Astronomer jager liv på fjerne asteroider

En sværm af fartøjer er sendt ud i Solsystemet med kurs mod asteroider. Med hjælp fra skannere, lasere og prøvetagningsudstyr er missionen at afsløre nyt om Solsystemets fødsel. Nu vender det første fartøj hjem til Jorden, og med sig bringer det måske løsningen på en af menneskehedens største gåder: Hvordan livet opstod på Jorden.

En sværm af fartøjer er sendt ud i Solsystemet med kurs mod asteroider. Med hjælp fra skannere, lasere og prøvetagningsudstyr er missionen at afsløre nyt om Solsystemets fødsel. Nu vender det første fartøj hjem til Jorden, og med sig bringer det måske løsningen på en af menneskehedens største gåder: Hvordan livet opstod på Jorden.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Med et brag flænger et skud stilheden. Alligevel hører ingen det, for projektilet bliver affyret mere end 300 millioner kilometer fra Jorden på den diamantformede asteroide Ryugu, og bag affyringen står en automatisk mekanisme på den japanske rumsonde Hayabusa-2.

Ryugu er en tidskapsel

Nedslaget sender grus og støv op fra overfladen, og materialet bliver opfanget og gemt i en særlig kapsel.

Her er det i sikkerhed, til kapslen er tilbage på Jorden og åbnes af de utålmodige astrofysikere, der allerede har en række specialbyggede laboratorier klar til ankomsten sidst i 2020.

© Oliver Larsen

OSIRIS-REX

hjembringer en prøve på op til 2 kg.

© Oliver Larsen

HAYABUSA-2

henter den første prøve.

© Oliver Larsen

DART

skubber en asteroide ud af kurs.

© Oliver Larsen

LUCY

besøger seks asteroider ved Jupiter.

©

PSYCHE

undersøger asteroide af rent metal.

Hayabusa-2 blev sendt afsted i december 2014, gik i kredsløb om Ryugu i juni 2018 og dens kostbare last lander efter planen 6. december 2020 i Australien.

Når prøverne kommer tilbage til Jorden, er det første gang, astronomer får mulighed for at nærstudere støv og småsten fra en af Solsystemets oldinge, som har kredset stort set uforstyrret rundt siden Solsystemets fødsel og derfor fungerer som en tidskapsel.

Ryugu er samtidig en primitiv asteroide, som formentlig rummer både vand i form af is og masser af kulstofholdige molekyler.

Prøverne fra Ryugu kan derfor formentlig også fortælle, hvordan livet i sin tid opstod på Jorden. Alt liv på Jorden kræver vand i en flydende form, så var vores planet tør, ville livet næppe være opstået.

Den japanske Hayabusa-2 skal efter planen tage en prøve fra asteroiden Ryugu ved at skyde et projektil ned i overfladen.

© JAXA

Men forskerne ved ikke, hvor vandet er kommet fra. Ligner vandet på Ryugu det vand, vi har på Jorden, kan asteroider meget vel have bragt vand til Jorden. Vand er nemlig ikke bare vand, for nogle vandmolekyler rummer et tungt brintatom med en ekstra neutron.

Forholdet mellem almindeligt vand og tungt vand i to prøver kan røbe, om vandet blev dannet det samme sted og under de samme forhold. Asteroider rummer samtidig også den an­den forudsætning for liv – molekyler bygget op omkring kulstofatomer.

Livets byggesten kan altså sagtens være rejst til Jorden ombord på asteroider og her være faldet ned som meteorer. Og faktisk har et andet besøg på en anden asteroide allerede godt nyt på den front.

Forskerne ønsker uberørt støv

Astrofysikere ved allerede, at organisk kemi kan komme til Jorden med meteoritter. Faktisk stammer det meste af forskernes viden om asteroider netop fra meteoritter, der er dumpet ned på vores klode.

Jorden er nemlig under konstant bombardement fra meteorer, og de fleste af dem kommer fra asteroider.

Meteoritter er en guldgrube for de forskere, der undersøger Solsystemet. Ved hjælp af radiometrisk datering, hvor forholdet imellem radioaktive grundstoffer og deres henfalds­produkter måles med stor nøjagtighed, kan forskerne aldersbestemme de mineraler, som meteoritten består af.

