Rumsonde afleverer stumper af asteroide

Hayabusa er det japanske ord for falk, og da japanernes ultimative vandrefalk – rumsonden Hayabusa-2 – den 6. december 2020 afleverede sit bytte, kunne jubelen høres verden over.

Efter en rejse på mere end fem milliarder kilometer til asteroiden Ryugu og hjem igen sendte Hayabusa-2 en kapsel med oldgammelt støv ned gennem atmosfæren.

Støvet stammer helt tilbage fra dengang, Solsystemet blev dannet, og er skudt løs fra Ryugus overflade med projektiler.

Nu kan forskerne for første gang nogensinde undersøge brudstykker af det oprindelige Solsystem og bl.a. afsløre sammensætningen af de asteroider, der ifølge den nyeste forskning bragte vandet og livets organiske byggesten til den nyfødte Jord.

Meteoritter er for ødelagte

Hidtil har astronomerne primært fået ny viden om asteroider ved at undersøge de småstumper, som jævnligt falder til Jorden som meteoritter.

Men meteoritterne indeholder sjældent oprindeligt, uskadt materiale fra Solsystemets fødsel. Undervejs ned gennem atmosfæren gennemgår meteoritterne en voldsom opvarmning, og når de lander, ligger de ofte udsat for vind og vejr i århundreder, inden de bliver fundet – alt sammen noget, der ødelægger de oprindelige strukturer.

Til gengæld er asteroider, som kredser i området mellem Jorden og Jupiter, stort set uændrede, siden de blev samlet af støvkorn i Solsystemets første hundrede millioner år.

For at få fat i de oprindelige byggesten er det derfor nødvendigt at rejse ud til asteroiderne og hente prøver fra dem. Den erkendelse nåede japanerne i 2003, hvor de sendte den første Hayabusa-sonde ud mod stenasteroiden Itokawa.

Stenasteroider opstod i Solsystemets barndom, hvor forløberne for de nuværende planeter, kaldet planetkim, smeltede sammen og dannede en metalkerne omgivet af en kappe af flydende stenmasse. Nogle af kimene blev til planeter, mens andre blev smadret ved sammenstød, der omdannede kappen til stenasteroider.

Da Hayabusa i 2010 vendte tilbage til Jorden med 1500 mikroskopiske asteroidepartikler ombord, bekræftede analyser, at stenasteroider er sammensat af de samme mineraler som Jordens kappe. Men samtidig indså forskerne, at stenasteroider som Itokawa er knastørre og derfor næppe har forsynet Jorden med vand.

Fjerne asteroider medbragte liv

For at finde ophavet til Jordens oceaner kastede det japanske rumagentur JAXA i stedet blikket på kulstofasteroider, som sandsynligvis har leveret både vand og organiske stoffer.

Kulstofasteroider er særlig interessante for astronomerne, fordi asteroiderne stammer fra planetkim, der er dannet langt ude i de kolde dele af Solsystemet. Her smeltede planetkimene ikke, og derfor er materiale fra Solsystemets skabelse bevaret i de fjerne asteroider.

Til den næste asteroidemission sigtede japanerne derfor efter den diamantformede kulstofasteroide Ryugu. I 2014 blev sonden Hayabusa-2 så opsendt, og fire år senere gik den i kredsløb.

Det stod hurtigt klart, at Ryugu er en porøs grusbunke af små og store sten, som primært holdes sammen af tyngdekraften.

Målinger viste desuden, at Ryugu er rig på organiske kulstofforbindelser. I dag er asteroidens overflade blottet for vand, men Hayabusa-2’s instrumenter registrerede mineraler indeholdende hydroxid, der består af et iltatom og et brintatom.

Hydroxidholdige mineraler udfældes typisk i vand, og deres tilstedeværelse tyder på, at Ryugu eller det planetkim, som asteroiden oprindeligt var en del af, har indeholdt vand eller is.

Efter at have gennemanalyseret asteroiden på afstand skød Hayabusa-2 et to kilo tungt kobberprojektil ned i asteroidens overflade for at blotlægge oprindeligt og uforandret asteroidestøv.

Nogle uger senere dykkede sonden ned over krateret og svævede over det som en helikopter, mens en prøvearm blev sænket ned til kraterbunden. Armen affyrede et lille projektil, som hvirvlede støv op i en prøvebeholder.

Efter at beholderen var forseglet og atter stuvet ombord på Hayabusa-2, gik turen tilbage mod Jorden.

Halvandet år efter nærkontakten med asteroiden dalede kapslen med beholderen ned i Australiens outback til stor jubel. Og jubelen blev kun større, da forskerne åbnede prøvekammeret og opdagede, at det indeholdt gas fra Ryugu og 5,4 gram oprindeligt asteroidestøv – fem gange mere end forventet.

Forskerne kan nu undersøge en fuldstændig uforandret prøve af den sky af støv og gas omkring Solen, som dannede de fire indre stenplaneter.

