Nu zoeken de astronomen leven op verre planetoïden

Hayabusa-2 vertrok in december 2014 en kwam in juni 2018 in een baan om Ryugu. Zijn kostbare lading landt volgens plan op 6 december 2020 in Australië.

Wanneer de monsters op aarde aankomen, kunnen astronomen voor het eerst stof en steentjes van een van de oudgedienden van het zonnestelsel bestuderen, die sinds het ontstaan ervan vrij ongestoord ronddraait en zo een tijdcapsule vormt.

Ryugu is een primitieve planetoïde, die waarschijnlijk water in de vorm van ijs en veel koolstofhoudende moleculen bevat.

De monsters van Ryugu kunnen misschien wel vertellen hoe het leven op aarde is ontstaan. Al het leven heeft vloeibaar water nodig, dus als het op aarde droog was, had leven geen kans gekregen. We weten alleen niet waar het water vandaan komt.

Als ons water lijkt op dat van Ryugu, hebben planetoïden het misschien wel hierheen gebracht. En water is niet zomaar water: sommige moleculen bevatten een zwaar waterstofatoom met een extra neutron.

De verhouding tussen gewoon en zwaar water in twee monsters kan aantonen of het water op dezelfde plaats en onder dezelfde omstandigheden is gevormd. Naast water bevatten planetoïden nog een vereiste voor het leven: moleculen opgebouwd rond koolstofatomen.

De bouwstenen van het leven kunnen dus best met planetoïden naar de aarde zijn gereisd en neergevallen als meteorieten. Wat dat betreft is er al goed nieuws van een ander bezoek aan een andere planetoïde.

Alleen zuiver stof voldoet

De astrofysici weten al dat organische chemie met meteorieten naar de aarde kan komen. Sterker nog, de meeste kennis van planetoïden is gebaseerd op meteorieten die op onze planeet zijn gestort.

Meteorieten zijn een goudmijn voor wetenschappers die het zonnestelsel onderzoeken. Via de radiometrische datering, waarbij de verhouding van radioactieve elementen en hun vervalproducten nauwkeurig gemeten wordt, bepalen wetenschappers de ouderdom van de mineralen waaruit de meteoriet bestaat.

Doordat de aarde waarschijnlijk gelijktijdig met de meteorieten is gevormd, hebben wetenschappers de aarde kunnen dateren op 4,5 à 4,6 miljard jaar.

In laboratoria zijn er plakjes meteoriet geanalyseerd met elektronenmicroscopen, die naast massaspectrometers en andere instrumenten hebben bepaald wat de inhoud van mineralen van de stenen is en welke chemische verbindingen ze bevatten.

Dat geeft een idee hoe de planetoïden zijn gevormd.

Meteorieten zijn alleen geen ongerepte stukjes planetoïde. Ten eerste hebben ze een zware reis gemaakt door de atmosfeer van de aarde, waar ze flink zijn opgewarmd, en ten tweede zijn ze met aardse materialen vervuild. Natuurlijk kan een missie naar de planetoïden enkele van de vragen oplossen.

Maar door de omvang en het gewicht van het ruimtevaartuig zijn de instrumenten die mee op reis kunnen worden genomen, qua aantal en type erg beperkt. Apparatuur voor het dateren van de mineralen bijvoorbeeld neemt veel te veel ruimte in op een sonde, en de beste elektronenmicroscopen zijn 3 à 4 meter hoge, tonnen zware machines, die nu eenmaal niet het heelal in kunnen.

De onderzoekers werken daarom liever met stof en stenen die van een planetoïde worden gehaald. Dan hoeven ze ook niet te raden naar de oorsprong van het monster, zoals bij meteorieten het geval is.

Het Japanse ruimtevaartagentschap JAXA weet dat maar al te goed.

Ryugu is lastig om op te landen

Die zogeheten sample return-missies staan dan ook boven aan het wensenlijstje van de astrofysici, maar het valt niet mee om een vaartuig op een planetoïde te laten landen, monsters te nemen en die naar de aarde te krijgen.

Hayabusa-2 is een verbeterde versie van het Hayabusa-ruimtevaartuig dat Japan op 9 mei 2003 lanceerde – en dat geen succes was. Het doel was om materiaal te halen uit de 535 meter lange, aardappelvormige rots­planetoïde Itokawa.

Maar de missie kampte met een aantal technische problemen. Zo kreeg het ruimtevaartuig motorproblemen en eindigde de landingssonde in een baan rond de zon in plaats van op een planetoïde.

