0.28 ± 0.05 km. The thermal-infrared data are  consistent  with  relatively  high  surface  thermal  inertia,  indicative  of  a  lack  of  thermally-insulating dust or  regolith. A paper describing  the  results and analysis of  these observations has been published in the journal Icarus (see Section 8.1).  

The binary Trojan asteroid (617) Patroclus: Together with five collaborators in Europe and the USA we were awarded 3 hr of Spitzer  time  to observe a  combined eclipse and occultation event of Patroclus. The aim of  the observations was  to clarify  the physical nature of  the Patroclus system and constrain its mineralogy, by providing measurements of the thermal inertia, size and albedo of each component and the spectral silicate features around 10μm. The observations were successful and the temperature variation due to the eclipse has been detected. Further analysis is in progress.  

2.2 Asteroid thermal modelling (Mueller, Harris)

Asteroid  thermal models  developed  by Müller  and Harris  have  been  tested  and  applied  to  the analysis of  infrared data  from  the NASA  Infrared Telescope  Facility  (IRTF) and  the Spitzer Space Telescope  obtained  in  the  course  of  the  projects  described  above.  Furthermore,  the  models developed were  particularly  useful  in  determining  the  physical  characteristics  of  the  potentially hazardous near-Earth asteroid (33342) 1998 WT24. During its close approach in December 2001 it was possible  to observe 33342 with  the  IRTF over an unusually wide  range of solar phase angle (10° - 90°). These observations, combined with others from the literature, have since enabled us to determine the size, albedo, thermal  inertia, and approximate pole orientation with the aid of the thermal models. This work has been published  in  the  journal  Icarus  (see Section 8.1). Our main results have been confirmed recently by radar observations. 

The thermophysical modelling work of Mueller and the application of thermal models to the study of asteroid surface properties formed the subject of his PhD dissertation  (see Section 8.1), which he successfully defended at the Free University of Berlin in July 2007 before taking up a position at the Steward Observatory, University of Arizona. 

Page 6: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

6

2.3 Spectroscopic observations of 12 NEAs with UKIRT (Harris)

Infrared spectra of NEAs  taken with  the UK  Infrared Telescope  in Hawaii  in the period 1998 – 2003 have been  analysed by  a  team  including  colleagues  from the  UK  and  USA.  Two  objects  were  found  to  be carbonaceous  and  one,  (14402)  1991  DB,  has  a spectrum and albedo suggestive of the relatively rare M  class. M-class  objects may  have  a  large metallic (Fe/Ni) content. Four  spectra of 4179 Toutatis  taken over  a  very wide  range of  solar phase  angle  (0.7  - 81)  and  at  intervals  of  several  weeks  are indistinguishable  within  the  uncertainties  and therefore  do  not  reveal  any  evidence  for  phase reddening or surface variegation. The resulting paper has been published  in the  journal  Icarus  (see Section 8.1). 

2.4 Asteroid search and follow-up programmes (Hahn)

Despite  the  fact  that our Asteroid  search programmes  (ODAS, UDAS, ADAS) have discontinued operations, we still maintain the database of astrometric positions and administer the orbits based on  the monthly updates  from  the Minor Planet Center. These updates are  incorporated  into  the web pages of the individual surveys located at:  http://earn.dlr.de/odas/  http://earn.dlr.de/udas/    http://dipastro.pd.astro.it/planets/adas/  respectively.  Databases  Physical properties and discovery circumstances of NEOs are available at  http://earn.dlr.de/nea/   A  constantly updated database of  all  known NEOs  (as  announced  and published by  the Minor Planet Center  - MPC)  is maintained,  providing  a  “home-page”  for  each  asteroid.  These  pages contain  the discovery circumstances, and all published data on  the physical properties,  including references. The database contains an update to the table of physical properties of NEOs published in  the  Asteroids  III  book,  and  is  further  updated  on  a  regular  basis;  it  can  be  accessed  via  a clickable list with entries for more than 660 NEAs.  Long-term orbital and physical evolution of short-period comets In  cooperation with O. Groussin  (PI)  estimates  of  the  initial  sizes  of  the  nuclei  of  the  Rosetta targets,  46P/Wirtanen  (original  target)  and  67P/Churyumov-Gerasimenko  (actual  target)  were made based on a model of the physical evolution of the nuclei. We provided the long-term orbital evolutions for both comets by means of numerical integrations of a bundle of varied orbits

Fig. 2.2 UK Infrared Telescope, Mauna Kea, Hawaii (credit: Nik Szymanek). 

Page 7: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

7

3 Comet science

3.1 Thermo-physical modeling of cometary nuclei with moving ice boundaries (Gortsas, Kührt, Motschmann)

Thermal-physical  modeling  of  comets  is  a  basic  tool  to  simulate  cometary  activity.  Numerous approaches have been published but the feedback of the surface erosion caused by ice sublimation to the thermal state is commonly neglected. However, near perihelion the characteristic velocity of erosion can be considerably higher than that of heat diffusion. 

Therefore,  a novel  thermal  conduction  code has been developed  to  study  the effect of moving boundaries on the thermal state of  icy bodies. The code that solves the so called Stefan problem has been applied to cometary nuclei. It takes the strong surface erosion caused by ice sublimation near perihelion  into account. A substantial constraint  is  the conservation of energy at each  time step.  

To  investigate  the  consequences  of  erosion  at the  surface  for  the  thermal behavior of  comets we  start  by  considering  a  spherical  nucleus consisting of pure water  ice.  In a second step a mixture of water  ice, dust and CO-ice has been simulated. Rotation, orbital motion, and porosity of the nucleus have been taken into account. 

Figure  3.1  shows  the  temperature  profile  near the surface of a nucleus composed of water  ice at  perihelion  for  an  orbit  of  a  Jupiter  family comet. Taking erosion  into account substantially less heat penetrates  into  the nucleus  compared to the case in which surface erosion is neglected.  

In  the  more  complex  multi-component  system the  subliming  CO-ice  front  below  the  surface recedes  to  greater  depths  as  sublimation progresses.  Its  depth  shows  an  oscillating behavior  with  time.  The  effect  of  basic parameters,  such  as  thermal  conductivity  and porosity, on the results has been investigated. 

3.2 Hybrid Simulation Studies of Anisotropic Cometary Plasma Sources (Gortsas, Motschmann, Kührt, Knollenberg )

A  sophisticated  and  robust  fully 3D hybrid plasma  simulation  code has been used  to  study  the plasma environment of weakly outgassing comets. From Earth-based observations as well as from spacecraft missions  the  anisotropic  shape  of  cometary  atmospheres  has  been  established  as  a feature common to many comets ( Festou et al. 2000, Feaga et al. 2007 ). However, most models used to study the plasma environment of comets assume a spherical symmetric cometary plasma source. As a case  study we are conducting a  series of hybrid plasma  simulations  to address  the open  question  of  if  and  how  an  anisotropic  cometary  plasma  source  affects  global  plasma structures.  The parameter values for the solar wind and the comet have been chosen according to the expected conditions of the Rosetta target comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. 