Da Jorden formentlig er dannet samtidig med meteoritterne, har forskere brugt denne metode til at bestemme Jordens alder til 4,5-4,6 milliarder år.

I laboratorier er meteoritterne desuden blevet skåret i papirtynde skiver og analyseret i elektronmikroskoper, som sammen med massespektrometre og andre avancerede instrumenter har afsløret stenenes indhold af mineraler og kemiske forbindelser.

Det har givet en idé om, hvordan asteroiderne blev dannet.

Meteoritter har dog det problem, at de ikke er uberørte stykker af asteroider. For det første har de foretaget en hård tur ned igennem Jordens atmosfære, hvor de er blevet varmet godt op, og for det andet bliver de forurenet af jordisk materiale.

En mission til asteroiderne kan selvsagt opklare en del af spørgsmålene. Men fartøjets størrelse og vægt sætter strenge begrænsninger for både antallet og typen af instrumenter, der kan komme med på rejsen.

For eksempel fylder udstyr til datering af mineraler for meget til at komme med på en rumsonde, og de bedste elektronmikroskoper er tre-fire meter høje, tonstunge maskiner, som det er udelukket at sende en tur ud i rummet.

Forskerne vil derfor hellere have fat i uberørt støv og sten, der er taget direkte fra en asteroide. Det har samtidig den fordel, at forskerne ved, præcis hvor prøven kommer fra, så de ikke skal gætte sig til oprindelsen, som de gør med meteoritter.

Det er det japanske rumfartsagentur, JAXA, helt klar over.

Ryugu er svær at lande på

De såkaldte sample return-missioner står derfor øverst på astrofysikernes ønskeliste, men det er ikke let at lande et rumfartøj på en asteroide, sikre sig materiale og bringe det hjem til Jorden.

Hayabusa-2 er en forbedret version af rumfartøjet Hayabusa, der blev sendt op fra Japan den 9. maj 2003, og som ikke leverede varen. Målet var at hente materiale tilbage fra den 535 meter lange, kartoffelformede stenateroide Itokawa.

Men missionen løb ind i en række tekniske vanskeligheder – fartøjet fik motorproblemer undervejs, og landingssonden endte i kredsløb om Solen i stedet for på asteroidens overflade.

Projektil hvirvler støv op i fartøj

/ 4

Landingssonder

To landingssonder har siddet solidt monteret på Hayabusa-2, indtil de i efteråret 2018 blev frigivet og faldt ned på asteroiden. En ekstra sonde følger til sommer.

1

Laserinstrument

Laserinstrumentet beregner afstanden til asteroiden ved at sende laserpulser mod overfladen og registrere, hvordan de bliver reflekteret.

2

Returkapsel

Returkapslen rummer de beholdere, som støvet svæver op i. Den har varmeskjold og indbygget faldskærm til turen gennem Jordens atmosfære.

3

Prøveopsamlingsrør

Prøveopsamlingsrøret rummer projektiler, der fyres ned i overfladen for at frigive støv. Røret er fjedrende og kan give efter ved nedslaget.

4
© JAXA

Trods udfordringerne foretog Hayabusa verdenshistoriens første landing på en asteroide.

Men desværre gik prøvetagningen galt, idet affyringsmekanismen ikke virkede, og der derfor kun kom meget lidt materiale med tilbage. Da returkapslen landede i den australske ørken i 2010, rummede den kun 1500 mikroskopiske asteroidestøvkorn.

Siden da er de bittesmå partikler blevet analyseret i laboratorier.

Den 7. august 2018 meddelte japanske forskere, at støvet til­syneladende stammer fra en asteroide, der blev dannet sammen med resten af Sol­systemet, men som for omkring halvanden milliard år siden var i et voldsomt sammenstød med en anden asteroide. Itokawa består af fragmenter fra kollisionen.

Forventningerne til Hayabusa-2 er derfor høje, og indtil videre er missionen da også forløbet uden problemer.

Den 3. december 2014 blev det 609 kg tunge fartøj sendt op fra den japanske rumhavn på Tanegashima­-øen, og den 27. juni 2018 nåede det frem til Ryugu.

