De jacht in de ruimte is geopend

Op 19 oktober 2017 houdt de Canadese astronoom Robert Weryk de wacht bij de telescoop Pan-STARRS op Hawaï. Terwijl hij de beelden van de telescoop op zijn computer bekijkt, ontdekt hij een lichtpuntje.

Eerst denkt hij dat het gewoon een planetoïde is. Maar de manier waarop het object beweegt, heeft iets mysterieus. Het trekt uitzonderlijk snel langs de hemel en volgt niet dezelfde elliptische baan als andere objecten in het zonnestelsel.

Weryk heeft op het juiste moment naar het juiste stukje hemel gekeken en heeft als eerste een object gezien dat niet om de zon of een andere ster draait.

De snelheid en de baan van de buitenaardse gast laten zien dat hij duizenden miljarden kilometers heeft afgelegd door de leegte tussen de sterren sinds hij zonder pardon uit een vreemd
planetenstelsel werd geslingerd.

Het object dat Weryk heeft ontdekt, krijgt de Hawaïaanse naam ‘Oumuamua met de formele aanduiding 1I/2017 U1.

‘1I’ geeft aan dat dit het eerste interstellaire object is dat is waargenomen, maar astronomen denken dat talloze objecten hun oorspronkelijke baan rond een andere ster hebben verlaten en in de interstellaire ruimte zijn beland.

Vanwege de extreme afstanden tussen de sterren gebeurt het echter zelden dat een daarvan in onze galactische buurt komt.

Als astronomen de kans zouden krijgen om dicht bij zo’n hemellichaam te komen, zou dit een uniek inzicht geven in de manier waarop planeten zich vormen rond andere sterren, en misschien een beter begrip van de geschiedenis van ons eigen zonnestelsel.

Maar het probleem is dat de objecten slechts op doorreis zijn en zo snel langs ons scheren dat er geen tijd is om een sonde te bouwen en te lanceren om ze nader te bestuderen.

Toch is dat precies waar wetenschappers nu op broeden. Een Japans-Europese missie wil een sonde lanceren die in de ruimte op de loer moet gaan liggen en de achtervolging zal inzetten wanneer er weer eens een interstellair object verschijnt.

En een groot Brits wetenschappelijk team wil ‘Oumuamua inhalen, hoewel deze buitenaardse bezoeker nu Saturnus nadert op zijn reis het zonnestelsel uit, dus daar is een extreem snelle sonde voor nodig.

Amateur ontdekt een interstellair object

De jacht op kleine objecten die diep het zonnestelsel binnendringen, vereist zeer speciale telescopen met een grote hoek en gigantische gevoelige digitale camera’s die zelfs de kleinste lichtvlek aan de hemel waarnemen.

De survey-telescopen – zoals de Pan-STARRS-telescoop, die voor het eerst de zwakke weerschijn van ‘Oumuamua vastlegde – maken aan één stuk door nieuwe foto’s van de hemel en vergelijken deze automatisch met oudere beelden.

Daardoor zullen de astronomen het snel merken als er plotseling een nieuw hemellichaam opduikt.

De voornaamste taak van de Pan-STARRS is te zoeken naar objecten die zo dicht bij de aarde komen dat ze een bedreiging voor ons kunnen vormen, maar hij registreert ook duizenden onbekende planetoïden en kometen.

Als er een interstellair object aan de hemel boven Hawaï verschijnt, zal het de telescoop niet ontgaan, net zoals bij ‘Oumuamua in 2017.

Maar met een portie mazzel kan dat ook met minder geavanceerde apparatuur. Op 30 augustus 2019 werd een ander interstellair object ontdekt door amateurastronoom Gennadi Borisov.

Met zijn zelfgebouwde telescoop op het schiereiland Krim kreeg hij als eerste het nieuwe hemellichaam in het vizier, dat nu 2I/Borisov heet.

Net als ‘Oumuamua volgt Borisov een hyperbolische baan, wat betekent dat hij een lus om de zon maakt en dan het zonnestelsel weer verlaat.

Ster rijt planeet uiteen

Terwijl Borisov sterk op een komeet lijkt die gewoon van ver is gekomen, is ‘Oumuamua een veel ongebruikelijker object.

Zijn vorm kennen we niet van ons zonnestelsel. Het object lijkt zeker zes keer zo lang als breed te zijn, terwijl gewone planetoïden meer de vorm van een bol of een aardappel hebben.

Een tijdje hebben wetenschappers zich afgevraagd of ‘Oumuamua een ruimtesonde of een deel van een ruimteschip van een buitenaardse beschaving zou kunnen zijn.