Using a gas-dynamical coma model we derive two shape models for the cometary plasma source. The day side model restricts cometary activity solely to the illuminated side of the nuclei, while the cone shape model further confines cometary activity to a cone with an opening angle of 90°. For the purposes of comparison we performed simulations of the spherical symmetric plasma source as well.  In all  cases  the  integrated  surface activity  remains  constant. Our  results  indicate a  shift of 

Fig. 3.1 Temperature profiles at perihelion of a Jupiter  family  comet  for  a  nucleus  of  pure crystalline water  ice  assuming  a Hertz  factor of 0.01.  Surface  erosion  leads  to  a  substantial reduction in the amount of heat penetrating into the nucleus.  

Page 8: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

8

plasma  structures  away  from  the nuclei  as  the  confinement of  cometary  activity  increases.  This behaviour  is  shown  in  figure  3.2  for  the  solar wind  proton  density  for  the  day  side model  in comparison  to  the  spherical  symmetric  case.  The  point  of  sharp  increase  in  solar wind  proton density along the abscissa shifts from 3 000 km, in the case of the spherical symmetric model, to 6 000  km  from  the  nucleus  in  the  case  of  the  day  side  restricted  model.  Hence,  geometric confinement of a fixed outgassing rate around the nucleus creates a stronger obstacle to the solar wind plasma flow. A publication on this topic is currently underway. 

So  far,  calculations  of  the  plasma  environment  of  comets  have  been  performed  for  a  fixed heliocentric distance until  a  steady-state  condition  is  reached. However,  interesting phenomena having a dynamic origin are sensitive  to perihelion approach. Therefore, we have developed and implemented a method to simulate the movement of comets towards perihelion.  

4 Primitive bodies and the planetary system

4.1 Impact phenomena (de Niem, Kührt, Motschmann)

After  developing  and  testing  a  Eulerian  multi-material hydrocode, the algorithm was applied to a number of problems in terrestrial impacts requiring high-resolution  and  long-term  simulations.  A Chicxulub-scale  impact of a 10 km  stony asteroid into a simple one-layered, and a more complicated two-layered,  target  (described  as  two  distinct materials) has been simulated. A novel method  to obtain  statistical  information  about  the  mass  of ejecta with  velocities  exceeding  a given  threshold was applied that circumvents costly and unreliable tracers.  In  contrast,  the  full  information  in hydrodynamic  data  is  implemented,  even  at  sub-cell  resolution,  by  means  of  the  volume-of-fluid (VOF) method.    Statistical  data  on  each material can  be  used  to  find  ratios  of  impactor  to  target 

0

5

10

15

20

x(103km)

nsw [ cm−3 ]

z(10

3 km)

15.347.670−7.67−15.34

15.34

7.67

0

−7.67

−15.34 0

5

10

15

20

x(103km)

nsw [ cm−3 ]

z(10

3 km)

15.347.670−7.67−15.34

15.34

7.67

0

−7.67

−15.34

Fig. 3.2  2D plots of a  fully 3D hybrid plasma simulation at 1.30 AU perihelion distance  for a weakly outgassing comet. The solar wind proton density in the polar plane is shown. The axes give the distances from the nucleus in thousands of km. The left-hand plot shows the spherical symmetric case, while the right-hand plot shows results from the restricted coma model. The shift of the bow shock by almost a factor of two is clearly visible. 

Fig. 4.1  Impact into two-layered target: granitic basement with sediment cover. Shown is the basement material at 125 seconds after impact. Impactor: 10 km diameter, 20 km/s. 

Page 9: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

9

material in distal ejecta. The simulations demonstrate the inability of events such as the Chicxulub crater  formation  to  drive  a  ´ballistic´  mass  outflow  of  ejecta  (as  dust,  liquid  droplets  and condensates) comparable to the amount estimated by geologists for the distal (>7000 km), global K-P (Cretaceous-Paleogene) boundary  layer.  Instead a non-ballistic mechanism of transport seems to  be  required  for  long-distance  transport  of  a  mass  comparable  to  that  of  the  impactor. Simulations covered an atmospheric altitude of up to 150 km.  

A  second  case  study  was  conducted  for  an Eltanin-type  impact  into a 5.5 km-deep ocean. The  grid  resolution  varied  from  800  x  800  to 600  x  1000  cells  in  cylindrical  geometry  and with up to 25 km of atmospheric layers to study the influence of the late-stage behaviour of the meteoritic  part  of  the  ejecta.  The  velocity  of emergence  of  meteorite  residuals  was monitored  to  understand  the  size  of  the submarine Eltanin meteorite deposit. Velocities of meteoritic material of up to 1.25 km/s were found  in a  late-time ejecta cloud of mushroom appearance,  sufficient  to  explain  the  lateral extent  of  the  Eltanin  strewn  field,  but insufficient to create a strewn field several 1000 km  in  diameter.  Such  strewn  fields consequently  would  have  to  form  in  more shallow  marine  environments  or  are  due  to larger impactors. 

The  hydrodynamic  algorithm,  in  particular  the VOF method, was  developed  further  to  allow different  geometries,  such  as  spherical coordinates.  This  was  tested  in  quasi-one-dimensional  calculations  for  an  expanding vapour  plume  interacting  with  a  planetary atmosphere. These calculations have been used to  generate  thermodynamic  data  relevant  to the  problem  of  condensation  in  impacts. Moreover,  the  algorithm  for  chemical equilibrium  was  extended  to  include  up  to  3 distinct phases.  

Further work in 2007 included the development of  an  equation  of  state  (EOS)  applicable  to chemical equilibrium phenomena, covering a large range of pressures, densities and temperatures. The number of species in the gas phase is 183 (molcules) + 26 (elements). The condensed phase is treated as an effective Mie-Grüneisen EOS with an Einstein model for specific heat. The gas phase satisfies  chemical  equilibrium  whereas  the  condensed  phase  in  the  EOS  (not  in  the  chemical equilibrium solver) is chemically inert. The combined hydrodynamic/chemical equilibrium approach was applied to investigate the origin of spinel-bearing spherules in the K-P boundary layer.   

The  dynamics  of  a  long-time  ejecta  curtain  in  the  Deep  Impact  experiment were  investigated, extending  a  previous model  to  include  drag  forces  due  to  coma  gas. Moreover,  an  analytical solution for the density distribution in the ejecta curtain was obtained. This is of interest also in risk mitigation for an orbiting spacecraft such as in the case of the proposed Don Quijote mission (see Section  5.4)  in which  the  orbiting  spacecraft  cannot  avoid  transiting  through  a  growing  ejecta curtain created by the impactor.  

Part of  the work described above was published  in  the  refereed  literature  in 2007  (see Section 8.1).

Fig. 4.2  Density of meteorite (above) and target (below) material 500 seconds after the impact of a 10 km diameter stony asteroid. 