Og prøven fra Ryugu kommer ikke til at stå alene.

Vand strømmede gennem Bennu

I 2017 opsendte NASA sonden OSIRIS-REx, og i december 2018 gik den i kredsløb om kulstofasteroiden Bennu.

Akkurat som Ryugu er Bennu en løst sammenkittet rodebunke af grus og sten.

Forskerne havde regnet med, at overfladen var relativt jævn, men observationerne afslørede hurtigt, at asteroiden er dækket af store, porøse kampesten med tværsnit på op til 16 meter.

Netop kampestene viste sig at rumme et stærkt bevis for, at Bennu eller det planetkim, som asteroiden er slået løs fra, for længe siden var gennemstrømmet af store mængder vand. På mange af stenene fotograferede satellitten nemlig lyse striber, som var op til 1,5 meter lange og 14 centimeter brede.

Striberne består af kulstofrige mineraler kaldet karbonater, der udfældes i flydende vand, og da Bennu samtidig er spækket med organiske kulstofforbindelser i endnu højere grad end Ryugu, styrker observationerne teorien om, at nedslag af kulstofasteroider i Jordens barndom fyldte oceanerne med vand og bragte livets byggesten til kloden.

Sonde var for grådig

Kampestenene var imidlertid et problem for NASA’s ambitiøse plan om at hjembringe en stor prøve på 60-2000 gram asteroidestøv, for OSIRIS-REx var designet til at lande på en jævn flade på 2000 kvadratmeter, men det bedst egnede sted var kun på 100 kvadratmeter.

Så NASA’s rumingeniører var lettede, da landingen gik perfekt. Men dramaet var kun lige begyndt.

OSIRIS-REx rørte blot ved Bennu i seks sekunder, mens prøvearmen blev banket ned i overfladen og udsendte en strøm af kvælstofgas, som hvirvlede støv og grus ind i en beholder.

Herefter lettede satellitten og sendte en video af prøvetagningen ned til kontrolcenteret. Pga. afstanden på 334 millioner kilometer ankom billederne først 18,5 minutter senere. Her opdagede forskerne til deres rædsel, at fem småsten sad i klemme i det tynde folielåg, der skulle forsegle prøvekammeret.

Risikoen for, at alt asteroidestøvet kunne blive rystet ud af beholderen igen, var overhængende.

NASA aflyste øjeblikkeligt planerne om at sende OSIRIS-REx i flere kredsløb omkring Bennu og lod i stedet sonden drive videre ud i rummet uden kursændringer for at undgå unødige rystelser. Imens blev en byge af ulidelig langsomme radiosignaler udvekslet mellem sonden og kontrolcenteret.

Først efter tre nervepirrende døgn var prøvebeholderen og dens dyrebare indhold under lås og slå i den container, som skal transportere asteroidestøvet til Jorden. NASA vurderer, at beholderen rummer mindst 400 gram – altså 80 gange så meget som Hayabusa-2 bragte ned til Jorden.

OSIRIS-REx indledte hjemrejsen i marts 2020 og vil efter planen aflevere beholderen med asteroidestøvet i Utah den 24. september 2023.

Jagt på aminosyrer i støvet

Imens fortsætter analyserne af prøven fra Ryugu. JAXA’s første målinger har bekræftet, at gassen i beholderen er udgasset fra asteroidestøvet og stammer fra Solsystemets fødsel.

I løbet af 2021 fordeles halvdelen af støvet til seks forskergrupper, primært i Japan og USA, mens den anden halvdel gemmes til fremtiden, hvor nye analysemetoder sandsynligvis vil kunne hive endnu mere information ud af støvkornene.

Forskergrupperne skal først og fremmest finde ud af, hvordan organiske forbindelser baseret på kulstof, svovl og kvælstof har reageret med hinanden i kulstofasteroiderne, og om de har dannet aminosyrer eller andre komplekse molekyler.

Aminosyrer er byggeklodserne i proteiner og enzymer, som udfører alle de biokemiske processer i levende celler – fx syntese af dna.

Når OSIRIS-REx bringer prøven fra Bennu til Jorden, bliver det muligt at sammenligne de to prøver og måske få en forklaring på, hvorfor Bennu både har indeholdt mere vand og rummer større mængder organiske kulstofforbindelser end Ryugu. Forskerne forventer, at resultaterne endegyldigt kan afgøre, hvorvidt nedslag af kulstofasteroider banede vej for livets mirakel på Jorden.

“Vores ultimative mål er at opklare, hvordan organiske stoffer dannes i rummet, og forstå den organiske syntese, som fandt sted i asteroider i Solsystemets barndom,” siger Hiroshi Naraoka fra JAXA.

Mens den japanske falk, Hayabusa-2, for længst har lagt Jorden bag sig og fortsætter sin asteroidefærd, gør NASA ligeledes klar til at besøge en mystisk gruppe asteroider langt, langt væk.