In juli 2019 concludeerde een internationaal team van 14 astronomen echter dat het circa 400 meter lange object waarschijnlijk op natuurlijke wijze is ontstaan, want geen van de metingen die ze hebben kunnen verrichten duidt op iets anders.

De vreemde vorm is weliswaar niet zo een-twee-drie te verklaren, maar misschien is ‘Oumuamua wel een brokstuk van een hemellichaam dat op zijn weg door de kosmos uiteengereten werd toen het net te dicht bij een ster kwam. Maar uitsluitsel zullen we pas krijgen als we dichter bij het object weten te komen.

Tot dusver hebben astronomen alleen deze twee bezoekers uit andere werelden waargenomen, maar waarschijnlijk komen er heel wat langs – we moeten gewoon goed kijken.

Met grotere en nog betere telescopen gaan we er mogelijk veel meer ontdekken, en astronomen hebben hoge verwachtingen van de nieuwe groothoektelescoop Vera C. Rubin Observatory (voorheen de LSST), die sinds 2015 in Chili wordt gebouwd.

Hij zal worden uitgerust met ’s werelds grootste digitale camera, en als hij over een paar jaar de hemel gaat fotograferen, wordt het voor interstellaire objecten veel moeilijker om zich in het donker te verstoppen.

Voor de astronomen is het echter niet toereikend om de zeldzame hemellichamen met een telescoop te bekijken, want dan zijn ze slechts te zien als kleine lichtvlekjes, die niet veel informatie geven.

Daarom willen ze er wat dichter naartoe, wat waarschijnlijk een reële optie wordt wanneer de Europese ruimtevaartorganisatie ESA volgens plan in 2028 de sonde Comet Interceptor lanceert.

ESA wil de sonde 1,5 miljoen kilometer van de aarde parkeren, waar hij drie jaar rond één punt zal draaien.

Zodra het Vera C. Rubin Observatory of een andere telescoop een vreemd voorwerp in het zonnestelsel ontdekt, hoeven astronomen niet eerst een sonde te bouwen en te lanceren om de gast te bestuderen, want de Comet Interceptor kan meteen de achtervolging inzetten.

‘Kometen die niet verkend zijn of voor het eerst langskomen, zijn onbekend terrein en vormen een boeiend doelwit om nader te bestuderen met een sonde,’ aldus Günther Hasinger, onderzoeksdirecteur van ESA.

Sonde moet ‘Oumuamua inhalen

Wanneer de Comet Interceptor gelanceerd wordt, moet blijken of er de komende drie jaar een interstellair object binnen bereik komt – zo lang heeft de sonde brandstof.

Maar een groep ingenieurs van de Britse organisatie Initiative for Interstellar Studies wil niet wachten tot er weer eens een interstellair object in het zonnestelsel opduikt.

Ze gaan proberen ‘Oumuamua in te halen, die op weg is het zonnestelsel te verlaten met een duizelingwekkende 100.000 km/h.

Momenteel is ‘Oumuamua 2,7 miljard kilometer ver, en elke dag neemt de afstand toe.

De onderzoekers achter de missie, die Project Lyra heet, hebben berekend dat een sonde een snelheid van zo’n 200.000 km/h moet hebben om de interstellaire snelheidsduivel in te halen en daar tientallen jaren voor onderweg moet zijn.

Voor het lanceren van de onbemande sonde is een van de krachtigste raketten nodig, zoals NASA’s komende Space Launch System of de Falcon Heavy van SpaceX.

De ingenieurs hopen dat de lancering in mei 2033 plaatsvindt, waarmee de aankomst bij ‘Oumuamua in 2052 zou vallen.

Onderweg moet de sonde zich langs Jupiter slingeren en dan rond de zon om extra snelheid te krijgen. Of het project werkelijkheid wordt, is nog niet zeker.

De ingenieurs van Initiative for Interstellar Studies hebben alleen met hun berekeningen aangetoond wat er mogelijk is. Maar de kosten zijn zo hoog dat er een ruimtevaartorganisatie of miljardair aan te pas moet komen om de droom te realiseren.

Reuzenplaneet gooit buren eruit

Wat astronomen weten van planetoïden, is gebaseerd op de objecten die we kennen van het zonnestelsel.

Pas als het ooit lukt om dicht bij een interstellair object te komen, zullen ze erachter komen of de planetoïden en kometen van het zonnestelsel lijken op die uit andere delen van ons sterrenstelsel.