Page 10: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

10

4.2 From the Solar Nebula to minor bodies (Tornow, Kührt, Motschmann)

To understand the chemical composition of comets and asteroids the processes in the Solar Nebula (SN) have to be studied. Concerning the evolution of the SN, we can observe  its  initial state, the prestellar core (PSC), only marginally and its final state, our Solar System, fairly well. The SN could have evolved  in a molecular cloud  (MC) with a clustered  (e.g. Orion MC) or  isolated  (e.g. Taurus MC) star formation (SF). These SF regimes differ  in UV (ultra-violet) radiation intensity and degree of  turbulence.  If  the  outer  pressure  on  the  PSC increases  the  SN  forms  beginning  with  a  quasi-isothermal  collapse.  Figure  4.3  shows  the  relation between  the  gas  density  and  the  corresponding temperature  resulting  from  simulations  with  our RaTeM,  a  radiation  temperature  model,  in  which  a thermal gas-dust coupling TG = TD   is assumed (TG and TD  denote  the  gas  and  the  dust  temperature, respectively).  The  model  considers  the  balance between dust cooling due to the black-body radiation of  the  grains  and  dust  heating  caused  by  different thermal sources. At  the beginning of  the collapse UV radiation  from  nearby  high-mass  stars  or  the interstellar  radiation  field  dominates.  Since  the  dust related  optical  depths,  τν,  increase  with  increasing radiation  energy  hν,  where  ν  is  the  frequency,  the dust  shielding  in  the  infrared  is much  lower  than  in the UV. Consequently, an increase of density results in a decrease of  temperature  in  the  inner  region of  the collapsing  core.  If  the  collapse  proceeds  and  a protostar forms in the centre of the core, gravitational accretion  becomes  the  dominating  energy  source  of dust  heating.  It  is  modeled  as  black-body  radiation with the luminosity L=GMSMt/RS, where MS is the mass of the protostellar object  in the centre of the collapsing core, Mt  is  its mass accretion rate and RS the radius of its accretion shock front. The related temperature of the dust destruction zone fulfils TDD  =  ηGMSMt/4πσRS

3 where  σ  is  the  Stefan-Boltzmann  constant  and  η  ≈  0.25  is  an  efficiency parameter.  In  the  course  of  the  collapse  MS  increases  and  accordingly  the  temperature  TDD. Simultaneously,  the gas-dust envelope becomes opaque  (~10−14 g/cm3) and prevents any efficient cooling.  

As a result, the behavior of gas density and temperature are strongly related as the steep slope in Figure 4.3  illustrates. Subsequently, a protostar forms  in the central region of the collapsing core, which remains  in hydrostatic equilibrium and consists of a growing amount of  ionized gas. Since the ionization is an endothermic process, the temperature increase slows down. If a large number of  grains  are  evaporated  the  initial  assumption  of  gas-dust  coupling  breaks  down,  i.e.,  the described model can not be extended beyond  the dust evaporation  front. Therefore,  the validity range  of  RaTeM  is  limited  to  approximately  2000  K  as  shown  in  Figure  4.3.  The  calculated   temperatures and densities are required to determine the chemical abundances in the gas and ice phase of  the SN using a chemical model described  in  the  IX. Annual Report, 2005.  In particular, this model computes  the  ice and dust fraction of the most abundant volatile molecules found  in comets  and  carbonaceous  chondrites  as well  as  their gas  fraction  in  the  inner  SN,  the  forming region of  terrestrial planets and ordinary or enstatite chondrites. Based on  these  results, we are able  to  derive  the  composition  of  the  volatile matter  delivered  to  Earth  by  these minor  bodies before and during the Late Heavy Bombardment.  

Figure 4.3  Relation between temperature and density calculated with RaTeM for an adiabatic collapse. The disk influence has not been considered so far. Almost all radiation is coming from the evolving protostar. 

Page 11: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

11

5 Space Missions

5.1 BepiColombo-MERTIS (Knollenberg)

The MERTIS (Mercury Infrared Thermal Imaging  Spectrometer)  radiometer provides  the  ability  to  measure  the low surface temperatures of Mercury’s nightside  hemisphere  (about  100  K), thereby enabling the determination of a  thermal  inertia map  for  the whole planet.  This  goal  is  achieved  by mounting  a  customized  2x15 elements  thermopile double-line array in  the  focal  plane  of  the  entrance optics. A special challenge here is that because  of  the  very  small  space available  the  slit  for  the  spectrometer has  to  be  integrated  into  the radiometer detector chip.  In 2007 the contract  for  the  development  of  this detector has been issued to IPHT Jena. The  design  of  the  detector  has  been finalized and the production of prototypes was  initiated. Furthermore, the mechanical  (dedicated housing) and electrical detector interfaces (starr-flex PCB) were designed and, partially, fabricated.  

In  addition,  low-noise  front  end  electronics  together  with  the  necessary  EGSE  was  designed, fabricated  and  the  performance  of  the  FEE was  tested.  Because  of  the  stringent  performance requirements of  the  radiometer  the  core of  the  FEE  is based on a modern  commercial part  for which no  space qualification exists  so  far. For  this  reason a  radiation  test was conducted at  the Hahn-Meitner-Institute (Berlin), which demonstrated that the device  is usable with up to 70 kRad of total radiation dose with only small performance losses.   

5.2 Rosetta-Mupus (Knollenberg)

The major part of the MUPUS activities  in 2007 was devoted to the  investigation of the different problems  (e.g.  reliability  problems  with  the  MUPUS-CDMS  communication,  reduced  sampling frequency  in Anchor mode) encountered after upload of the modified flight software version 7.0 during  the  Payload  Checkout  4  in  December  2006.  These  problems  were  at  this  time  totally unexpected because the behaviour was different from the PHILAE Ground Reference Model (GRM) where  quite  extensive  tests  had  revealed  no  problem  at  all.  As  a  consequence,  in  close collaboration with the PHILAE operations team an investigation of all MUPUS data recorded in the past (from before launch to 2006) was conducted which revealed indications that the performance of  the MUPUS DPU  Flight Model  (FM) might be degraded  compared  to  the nominally working Flight  Spare  (GRM)  unit.  To  test  this  hypothesis  a  dedicated MUPUS  “Contingency  Slot” was executed with the FM during May 2007. The main result of this test was that the FM DPU works only with ½  of  the  nominal  speed  and  that  this  hardware  flaw  is  indeed  responsible  for  the observed peculiarities. During the same operational slot an already prepared software patch aimed at  solving  the  communication  problems was  successfully  uploaded.  The  confirmation  that  this patch  functioned  as  intended was  then  achieved  during  the MUPUS  participation  in  the  active Payload Checkout 6  in September 2007. Here, more than 1000 data packets were transferred to the CDMS without a single communication problem. Furthermore, the new “Inflight calibration” procedure  was  executed  successfully  for  the  first  time  with  promising  results.  The  calibration approach  could  be  verified  and  together with  data  from  the MUPUS ground  calibration  it was 

Fig. 5.1  MERTIS Detector Unit 

Page 12: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

12

possible  for  the  first  time  to  retrieve  reasonable  temperature  data  from MUPUS  PEN  in  a  low temperature (-100°C) environment. 