Den rombeformede asteroide blev opdaget i 1999 og har en diameter på cirka 900 meter.

Til de japanske forskeres store overraskelse har den også vist sig at være fuldstændig overstrøet med små og store sten og klippestykker.

Det var lidt af en streg i regningen, for forskerne havde håbet på, at Ryugu havde et stort, fladt og jævnt område, som ville være ideelt til prøvetagningen.

Oprindeligt skulle Hayabusa-2 have samlet prøven op i oktober 2018, men det barske landskab krævede længere tid til at udvælge det bedste landingssted – et område med en diameter på 20 meter, der er fri for sten med en højde på mere end 50 cm.

Hayabusa-2 har allerede sluppet tre små landingssonder fri på asteroiden.

Data herfra har vist, at Ryugus overflade er fast og ikke er dækket af støv, som forskerne ellers havde regnet med. På den måde har den lille asteroide allerede overrasket på to måder.

Sonder hopper i stedet for at lande

I denne uge skal Hayabusa-2 foretage sit første forsøg på at få prøverne i hus. Når det sker, bliver det ikke ved en egentlig landing, men derimod et ultrakort visit.

Operationen varer et sekund

Kun i et en­kelt sekund, som er alt, det kræver for at ind­sam­le prøven, skal rumfartøjet i kontakt med overfladen.

Et prøveopsamlingsrør på en meter fungerer som en slags højteknologisk fjeder, hvor rumfartøjet med lidt hjælp fra små raketmotorer hurtigt springer op fra asteroidens overflade igen.

Omtrent samme metode skal bruges af det amerikanske modstykke, OSIRIS-REx.

Efter en rejse på mere end to år ankom NASA’s rumsonde til asteroiden Bennu den 3. december 2018 og befinder sig nu i en bane cirka 19 kilometer fra overfladen. Herfra har fartøjets spektrometre allerede gjort den første store opdagelse, idet de har fundet molekyler, hvor brint og ilt er bundet sam­men.

Bennu må altså på et tidspunkt have været i kontakt med vand – formentlig i en større asteroide, som Bennu er knækket af.

Forskerne må dog vente lidt med at foretage de nærmere analyser, for først i juli 2020 vil fartøjet dykke ned mod Bennu og snup­pe støv og småsten fra asteroiden, der måler cirka en halv kilometer i diameter.

Hvor målet for Hayabusa-2-missionen blot er at indsamle 0,1 gram støv, går OSIRIS-REx mere beslutsomt til værks med et ind­sam­lings­­ag­gre­gat, der har plads til hele 2 kg støv og sten. Forskerne hos NASA er dog tilfredse med at få 60 gram med hjem.

Amerikanerne overvejede en egentlig landing på asteroiden, men endte også med at foretrække et lynvisit – et såkaldt touch-and-go.

Et så lille himmellegeme som en asteroide har et meget beskedent tyngdefelt, som gør det svært at lande og blive nede på overfladen. Tyngdekraften på Ryugu er 1/80.000 af Jordens – en person på 80 kg ville kun veje et gram – og på Bennu er den endnu mindre.

To kilogram støv skal retur til Jorden

En rumsonde kan let komme til at tumle rundt på asteroiden, hvis den ikke er udstyret med særlige mekanismer, der hol­der den på plads. Den europæiske lan­dings­son­de Philae – en del af missionen Rosetta – var for eksempel udstyret med har­puner, da den i 2014 landede på kometen 67P/Tjurjumov-Gerasimenko.

Desværre virkede de ikke, så rumsonden hoppede tilfældigt rundt og endte i skyggen, hvor solcellerne ikke kunne producere strøm. Sådan en fiasko vil NASA og JAXA ikke risikere, så de udnytter i stedet den lave tyngdekraft til at komme tilbage i rummet.

Både Ryugu og Bennu er udvalgt, fordi de er af den relativt uberørte, primitive C-type af asteroider og med jævne mellemrum kommer forholdsvis tæt på Jorden i deres bane om Solen.

De fleste asteroider be­fin­der sig i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, men en tur-retur dertil er både lang­va­rig og bekostelig. Derfor har forskerne sat­set på såkaldte nærjords-asteroider, der er havnet i andre baner.

