Asteroideneinschlag formte das Aussehen des Marsmonds Deimos

Deimos, der kleinere und äussere der beiden Marsmonde, ist annähernd oval geformt und weist am Südpol eine tiefe Senke auf. Anders als sein stark verkrateter Schwestermond Phobos ist Deimos von einer lockeren Schicht aus Staub und Geröll – eine sogenannte Regolithschicht – bedeckt, die ihm ein glatteres, staubigeres Aussehen verleiht. Zwar haben zahlreiche Raumsonden in den vergangenen Jahrzehnten immer detailliertere Aufnahmen seiner Oberfläche geliefert, doch der Ursprung der Trümmerdecke und der Senke am Südpol ist weiterhin ungeklärt.

Hier setzt nun eine neue Studie eines internationalen Forschungsteams an, geleitet von Dr. Sabina Raducan, in Zusammenarbeit unter anderem mit dem Observatoire de la Côte d’Azur, der University of Arizona und der University of Tokyo. Raducan war bis Oktober 2025 Forschungsgruppenleiterin in der Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie (WP) am Physikalischen Institut der Universität Bern und ist jetzt Science Programme Manager am International Space Science Institute und Senior Fellow an der Vrije Universiteit Brussel. Mithilfe hochauflösender Computersimulationen des Softwaresystems «Bern Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)» konnten die Forschenden zeigen, dass die markante Vertiefung nahe dem Südpol von Deimos höchstwahrscheinlich durch einen einzigen, nicht zerstörerischen Einschlag eines Asteroiden entstanden ist. Dieser soll auch die auf Deimos vorhandene Regolithschicht verursacht haben. Die Studie ist die erste wissenschaftliche Publikation, die Daten vom Vorbeiflug der ESA-Raumsonde Hera an Deimos auswertet. Hera befindet sich derzeit auf ihrer Reise zum fernen Asteroidenmond Dimorphos. Die Studie wurde in Nature Astronomy publiziert.

Berner Softwaresystem simuliert Aufprall

Um zu testen, wie die Senke und die Oberflächenstruktur von Deimos entstanden sind, setzten die Forschenden das an der Universität Bern über zwei Jahrzehnte hinweg entwickelte Softwaresystem Bern SPH ein. Es dient dazu, Kollisionen von Asteroiden, Kometen oder Planeten zu simulieren. Mit dem Berner Softwaresystem werden kollidierende Körper in Millionen von Partikeln unterteilt, deren Verhalten beim Aufprall durch das Zusammenspiel verschiedener rekonfigurierbarer Variablen wie Gravitationskraft, Dichte oder Materialstärke gesteuert wird. Die Universität Bern ist weltweit führend in der numerischen Modellierung von Einschlägen, und das Verfahren wurde auch zur Simulation des Zusammenstosses der NASA Raumsonde DART mit dem Asteroiden Dimorphos verwendet.

«Der Code läuft auf einem High Performance Computing Cluster hier an der Universität Bern und ist einer der wenigen Codes, die zu dieser Art von Simulationen fähig sind», erklärt Studienleiterin Sabina Raducan, die auch Co-Vorsitzende der Hera Impact Physics Working Group der Hera-Mission der ESA ist. In zahlreichen Simulationen variierten sie Grösse, Geschwindigkeit und Einschlagswinkel des möglichen Einschlagkörpers sowie die innere Struktur von Deimos. «Wir führten etwa hundert Simulationen durch – jede dauerte jeweils etwa eine Woche.» Anschliessend verglichen die Forschenden diese Simulationen mit den Beobachtungsdaten der ESA-Raumsonde Hera. Hera wird die Folgen des Einschlags der NASA-Sonde DART in Dimorphos detailliert untersuchen – und somit die Ablenkung von Asteroiden als mögliche Methode prüfen, um die Erde gegen Asteroideneinschläge zu verteidigen. Im März 2025 nutzte die Hera-Mission einen Vorbeiflug am Mars für ein sogenanntes Gravity Assist Manöver, eine Schwung­hol­aktion, um Kurs auf ihr eigentliches Ziel, Dimorphos, zu nehmen. Dabei bot sich eine einmalige Gelegenheit: Hera nahm Deimos aus nächster Nähe ins Visier.

Ein einzelner Einschlag verursachte Deimos Vertiefung und Oberflächenstruktur

Die Ergebnisse der Studie sprechen klar für ein Szenario: Ein schräg in einem 45-Grad-Winkel auftreffender Asteroid mit rund 320 Metern Durchmesser hat die beobachtete Südpol-Senke in ihrer Ausdehnung und Form verursacht. Gleichzeitig erklärt dieses Szenario die auf dem ganzen Mond beobachtete, feine Regolithschicht. Bei der Kollision wurden grosse Mengen an Material über die Oberfläche geschleudert und haben viele der bestehenden Oberflächenmerkmale bedeckt, an einigen Stellen bis zu einer Tiefe von mehr als zweihundert Metern. «Unsere Simulation zeigt also, dass ein einzelner Einschlag genügte, um die heutige Landschaft von Deimos entscheidend zu prägen», erläutert Mitautor Martin Jutzi von der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie (WP) an der Universität Bern, der auch den Co-Vorsitz der Hera Impact Physics Working Group innehat. «Der Aufprall war heftig genug, um Material global umzuverteilen, aber nicht so stark, dass der Mond zerbrochen wäre.» Der Vergleich zwischen Modell und Beobachtung zeigt ausserdem, dass die obersten Schichten von Deimos ausserordentlich schwach sind und der innere Aufbau stark porös ist. Dies hat dazu geführt, dass die Einschlagskräfte gedämpft wurden. «Deimos ähnelt in seinen physikalischen Eigenschaften eher den sogenannten Trümmerhaufen-Asteroiden, als unserem Erd-Mond», sagt Raducan. «Das heisst aber nicht unbedingt, dass Deimos wirklich ein Asteroid ist. Er könnte auch aus Material entstanden sein, das bei Einschlägen auf dem Mars hochgeschleudert wurde.»

Wichtige Vorhersagen für die japanische Weltraummission

Zwar sind alternative Erklärungen für die glatte Oberfläche und die südliche Senke von Deimos weiterhin denkbar, doch bietet diese Studie eine einheitliche Erklärung für beide Merkmale und liefert praktische Vorhersagen, die durch künftige Weltraummissionen überprüft werden können. Die japanische Weltraumorganisation JAXA bereitet derzeit beispielsweise die Mission Martian Moons eXploration (MMX) vor, die noch 2026 starten soll. Ziel der Mission ist es, die beiden Marsmonde detailliert zu beobachten und Proben von Phobos zur Erde zu bringen. «Unsere Studie liefert wichtige konkrete Vorhersagen für diese japanische MMX-Mission, etwa zur Dicke und Verteilung der Regolithschicht und zu den mechanischen Eigenschaften des Materials von Deimos», erklärt Raducan. «Damit erhält MMX ein klareres Bild davon, was seine Instrumente und letztlich die Probenentnahme erwarten dürfte.»