In  addition,  the  first  version  of  the MUPUS  Flight Operations  Plan which  covers  all  aspects  of MUPUS operations until the end of the mission was released and presented at the PHILAE Science Team Workshop held in Budapest in December 2007. 

5.3 DAWN (Mottola, Kührt)

Dawn   is   a   NASA   Discovery   mission   whose   goal   is   to   achieve   an   understanding   of   the conditions   and   processes   at   the   Solar   System's   earliest   epoch.   Dawn   will   investigate   the internal   structure,   density   and   homogeneity   of   two   complementary   protoplanets:   1 Ceres and  4 Vesta   that   have   remained   intact   since   their   formation,   by   measuring   their   mass, shape, volume,  and  spin  rate  with  imagery  and  gravity.  It  will  record  their  elemental  and mineral  compositions   and   will   provide   context   for   the   meteorites   that   have   come   from these bodies. Dawn  will  determine  their  bombardment  and  tectonic  history,  and  use  gravity and  spin-state   data   to   limit   the   size   of   any   metallic   core   and   infrared   and   gamma   ray spectrometry to  search  for  water-bearing  minerals.    

The   mission   uses   solar-powered ion engines   to   deliver   the   spacecraft first  to  Vesta,  to  descend  to  the high-resolution   mapping   orbit,   and, after   a  stay  of  about  7  months,  to  leave  for  Ceres,   where   it   stays   for  5  months.  The   spacecraft   carries   a  redundant  framing   camera,   a   visible-NIR  mapping   spectrometer   and   a  gamma  ray/neutron   spectrometer.  DLR  contributes   to   the   mission   by providing   the   CCD   and   front-end electronics   of   the   framing   camera. Furthermore,   it   is   represented   in   the mission   Science   Team   by   two   co-investigators.   

During  the period 2006-2007  the critical activities  of  payload  testing  and integration  in  the  spacecraft  have  taken place, which culminated in the successful and spectacular launch on Sep. 27, 2007.  Following the launch a series of tests was started,  aimed  at  verifying  the functionality of all sub-systems and payloads. After successful completion of these comprehensive check-outs, during which the Dawn cameras captured some awesome images, the spacecraft team declared  the  long  awaited  “All  systems  go”  and  on Dec.  18,  2007  initiated  the  interplanetary thrusting to the Asteroid Belt.   

5.4 Don Quijote: A hazardous asteroid mitigation pre-cursor mission (Harris)

Don Quijote, a European initiative, is conceived as a test of a mitigation pre-cursor mission. In the event  of  a  hazardous  asteroid  being  identified,  and  assuming  the  availability  of  sufficient  time before  the  impact  on  the  Earth,  a mission  like  Don Quijote  could  be  launched  to  gather  the physical information on the threatening asteroid required for the design of an effective mitigation mission. The Don Quijote concept  involves  two  spacecraft, an orbiter and an  impactor. A major goal of  the mission  is  to measure  the orbital deflection and change  in  the  rotation  state of  the asteroid as a result of the impact of the second spacecraft. Three phase-A studies were carried out 

 Fig. 5.2 The Dawn Mission launching from Cape Canaveral. 

Page 13: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

13

in 2006-2007 by  independent consortia of European companies and  scientific  research  institutes.  The  final presentations of  the studies took place at ESA/ESTEC on 16th April, 2007. The studies have  been  assessed  and  handed  over  from  the  ESA  General Studies  Programme  to  colleagues  on  the  technology  side  at ESTEC. Current plans for the future involve the development of a mini-satellite  interplanetary mission  using  the  results developed in  the  Don  Quijote  studies,  to  be  managed  by  ESA’s  D/TEC department. The continuation of NEO mitigation-related work at ESA in this framework will depend on the renewal of a mandate to  do  so  by  ESA member  states.  For  further  information  see: http://www.esa.int/SPECIALS/NEO/SEM6O4OVGJE_0.html 

6 Technology projects

6.1 HP3 (Knollenberg)

The main part of the HP3 (Heat Flow and Physical Properties Probe) activities in 2007 was devoted to the performance evaluation of the integrated HP3-TEM (the thermal measurements part of HP3) under realistic ambient conditions for planetary bodies with or without atmosphere, e.g. Mars or Mercury.  A test campaign was conducted during April/May 2007 in the Thermal Vacuum chamber at  DLR,  Berlin.  Tests were  performed  both  under  high  vacuum  and  also  under Mars-like  CO2 pressures of some mbars and also for collapsing or non-collapsing boreholes. The main results of these tests can be summarized as follows: 

• The  integrated HP3-TEM  system was operated without any problems  for more  than  two weeks  in vacuum and  low pressure environments and over a temperature range of -65°C to +40°C. 

• The  TEM  electronics  showed  sufficient  performance  for  the measurement  task  both  in absolute accuracy as well as noise performance.  

• Temperature measurements with  direct  conductive  coupling  to  the medium  (collapsing borehole) work well.  

• Temperature measurements with  gas  coupling  only  borehole  appear  to  be  affected  by macroscopic flow inside the tube, which might be related to the experimental setup. 

• Thermal conductivity measurements with the THS heaters on the tether function well with conductive coupling to the wall. The required accuracy of +/- 20% can be reached.  

• Thermal properties measurements using  the Mole Payload Compartment  itself as heating element work well. The reproducibility  is excellent. The required accuracy of 20% for the thermal conductivity was reached. Inversion of the diffusivity seems also to be promising. 

The  ESA  technology  study  HP3  was  completed  with  the  final presentation  at  ESTEC  in  September.  In  summer  2007  work started on  the  transfer of  the  results of  the  study  into a  Flight Model for the Humboldt Lander on the ESA ExoMars mission. 

6.2 FIREWATCH (Kührt, Knollenberg, Behnke)

Our  knowledge  of  camera  development  and  image  processing has been applied  to a  successful  long-term  technology  transfer project  to  develop  a  prototype  of  an  Autonomous  Forest  Fire Detection System FIREWATCH (Figure 6.1). The aim of the   is to detect smoke clouds arising from forest fires up to a distance of 10  km  within  8  minutes  from  outlook  towers.  The  complex 

Fig. 5.3 The Don Quijote orbiter observes the impact of the second spacecraft (ESA). 

Fig. 6.1  Firewatch System  

Page 14: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

14

system consists of advanced hardware and sophisticated image processing software based on IDL. The operating camera was originally developed for space applications. The know-how was licensed to  IQ wireless GmbH and this small company  in Berlin established FIREWATCH on the market.  In 2007 the installation of systems in Germany was nearly completed. Meanwhile, about 150 systems are operational and keep the forests under surveillance. Trial systems have been tested  in France, Chile, Poland, Lithuania and Greece. 

7 Scientific Prospects

7.1 HGF-Alliance (Tornow, Kührt, Motschmann, Harris)

The HGF-Alliance "Planetary Evolution and Life" was proposed in order to address three ambitious research challenges: 

• to determine whether or not extraterrestrial life exists, 

• to understand the evolution of habitability of terrestrial planets, and 

• to study the role of life in stabilizing habitability.  