Maar helaas kon het weinig monsters nemen doordat het afvuurmechanisme niet werkte, dus er kwam nauwelijks materiaal mee. Toen de retourcapsule in 2010 in de Australische woestijn landde, bevatte deze slechts 1500 microscopische planetoïdestofjes.

Daarna zijn de deeltjes geanalyseerd in laboratoria.

Op 7 augustus 2018 maakten Japanse wetenschappers bekend dat het stof blijkbaar van een planetoïde komt die tegelijk met de rest van het zonnestelsel is gevormd, maar circa 1,5 miljard jaar geleden op een andere planetoïde botste. Itokawa bestaat uit brokstukken van die botsing.

De verwachtingen van Hayabusa-2 zijn daarom groot en tot nu toe verliep de missie zonder problemen.

Op 3 december 2014 werd het 609 kilo zware ruimteschip gelanceerd vanaf de Japanse ruimtehaven op het eiland Tanegashima, en op 27 juni 2018 kwam het bij Ryugu aan.

Tot verrassing van de Japanse onderzoekers blijkt hij bezaaid te zijn met kleine en grote stenen en rotsblokken.

Dat was een domper, want de onderzoekers hadden gehoopt dat Ryugu een groot, vlak en egaal gebied zou hebben dat ideaal zou zijn om monsters te nemen.

Oorspronkelijk zou Hayabusa-2 de monsters in oktober 2018 nemen, maar door de ruigte van het landschap was er meer tijd nodig om de beste landingsplaats te kiezen – een gebied met een diameter van 20 meter dat vrij was van rotsblokken van meer dan 50 centimeter hoog.

Hayabusa-2 heeft al drie kleine landingssondes op de planetoïde losgelaten.

Uit hun gegevens blijkt dat de bodem van Ryugu vast is en niet wordt bedekt door stof, wat de onderzoekers hadden verwacht. Dus dat is al de tweede verrassing van de planetoïde.

Sonde landt niet, maar springt

Deze week zal de Hayabusa-2 de eerste poging doen om de monsters te verzamelen. Dat doet hij niet door middel van een landing, maar door op bliksembezoek te gaan.

In elk geval wordt het geen echte landing, maar een ultrakort bezoek.

Slechts één seconde lang moet het vaartuig contact maken met het oppervlak. Dat is genoeg om materiaal te verzamelen. Een verzamelbuis van 1 meter werkt tegelijk als een hightech veer, waardoor het ruimtevaartuig met wat hulp van kleine raketmotoren snel weer van de bodem van de planetoïde opspringt.

Zo’n zelfde methode zal worden gebruikt door OSIRIS-REx, de tegenhanger uit de VS. Na een reis van ruim twee jaar arriveerde de sonde van NASA op 3 december 2018 bij de planetoïde Bennu en nam hij een baan in op circa 19 kilometer van het oppervlak. Van hieruit hebben de spectrometers van de sonde al de eerste grote ontdekking gedaan: ze vonden moleculen waarin waterstof en zuurstof aan elkaar zijn gebonden.

Bennu moet dus op een bepaald moment in contact zijn geweest met water, vermoedelijk in een grotere planetoïde, waar Bennu van af is gebroken.

De onderzoekers moeten echter nog even wachten met meer gedetailleerde analyses, want pas in juli 2020 duikt het vaartuig naar Bennu om stof en steentjes mee te nemen van de planetoïde met zijn diameter van ongeveer een halve kilometer.

Waar Hayabusa-2 slechts 0,1 gram stof hoeft te verzamelen, is OSIRIS-REx uit op 2 kilo materiaal. Maar met 60 gram zijn de onderzoekers van NASA ook al tevreden.

De Amerikanen hebben wel een landing op de planetoïde overwogen, maar gaven toch de voorkeur aan een bliksembezoek.

Een klein object als een planetoïde heeft een zeer bescheiden zwaartekrachtveld, dus het is moeilijk om er te landen en te blijven. De zwaartekracht van Ryugu bedraagt 1/80.000 van die van de aarde (een persoon van 80 kilo zou er slechts 1 gram wegen), en die van Bennu zelfs nog minder.

Zonder speciale mechanismen die hem op zijn plek houden, kan een sonde algauw rond de planetoïde gaan tuimelen. De Europese landingssonde Philae, onderdeel van de Rosetta-missie, had bijvoorbeeld harpoenen toen hij in 2014 landde op de komeet 67P/Tsjoerjoemov-Gerasimenko.