VIDEO – Se OSIRIS-REx tage prøven på blot fem sekunder:

Bennu er et potentielt farligt objekt, som kom­mer tættere på Jorden end Månen i 2135, og beregninger viser, at risikoen for, at Bennu rammer os i perioden 2175-2195, er 0,037 procent.

Et nedslag vil forårsage en naturkatastrofe, som kan koste millioner af men­nes­ker livet. Den fare, asteroiderne udgør, er en ekstra god grund til at undersøge dem nærmere.

Astrofysikerne vil vide mere om den måde, asteroiderne bevæger sig på i Solsystemet, og det skal OSIRIS-REx hjælpe med. Forskerne vil især gerne vide, hvordan sol­lysets opvarmning og den efterfølgende ned­kø­ling påvirker asteroidens bane.

Fartøj går tæt på metalklump

Asteroideudforskningen har fuld fart på i øjeblikket, og NASA har også kig på andre mulige mål for rumsonder.

Et af målene er den cirka 210 km store asteroide Psyche, som blev opdaget i 1852 og adskiller sig fra andre asteroider ved at have en meget stor massefylde.

Den er enormt tung i forhold til sin størrelse og må næsten udelukkende bestå af jern og nikkel – præcis som Jordens kerne. Forskerne mener derfor, at Psyche kan være den blottede kerne af en lille planet, som engang blev smadret i en voldsom kollision.

Psyche-fartøjet – som blot er opkaldt efter asteroiden – skal efter planen sendes op i oktober 2023, men når først frem til asteroidebæltet, hvor Psyche befinder sig, i 2030.

I 21 måneder skal sonden kredse rundt om asteroiden og foretage målinger, som forhåbentlig kan afsløre historien bag det underlige metalobjekt.

NASA har endnu en mission, Lucy, på teg­ne­bræt­tet, og den går endnu længere væk. Lucy skal efter planen flyve tæt forbi seks forskellige asteroider, der kredser i samme bane om Solen som Jupiter.

Asteroider, der deler bane med en planet, kaldes trojanske asteroider, og det er således nogle af Jupiters trojanere, der skal have besøg.

Indtil videre har astronomerne fundet godt 7000 asteroider, der er blevet indfanget af kæmpens kraftige tyngdefelt og nu kredser i stabile baner, hvor de enten følger efter Jupiter eller udgør en fortrop for gaskæmpen.

Målet er at finde ud af, hvor i Solsystemet de trojanske asteroider blev dannet, og hvordan så mange er endt som følgesvende til Jupiter. Lucy opsendes i oktober 2021, og den ambitiøse mission skal vare 12 år.

Først passerer rumfartøjet asteroidebæltet og flyver forbi den lille asteroide Donaldjohanson, før det i 2027 og 2028 gælder asteroiderne Polymele, Orus, Eurybates og Leucus foran Jupiter.

Så tager det yderligere fem år at komme frem til de trojanere, der følger efter Jupiter, og her er målet asteroiderne Patroclus og Menoetius, der kredser rundt om hinanden.

Forskerhold udveksler prøver

De to missioner tager ikke materiale med hjem, så for astrofysikere er sample return-missionerne stadig mere spændende.

De to forskerhold vil udveksle materiale, så begge kan analysere støv og småsten fra både Ryugu og Bennu.

En del af materialet kom­mer desuden under lås og slå, for det skal bevares for eftertiden. Instrumenterne i laboratorierne bliver hele tiden bedre, så fremtidens forskere kan presse endnu mere information ud af mineralerne.

Månesten hjem­bragt af Apollo-astronauterne for 50 år siden analyseres stadig, og asteroidestøvet vil utvivlsomt også levere ny viden om Solsystemet i mange årtier fremover.

Ikke kun asteroider, men også kometer, Mars og månen Phobos skal lettes for materiale i de næste ti år.

Desuden kan forskerne se frem til nye sten fra Månen, da kineserne allerede i 2019 har en ambitiøs sample return-mission dertil. De eksperimentelle fysikere og kemikere får altså nok at se til.

Alt sammen for at besvare det store spørgsmål om, hvor vi kommer fra.