WP 3100: Origin and Transport of Organic Matter to Planets  

Dynamic N-body simulation code (Nice-model) to calculate particular impact rates of asteroids and comets during the Late Heavy Bombardment with respect to their birthplaces in the SN as well as accretion of terrestrial planets assuming a common feeding zone between 0.4 and 4 AU.  

WP 3300: Chemistry in the Impact Vapour Plume 

The results should address the following: • origin and distribution of volatile organic matter in the SN and its transport to the planets, • chemical modification of target and impactor materials under the extreme pressure and 

temperature conditions of high energy impacts,  • delivery of volatile matter by asteroids and comets to planetary bodies and their influence on 

the development of atmospheres, hydrospheres and biospheres, and  • circumstances for an impact related complete or partial destruction of a developed 

biospheres in the course of planetary evolution. 

WP 3200: Hydrocode Modelling of Impacts and Related Shock Experiments 

Chemical-Hydrodynamic SN Model (see Section 4.2) to calculate the putative amount of important volatile molecules contained in the ice and dust phase of comets and carbonaceous chondrites, respectively, considering their birth-places in the SN. 

Multi-material, hydrodynamic impact model (see Section 4.1) to calculate energy input into lithosphere, ocean, and atmosphere as well as melt fractions, mass and velocity of ejecta, aerosol and gas output, and shock-processing history of rock layers, for given chemical composition, energy, porosity, and mass of the impactor. 

Perform shock experiments to study the survivability of pre-cooled complex organic molecules and micro-organisms.  

Hydrodynamic model to simulate the non-spherical propagation of an impact related atmospheric shock wave. 

Chemical model to calculate impact related volatiles important for formation or destruction of live produced in the gas and dust phase. 

Page 15: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

15

Our  division  contributes  to  this  project  by  studying  the  influence  of  asteroidal  and  cometary impacts on planetary evolution. The three related work-packages are  illustrated  in the flow chart. Our  research  topic  is  related  to  two  other  topics  of  the  HGF-Alliance,  namely  Biosphere-Atmosphere-Surface Interactions  and  Evolution and Interior-Atmosphere Interaction, Magnetic Field, and Planetary Evolution.  

7.2 AsteroidFinder (Mottola, Kührt, Hahn, Michaelis, Harris)

In  the  frame  of  the  DLR “Kompaktsatellit”  program  a standard satellite bus (SSB) is being developed  based  on  the  BIRD/TET concept,  designed  to  be compatible  with  many  different mission  scenarios  and  different payloads.  Our  proposed  mission, AsteroidFinder, was selected as the first mission  to  use  the  SSB.  The goal of this project is to search for so-called  “Inner-Earth  Objects” (IEOs)  which  are  asteroids  with orbits  currently  inside  the  Earth’s orbit, i.e. with aphelia < 0.983 AU. These  objects,  which  are  difficult to  observe  from  the  ground,  are believed  to  populate  the  inner Solar  System,  with  an  estimated number  of  about  1000  at  sizes exceeding 150 m. Currently only 8 such  IEOs  are  known,  mostly  in 

borderline Aten-type orbits. 

The idea behind this mission is to scan the region near the Sun between 30 and 60 degrees solar-elongation, from a low-Earth orbit. The satellite will carry a 25 cm telescope and a state-of-the-art detection system, using innovative technology based on OT and/or L3 CCDs. 

With a field-of-view of 4 square degrees, and a limiting visual magnitude of about 19, it is hoped to  discover  some  tens  of  IEOs  during  the  first  year  of  operation.  The AsteroidFinder  project  is presently  undergoing  Phase A, with  a  launch  envisaged  for  2012. Close  co-operation  and  co-ordination  with  the  next  generation  of  ground-based  NEO-surveys,  such  as  Pan-STARRS,  is planned. 

Page 16: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

16

8 Appendix

8.1 Scientific publications in refereed journals and books (submitted or published 2006-2007)

Auster, H. U., Apathy, I., Berghofer, G., Remizov, A., Roll, R., Fornacon, K. H., Glassmeier, K. H., Haerendel, G., Hejja, I., Kührt, E., Magnes, W., Moehlmann, D., Motschmann, U., Richter, I., Rosenbauer, H., Russell, C. T., Rustenbach, J., Sauer, K., Schwingenschuh, K., Szemerey, I., Waesch, R. 2007. ROMAP: Rosetta Magnetometer and Plasma Monitor. Space Science Reviews 128 (1/4), 221-240. 

Barbieri, C., Blanco, C., Bucciarelli, B., Di Paola, A., Lanteri, L., Li Causi, G., Marilli, E., Massimino, P., Mottola, S., Nesci, R., Omizzolo, A., Laudi, L.M., Rampazzi, F., Rossi, C., Stagni, R., Tsvetkov, M.K., Viotti, R. 2006. The Italian and Vatican Experience to Digitize the Astronomical Photographic Archives. In: Tsvetkov, M., Golev, V., Murtag, F., Molina, R. [Hrsg.]: Virtual Observatory: Plate Content Digitization, Archive Mining and Image Sequence Processing, Heron Press Ltd., 61-72. 

Bibring, J.-P., Lamy, P., Langevin, Y., Soufflot, A., Berthé, M., Borg, J., Poulet, F., Mottola, S. 2007. CIVA. Space Science Reviews 128, 241-255. 

Coradini, A., Capaccioni, F., Drossart, P., Arnold, G., Ammannito, E., Angrilli, F., Barucci, A., Belllucci, J., Benkhoff, J., Bianchini, G., Bibring, J.P., Blecka, M., Bockelee-Morvan, D., Capria, M.T., Carlson, R., Carsenty, U., Cerroni, P., Colangeli, L., Combes, M., Combi, M., Crovisier, J., Desanctis, M.C., Encrenaz, E.T., Erard, S., Federico, C., Filacchione, G., Fink, U., Fonti, S., Formisano, V., Ip, W.H., Jaumann, R., Kuehrt, E., Langevin, Y., Magni, G., Mccord, T., Mennella, V., Mottola, S., Neukum, G., Palumbo, P., Piccioni, G., Rauer, H., Saggin, B., Schmitt, B., Tiphene, D., Tozzi, G. 2007. Virtis: An Imaging Spectrometer for the Rosetta Mission. Space Science Reviews, 128, 529-559. 

Davies, J. K., Harris, A. W., Rivkin, A. S., Wolters, S. D., Green, S. F., McBride, N., Mann, R. K., Kerr, T. H. 2007. Near-infrared spectra of 12 near-Earth objects. Icarus, 186, 111-125. 

Delbo’, M., dell’Oro, A., Harris, A. W., Mottola, S., and Mueller, M. 2007. Thermal inertia of near-Earth asteroids and implications for the magnitude of the Yarkovsky effect. Icarus, 190, 236-249. 