Helaas werkten die niet, waardoor de sonde maar wat in het rond sprong en in de schaduw belandde, waar de zonnecellen geen stroom konden genereren – en zo’n fiasco willen NASA en JAXA niet riskeren. Dus benutten ze de geringe zwaartekracht om er weer te vertrekken.

Ryugu en Bennu zijn geselecteerd omdat ze planetoïden van het vrij ongerepte, primitieve C-type zijn en omdat hun baan rond de zon ze geregeld in de buurt van de aarde brengt.

De meeste planetoïden zijn te vinden in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter, maar een retourtje duurt lang en is duur. Daarom vestigen de onderzoekers hun hoop op de zogeheten aardscheerders, die in andere banen rondvliegen.

VIDEO – Zo neemt OSIRIS-REx een monster in slechts 5 seconden:

Bennu is een potentieel gevaarlijk object dat in 2135 dichter bij de aarde komt dan de maan. Uit berekeningen blijkt dat het risico dat Bennu tussen 2175 en 2195 inslaat, slechts 0,037 procent is.

Maar een inslag kan leiden tot een natuurramp die miljoenen mensen het leven kost. Reden te meer om ze te blijven onderzoeken.

De astrofysici willen meer weten over de manier waarop planetoïden in het zonnestelsel bewegen, en daar gaat OSIRIS-REx bij helpen. Ze zijn met name benieuwd hoe de opwarming door het zonlicht en de daaropvolgende afkoeling de baan van de planetoïde beïnvloeden.

Vaartuig gaat op brok metaal af

Het planetoïdenonderzoek is momenteel in volle gang, en NASA kijkt uit naar andere bestemmingen voor ruimtesondes.

Een van de beoogde plekken is de circa 210 kilometer grote planetoïde Psyche, die werd ontdekt in 1852 en die met zijn grote dichtheid verschilt van andere planetoïden.

Het object bestaat bijna uitsluitend uit ijzer en nikkel – net als de kern van de aarde. De onderzoekers denken daarom dat Psyche de kern is van een planeetje dat ooit tijdens een hevige botsing is verbrijzeld.

In oktober 2023 zal het Psyche-vaartuig, genoemd naar de planetoïde, worden gelanceerd, maar pas in 2030 zal het de planetoïdengordel waarin Psyche zich bevindt, bereiken

NASA heeft nog een andere missie op de tekentafel liggen, Lucy, die veel verder weg gaat. Lucy zal volgens plan langs wel zes planetoïden scheren die om de zon draaien in dezelfde baan als Jupiter.

Planetoïden die een baan delen met een planeet noemen we Trojaanse planetoïden, en sommige Trojanen van Jupiter krijgen bezoek.

Tot dusverre hebben astronomen ruim 7000 planetoïden gevonden die zijn ingevangen door het sterke gravitatieveld van de reus en die nu in een stabiele baan draaien, waarin ze Jupiter volgen of voor hem uit gaan.

Het doel is uit te zoeken waar in het zonnestelsel de Trojaanse planetoïden zijn gevormd en waardoor er zo veel bij Jupiter zijn beland. Lucy zal worden gelanceerd in oktober 2021 en de ambitieuze missie duurt 12 jaar.

Eerst komt het ruimtevaartuig bij de planetoïdengordel en scheert het langs de kleine planetoïde Donaldjohanson, waarna het in 2027 en 2028 Polymele, Orus, Eurybates en Leucus vóór Jupiter aandoet.

Pas vijf jaar later is het vaartuig bij de Trojanen die Jupiter volgen, met de om elkaar draaiende planetoïden Patroclus en Menutius als bestemming.

Teams wisselen monsters uit

De onderzoeksteams zullen materiaal uitwisselen, zodat ze beide stof en stenen van Ryugu én Bennu kunnen analyseren.

En een deel van het materiaal gaat achter slot en grendel voor later. Instrumenten in het lab worden alsmaar beter, dus toekomstige onderzoekers kunnen nog meer informatie uit de mineralen halen.

De maansteen die de Apollo-missie 50 jaar geleden meenam, wordt nog steeds geanalyseerd, en ook het planetoïdenstof zal decennialang nieuwe kennis over het zonnestelsel opleveren.

Ook kometen, Mars en de maan Phobos moeten de komende tien jaar materiaal afstaan.

Verder kunnen de onderzoekers zich verheugen op nieuwe maanstenen, want de Chinezen voeren al in 2019 een ambitieuze sample return-missie naar de maan uit. De experimenteel natuur- en scheikundigen hebben dus genoeg te doen.

Alles om te achterhalen waar we vandaan komen.