Als een sonde bijvoorbeeld stofdeeltjes ontdekt of een eventueel magnetisch veld meet, kunnen astronomen achterhalen hoe het object ooit ontstaan is en waarom het buitenaardse hemellichaam zijn eigen zonnestelsel heeft verlaten.

Vooralsnog proberen de astronomen de vragen te beantwoorden met behulp van geavanceerde computermodellen die het ontstaan en de ontwikkeling van sterren en hun planeten simuleren.

Uiteraard zijn deze computermodellen gebaseerd op ons eigen zonnestelsel, dat tegenwoordig een ordelijk systeem is van planeten en kleinere hemellichamen die rustig in voorspelbare banen rond de zon draaien.

Maar de berekeningen laten zien dat het zonnestelsel net na zijn ontstaan veel chaotischer was.

In de schijf van stof en gas die ontstond rond de jonge zon vormden zich al snel steeds grotere objecten, planetesimalen, die zich uiteindelijk verzamelden tot planeten.

Maar daarna waren er nog planetesimalen over, en wanneer die in de buurt van een planeet kwamen, waren er drie mogelijkheden: ze werden verzwolgen en eindigden als een gedeelte van de planeet, ze werden onder invloed van de zwaartekracht naar de zon geduwd of ze werden zonder pardon het zonnestelsel uit geslingerd.

Alleen de grootste planeten hebben de zwaartekracht om kleinere objecten uit hun stelsel te zetten, en in ons zonnestelsel heeft veruit de grootste planeet, Jupiter, waarschijnlijk de meeste uitzettingen op zijn geweten.

Volgens de astronomen zijn er brokstukken die nog veel groter zijn dan de aarde als interstellaire objecten geëindigd, die nu door de ruimte vliegen en op bezoek kunnen gaan bij andere planetenstelsels.

Evenzo kunnen de planetesimalen van verre sterren ons zonnestelsel bezoeken.

We weten vandaag de dag dat veel sterren planeten om zich heen hebben draaien, maar tot voor kort hadden wetenschappers geen idee hoeveel weggeslingerde objecten in ons zonnestelsel terechtkomen.

Maar dat hebben astronomen van Yale University in de VS nu berekend. Promovenda Malena Rice en hoogleraar Gregory Laughlin wisten ook uit te vogelen hoeveel de Vera C. Rubin-telescoop er moet kunnen waarnemen.

Het resultaat is bemoedigend, hoewel de cijfers een schatting zijn. Ons zonnestelsel zou elk jaar bezocht kunnen worden door meer dan 100 waarneembare objecten met een straal van meer dan een meter, en enkele zullen groter zijn dan ‘Oumuamua.

Misschien is er al bezoek geweest

Interstellaire objecten zijn niet alleen met grondtelescopen te vinden. De astronomen Amir Siraj en Abraham Loeb van Harvard University in de VS hebben berekend dat een grote ruimtetelescoop als de Hubble die gericht wordt op de maan meteorietinslagen moet kunnen registeren die zijn veroorzaakt door interstellaire objecten.

De maan heeft geen atmosfeer waarin objecten opbranden, dus het stof van een inslag kan prijsgeven waar ze uit bestaan, waarna onderzoekers kunnen bepalen of het hemellichaam voornamelijk uit ijs of steen bestaat.

De Harvard-wetenschappers denken ook dat interstellaire objecten de aarde hebben geraakt zonder dat we het merkten.

In een database van meteorietinslagen op aarde van de laatste 30 jaar stuitten Siraj en Loeb op een 45 centimeter grote meteoriet die op 8 januari 2014 boven Papoea-Nieuw-Guinea verbrandde

De meteoriet trof de atmosfeer met ruim 160.000 km/h, dus hij moet wel afkomstig zijn van een ander zonnestelsel.

Zeker is dat ons zonnestelsel gasten uit andere delen van het stelsel krijgt en dat die een boeiend verhaal over ons heelal kunnen vertellen als we ze maar nader bestuderen.

Misschien hebben interstellaire objecten uit de uithoeken van het stelsel zelfs enkele van de complexe moleculen meegebracht die nodig waren voor het leven op aarde.

Tot nu toe hebben we de buitenaardse gasten alleen op afstand langs zien scheren, maar in de toekomst kunnen we er wellicht naartoe.

De Comet Interceptor is de eerste ruimtemissie die een interstellair object kan verkennen, maar hij zal niet de laatste zijn.

Een volgende stap is een ruimtesonde die een vreemd object van heel dichtbij gaat bekijken en misschien zelfs monsters neemt voor analyse op aarde.

Op deze manier kan de landing op een interstellair object ons eerste bezoek aan een ander zonnestelsel worden, al is het slechts indirect.