Descamps, P., Marchis, F., Pollock, J., Berthier, J.,Vachier, F., Birlan, M., Kaasalainen, M., Harris, A. W., Wong, M. H., Romanishin, W. J., Cooper, E. M., Kettner, K. A., Wiggins, P., Kryszczynska, A., Polinska, M., Coliac, J.-F., Devyatkin, A., Verestchagina I., Gorshanov, D. 2007. New determination of the size and bulk density of the binary asteroid 22 Kalliope from observations of mutual eclipses. Icarus, in press. 

Groussin, O., Hahn, G., Lamy, P. L., Gonczi, R., Valsecchi, G. B. 2007. The long term evolution and initial size of comets 46P/Wirtanen and 67P/Churyumov Gerasimenko. M.N.R.A.S., 376, 1399-1406. 

Glassmeier, K-H., Boehnardt, H., Koschny, D., Kührt, E., Richter, I. 2006. The ROSETTA Mission: Flying Towards the Origin of the Solar System. Space Science Reviews, 128 (1/4), 1-22. 

Hahn, G., Lagerkvist, C. I., Karlsson, O., Oja, T., Stoss, R. M. 2006. P/2004 A1 (Loneos) a comet under transition from Saturn to Jupiter. Astron. Nachrichten, 327, 17-20. 

Hahn, G., Mottola, S., Sen, A. K., Harris, A. W., Kührt, E., Müller, M. 2006. Photometry of Karin Family Asteroids. Bulletin of the Astronomical Society of India, 34 (4), 393-399. 

Harris, A. W. 2007. The Asteroids. Landolt-Börnstein – Numerical Data and Functional Relationships. New Series., Springer-Verlag, submitted (invited contribution). 

Harris, A. W. 2006, The surface properties of small asteroids from thermal-infrared observations, in Proc. of the Symposium “Asteroids, Comets, Meteors 2005” (invited review), Rio de Janeiro, IAU Symposium 229, D. Lazzaro et al. (eds.), pp. 449-463, Cambridge University Press. 

Harris, A. W., Mueller, M.,  Delbo’,  M.,  Bus,  S.  J.  2007.  Physical  characterization  of  the  potentially hazardous high-albedo Asteroid (33342) 1998 WT24 from thermal-infrared observations.  Icarus, 188, 414- 424. 

Kahle, R., Hahn, G., Kührt, E. 2006. Optimal deflection of NEOs en route of collision with the Earth. Icarus, 182, 482-488. 

Page 17: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

17

Keller, H.U., Barberieri, C., Lamy, P-, Rickman, H., Rodrigo, R., Wenzel, K.-P., Sierks, H., A´Hearn, M. F., Angrilli, F., Angulo, M., Bailey, M. E., Barthol, P., Barucci, M. A., Bertaux, J.-L., Bianchini, G., Boit, J.-L., Brown, V., Burns, J. A., Büttner, I., Castro, J. M., Cremonese, G., Curdt, W., da Deppo, V., Debei, S., de Cecco, M., Dohlen, K., Fornasier, S., Fulle, M., Germerott, D., Gliem, F., Guizzo, G. P., Hviid, S. F., Ip, W.-H-, Jorda, L., Koschny, D., Kramm, J. R., Kührt, E., Küppers, M., Lara, L.-M., Llebaria, A., Lopez, A., Lopez-Jimenes, A., Lopez-Moreno, J., Meller, R., Michalik, H., Michelena, M. D., Müller, R., Naletto, G., Origne, A., Parzianello, G., Pertile, M., Quintana, C., Ragazzoni, R., Ramous, P., Reiche, K.-U., Reina, M., Rodriguez, J., Rousset, G., Sabau, L., Sanz, A., Sivan, J.-P., Stöckner, K., Tabero, J., Telljohann, U., Thomas, N., Timon, V., Tomasch, G., Wittrock, T., Zaccariotto, U. (2007): OSIRIS - The Scientific Camera System Onboard Rosetta. Space Science Reviews, 128 (1/4), 433-506. 

Keller, H.U., Küppers, M., Fornasier, S., Gutierrez, P. J., Hviid, S. F., Jorda, L., Knollenberg, J., Lowry, S. C., Rengel, M., Bertini, I., Cremonese, G., Ip, W.-H., Koschny, D., Kramm, R., Kührt, E., Lara, L.-M., Sierks, H., Thomas, N., Barbieri, C., Lamy, Ph., Rickman, H., Rodrigo, R., A´Hearn, M. F., Angrilli, F., Barucci, M.-A., Bertaux, J.-L., da Deppo, V., Davidsson, B. J. R., de Cecco, M., Debei, St., Fulle, M., Gliem, F., Groussin, O., Lopez Moreno, J. J., Marzari, F., Naletto, G., Sabau, L., Andrés, S. A., Wenzel, K.-P. 2007. Observations of Comet 9P/Tempel 1 around the Deep Impact event by the OSIRIS cameras onboard Rosetta. Icarus, 187, 87-103. 

Küppers, M., Mottola, S., Lowry, S., A'Hearn, M., Barbieri, C., Barucci, M. A., Fornasier, S., Groussin, O., Gutiérrez, P., Hviid, S. F., Keller, H.-U., Lamy, P. (2007): Determination Of The Light Curve Of the Rosetta Target Asteroid (2867) Steins by the OSIRIS Cameras onboard Rosetta. Astronomy and Astrophysics 462 (1), L13 - L16. 

Marchis, F., Descamps, P., Berthier, J., Hestroffer, D.,Vachier, F., Baek, M., Harris, A. W., Nesvorny, D. 2007. Main belt binary asteroidal systems with eccentric mutual orbits. Icarus, in press. 

Motschmann, U., Kührt, E. 2006. Interaction of the solar wind with weak obstacles: Hybrid simulations for weakly active comets and for Mars. Space Science Reviews, 122, Springer, S. 197-207. 

Mottola, S., Arnold, G., Grothues, H.-G., Jaumann, R., Michaelis, H., Neukum, G., Bibring, J.-P. 2007. The ROLIS experiment on the Rosetta Lander. Space Science Reviews 128 (1-4), 241-255. 

Mueller, M., Harris, A. W., Bus, S. J., Hora, J. L., Kassis, M., Adams, J. D. 2006. The size, and albedo of Rosetta fly-by target 21 Lutetia from new IRTF measurements and thermal modeling. Astron. & Astrophys., 447, 1153-1158. 

Mueller, M., Harris, A. W., Fitzsimmons, A. 2007. Size, albedo, and taxonomic type of potential spacecraft target asteroid (10302) 1989ML, Icarus, 187, 611-615.

Mueller, M. 2007.  PhD  Thesis:  Surface  properties  of  asteroids  from  mid-infrared  observations  and thermophysical modeling. Freie Universität, Berlin, July 2007.  

http://www.diss.fu-berlin.de/2007/471/indexe.html 

de Niem, D., Kührt, E., Motschmann, U. 2007. A volume-of-fluid method for simulation of compressible axisymmetric multi-material flow. Computer Physics Communications 176, 170-190. 

de Niem, D., Kührt, E., Motschmann, U. 2007. Ejecta range: A simulation study of terrestrial impacts. Planetary and Space Science 55, 900-914. 

de Niem, D., Kührt, E., Motschmann, U. 2007. Initial Condensate Composition during Asteroid Impacts. Icarus, accepted. 

Pravec, P. and 56 coauthors, including Mottola, S.and Hahn, G. 2006. Photometric survey of binary near Earth asteroids. Icarus, 181, 63-93. 

Russell, C.T., Capaccioni, F., Coradini, A., Christensen, U., De Sanctis, M.C., Feldman, W.C., Jaumann, R., Keller, H.U., Konopliv, A., McCord, T.B., McFadden, L.A., McSween, H.Y., Mottola, S., Neukum, G., Pieters, C.M., Prettyman, T.H., Raymond, C.A., Smith, D.E., Sykes, M.V., Williams, B., Zuber, M.T. 2006. Dawn Discovery mission to Vesta and Ceres: Present status. Advances in Space Research 38, 2043 – 2048. 

Russell, C.T., Capaccioni, F., Coradini, A., De Sanctis, M.C., Feldman, W.C., Jaumann, R., Keller, H.U., McCord, T.B., McFadden, L.A., Mottola, S., Pieters, C.M., Prettyman, T.H., Raymond, C.A., Smith, D.E., Sykes, M.V., Zuber, M.T. 2007. Dawn Mission to Vesta and Ceres: Symbiosis between Terrestrial Observations and Robotic Exploration. Earth, Moon and Planets 101, 65-91. 

Russell, C.T., Barucci, M.A., Binzel, R.P., Capria, M.T., Christensen, U., Coradini, A., De Sanctis, M.C., Feldman, W.C., Jaumann, R., Keller, H.U., Konopliv, A.S., McCord, T.B., McFadden, L.A., McKeegan, K.D., 

Page 18: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

18

McSween, H.Y., Mottola, S., Nathues, A., Neukum, G., Pieters, C.M., Prettyman, T.H., Raymond, C.A., Sierks, H., Smith, D.E., Spohn, T., Sykes, M.V., Vilas, F., Zuber, M.T. 2007. Exploring the asteroid belt with ion propulsion: Dawn mission history, status and plans. Advances in Space Research 40, 193-201.  

Spohn,  T.,  Seiferlin,  K.,  Hagermann,  A.,  Knollenberg, J.,  Ball,  A.J.,  Banaszkiewicz,  M.,  Benkhoff,  J., Gadomski, S., Grygorczuk, W., Grygorczuk,  J., Hlond, M., Kargl, G., Kührt, E., Kömle, N., Krasowski,  J., Marczewski, W., Zarnecki, J.C. 2007. MUPUS – a Thermal and Mechanical Properties Probe for the Rosetta Lander Philae. Space Science Reviews 128, 339-362. 

8.2 Scientific publications in other journals and proceedings (published 2006-2007)

Biele, J., Knollenberg, J., Kührt, E., Möhlmann, D., Richter, L., Ulamec, S. 2006. The "Strength" of Cometary Surface Material: Relevance of Deep Impact Results for Future Comet Missions. Proc. 36th COSPAR Scientific Assembly, Beijing (China). 

Delbo’, M., dell’Oro, A., Harris, A. W., Mottola, S., Mueller, M. 2006. Thermal inertia of near-Earth asteroids and magnitude of the Yarkovsky Effect, in: European Planetary Science Congress, Berlin, Germany, 2006., p.177. 

Delbo’, M., dell’Oro, A., Harris, A. W., Mottola, S., Mueller, M. 2006. Thermal inertia of near-Earth asteroids and strength of the Yarkovsky Effect, in: Bulletin of the American Astronomical Society, DPS meeting 38, 581, Pasadena, USA, 2006. 

Harris, A. W., Mueller, M., Lisse, C., Cheng, A., Osip, D. 2007. Spitzer Survey of the Karin Cluster Asteroids, DPS meeting 39, 16.03, Orlando, USA. 

Kührt, E. 2007. NEO Research Activities at the DLR-Institute of Planetary Research. UNO, COPUOS, Wien. http://www.unoosa.org/oosa/en/COPUOS/stsc/2007/presentations.html 

Kueppers, M., Keller, H.-U., Hviid, S. F., Mottola, S., Fornasier, S., Barbieri, C., Barucci, M. A., Gutierrez, P., Lamy, P. 2006. Determination Of The Light Curve Of Rosetta Target Asteroid 2867 Steins With The Osiris Narrow Angle Camera Onboard Rosetta. In: Bulletin of the American Astronomical Society, American Astronomical Society, 38th DPS-Meeting of the American Astronomical Society, Pasadena, California, 59.20. 

Motschmann, U., Kührt, E. 2006. Interaction of the Solar Wind With Weak Obstacles: Hybrid Simulations for Weakly Active Comets and For Mars. DPS meeting 39, 16.03, Orlando, USA. 

Mottola, S., Börner, A., Hahn, G., Harris, A.W., Kührt, E., Leipold, M., Erdmann, M. 2007. A space-based system for NEO detection. In: Sandau, Rainer, Röser, Hans-Peter, Valenzuela, Arnoldo [eds.]: Small Satellites for Earth Observations, Wissenschaft & Technik Verlag, S. 267-270, 6th International Symposium of the International Academy of Astronautics (IAA), Berlin. 

Mueller, M., Harris, A. W. 2006. Physical properties of asteroid (10302) 1989 ML, a potential spacecraft target, from Spitzer observations, in: Bulletin of the American Astronomical Society, DPS meeting 38, 621, Pasadena, USA. 

Mueller, M., and Harris, A. W. 2006, Spitzer observations of the ultrafast-rotator (54509) 2000 PH5, International Astronomical Union, Symposium #236, 78.  

Mueller, M., Marchis, F. Emery, J. P. Berthier, J. Hestroffer, D., Harris, A. W., Descamps, P. Vachier, F. Mottola, S. 2007. Spitzer Observations of Mutual Events in the Binary System (617) Patroclus-Menoetius. Bulletin of the American Astronomical Society, DPS meeting 39, 16.02, Orlando, USA. 

Muinonen, K. and 17 coauthors, including Hahn, G. 2007. Spins, shapes, and orbits for near Earth objects by Nordic NEON. IAU Symp., 236, 309 – 320. 

8.3 Minor Planet Circulars/Electronic Circulars

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 60458. 

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 60453. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 60451.                                                           

Page 19: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

19

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 60275.                                                   

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 60270.                                             

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 60269.   

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 60092.                                          

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 60087. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 60086.                                                 

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 59868.                                 

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 59862. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 59861.                                          

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 59589. 

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 59583. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 59582. 

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 59313. 

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 59307. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 59305. 

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 59036.                                         

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 59031.                                           

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 59030.                                                   

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 58772.                                                    

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 58766. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 58765.                                                           

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2007. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 58531.                                                      

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2007. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 58525.                                                            

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2007. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 58524.                                                             

Page 20: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

20

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2006. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 58109.                                                           

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2006. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 58100.                                                           

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2006. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 58097.                                                           

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2006. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 57583.                                                           

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2006. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 57576. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Mottola, S. 2006. Minor Planet Observations [A49 Uppsala Angstrom], M.P.C., 57124. 

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2006. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 57122. 

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2006. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 57113. 

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Naranen, J., Mottola, S., Warell, J. 2006. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 57111. 

Maury, A., Hahn, G., Albanese, D., Hoffmann, M. 2006. Minor Planet Observations [910 Caussols ODAS], M.P.C., 56161.                        

Barbieri, C., Hahn, G., Pignata, G., Magrin, S., Bertini, I., Hoffmann, M., Mottola, S. 2006. Minor Planet Observations [209 Asiago Observatory, Cima Ekar ADAS], M.P.C., 56151.                           

Lagerkvist, C. I., Hahn, G., Karlsson, O., Oja, T., Mottola, S., Warell, J. 2006. Minor Planet Observations [049 Uppsala Kvistaberg], M.P.C., 56149.                                             

8.4 Publications in the popular literature and public outreach

A. W. Harris Invited lectures: 

• Inst. Raumfahrtsysteme, Univ. Stuttgart, 4.5.06, 16.11.06, 28.06.07, 13.12.07. • Univ. Berne, Switzerland, 10.5.06. • Technical University of Dresden, 22.6.06, 7.12.06, 7.6.07.  

Public lecture: • Asteroiden und Kometen: Bausteine der Planeten aber auch eine Gefahr für die Menscheit? 

Lange Nacht der Wissenschaften, Berlin-Adlershof, 13.5.06. Lecture to school class: 

• Anna-Seghers-Oberschule, Berlin-Adlershof, 12.3.07. TV appearances: 

• Deutsche Welle TV, Projekt Zukunft, 20.2.06.   http://www.dw-world.de/dw/article/0,2144,1948530,00.html • RBB, Ozon, 28.3.07. 

http://www.rbb-online.de/_/fernsehen/magazine/beitrag_jsp/key=rbb_beitrag_5660148.html • ZDF, Discovery Channel, France 2 Armageddon – der Einschlag (Super Comet – After the Impact), ZDF Teil 1: 25.9.07; ZDF Teil 2: 2.10.07. 

http://www.zdf.de/ZDFde/inhalt/7/0,1872,7002599,00.html?dr=1 • ZDF, Abenteuer Wissen, Meteoriten – Gefahr aus dem All, 26.9.07.             http://abenteuerwissen.zdf.de/ZDFde/inhalt/25/0,1872,7008345,00.html 

Consultant for articles on asteroids and planetary phenomena: • 5 Essential Things to do in Space, Scientific American, Oct. 2007. 

http://www.sciam.com/article.cfm?id=5-essential-things-to-do&page=1 • The book: Armageddon – Der Einschlag, Blasius, R., Podbregar, N., Springer       Verlag, 2007. 

http://www.springer.com/life+sci/book/978-3-540-37656-9 

Page 21: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

21

• Der Ursprung des Chicxulub-Asteroiden, NZZ, 12.9.07. http://www.nzz.ch/nachrichten/international/der_ursprung_des_chicxulub asteroiden_1.553932.html 

• Xena will in den Planetenclub, Westdeutsche Allgemeine Zeitung, 11.02.06. • Jenseits von Pluto, Tagesspiegel, 2.02.06 

8.5 Observing Campaigns 2006, 2007

Date                            Telescope         Targets ____________________________________________________________________________________________ 2006-2007 Various        Spitzer Space Telescope   17 Karin cluster main-belt asteroids (total of 23.5 hr observing time allocated).  2006 June 2, 3                Spitzer Space Telescope    Potential spacecraft target 1989 ML (1.2 hr director’s discretionary time allocated).  2006 June 24-27            Spitzer Space Telescope   Binary asteroid (617) Patroclus (3.0 hr observing time allocated). ________________________________________________________________________________________ Harris and Mueller are responsible for the Spitzer observing programmes. 

8.6 Space mission responsibilities

A. W. Harris

• Chairman, ESA Near-Earth Object Mission Advisory Panel. 

J. Knollenberg

• Co-Investigator ROSETTA-experiments:  MUPUS, OSIRIS 

• Project Manager ROSETTA-MUPUS 

• Co-Investigator BepiColombo-Mertis 

E. Kührt

• Co-Investigator ROSETTA-experiments:  MUPUS, OSIRIS, RPC, VIRTIS and ROMA  

• Team member framing camera DAWN 

• Co-Investigator BepiColombo-Mertis 

S. Mottola

• PI of the ROSETTA LANDER experiment ROLIS 

• Co-I of the ROSETTA experiment VIRTIS 

• Team Member of the ROSETTA experiment OSIRIS 

• Co-I of the DAWN mission 

• Team Member of the DAWN FC experiment  

• Team Member ExoMars PanCam experiment 

Page 22: Department: “ASTEROIDS and COMETS” X. Report …...in the Asteroids III book, and is further updated on a regular basis; it can be accessed via a clickable list with entries for

22

8.7 Space Mission proposals

• CNES/ASI/DLR proposal “LEONARDO”, a rendezvous/lander mission to a near-Earth asteroid (Harris, Mottola) 

• "Marco Polo", asteroid sample return proposal to ESA "Cosmic Vision" programme, selected for Phase A (Harris, Mottola) 

• DLR proposal "ASTEX", an in-situ sample analysis mission to two near-Earth asteroids (Hahn, Harris) 

• DLR mission proposal "Asteroid Finder", a space telescope to search for inner-Earth asteroids (Hahn, Harris, Kührt, Mottola) 

• F3 , comet sample return proposal to ESA "Cosmic Vision" programme (Gortsas, Hahn, Knollenberg, Kührt, Mottola) 

8.8 Other events and activities

A. W. Harris

• Invited speaker: Workshop NEO Hazard: Knowledge and Action, Belgirate, Italy, 27.04.06. 

• Invited speaker: Asia Oceania Geosciences Society's 3rd Annual Meeting, Singapore, 11.07.06. 

• Invited speaker: 36th COSPAR Scientific Assembly, Beijing, China, 20.07.06. 

• Member, Scientific Advisory Board, Symposium on Near-Earth Objects, IAU XXVI General Assembly, Prague, 2006. 

• Referee for "Encyclopedia of the Solar System" (Elsevier), Icarus (x4), "Kuiper Belt" (Book, Univ. Arizona Press), Proceedings IAU Symposium on NEOs. 

• Member (until 2007), Organizing Committee of Commission 15, "Physical Studies of Asteroids and Comets", of the International Astronomical Union. 

 E. Kührt

• Invited Speaker: Philae workshop, Budapest, 2007. 

8.9 Funding sources

• DLR 

o project Rosetta 

o project Dawn 

o project Asteroids and Comets

• Third party funding 

o ESA: project HP3

o Industrial funding: for AWFS technology project

o MPG/DLR agency: "ASTEX", an in-situ sample analysis mission to two near-Earth asteroids