Nu indtager New Horizons Solsystemets ukendte land

Sondens primære mål var at undersøge dværgplaneten Pluto og dens fem måner i løbet af en seks måneder lang forbiflyvning i 2015. Den opgave løste New Horizons over al forventning, og missionen blev derfor forlænget.

I august 2015 blev den lille isklode 2014 MU69 udpeget som næste mål og kursen sat.

Nu har New Horizons så tilbagelagt 1,5 milliarder kilometer med Pluto i bakspejlet og er næs­ten nået frem til sit mål, kuiperbælteobjektet 2014 MU69, der i mellemtiden har fået navnet Ultima Thule – som betyder den yderste grænse.

Ultima Thule bliver det fjerneste objekt, et fartøj har besøgt, og er samtidig blandt de mest primitive.

Med hjælp fra syv af sondens instrumenter skal besøget ikke alene af­slø­re, hvordan de millioner af små kloder, som kredser rundt i Solsystemets yderste egne, ser ud, men også, hvordan de fire ydre planeter – Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun – i sin tid blev født.

Sondens første stop var Pluto

Kuiperbæltet består af mere end en million kloder, der kredser om Solen i et bælte bag Neptun, der er flere milliarder kilometer bredt. Ud over små iskloder som Ultima Thule rummer bæltet også i hvert fald fem dværgplaneter som Pluto.

Rejsen til Pluto, der ligger fem milliarder kilometer fra Jorden, tog ni et halvt år, og New Horizons var i dvale under næsten hele turen for at spare på energi og brændstof.

Inden missionen var forskernes viden om dværg­planeten begrænset. Astronomerne vid­ste stort set kun, at Pluto havde fem
måner, en tynd atmosfære og en rødlig overflade med is af frossen metan, kvælstof og kulilte. Sådan er det ikke længere.

New Horizons’ observationer varede seks måneder og afslørede, at Plutos diameter var 2376 kilometer og dermed 47 kilometer større end ventet.

Sonden så også bjerge med højder på op til 4,5 kilometer dækket af metanis på toppen, flere hundrede kilo­meter lange kløfter og kæmpemæssige gletsjere, der består af frossent kvælstof.

Den største, Sputnik Planitia, er større end Frankrig og uden si­de­styk­ke i Solsystemet. Gletsjeren hu­ser ingen ned­slags­kra­te­re, hvilket betyder, at isen bli­ver fornyet.

Til for­sker­nes sto­re o­ver­ras­kel­se er Pluto også stadig geo­logisk aktiv, og sten­ker­nen under isen må derfor rumme en indre varmekilde, som driver processen.

New Horizons gav også masser af ny viden om Plutos fem måner.

Den største, Charon, har ingen atmosfære, og gamle ned­slags­­kra­te­re viser, at månen ­– mod­sat Pluto – i dag er en død sten uden geologisk aktivitet.

Men i Charons barndom har voldsom geologisk aktivitet skabt store, isdækkede sletter, gigantiske kløfter med dyb­der på op til 13 kilometer og fle­re kilometer høje bjerge.

Den mest overraskende observation er imidlertid, at nordpolen er dækket af en rødlig iskappe, som er dannet af metan og kvælstof, som gennem tiden må være undsluppet fra Pluto og er frosset fast til månens kolde pol. Astronomerne har aldrig tidligere set noget lignende andre steder.

Forskerne vurderer, at hele systemet med Pluto og de fem måner blev dannet i Solsystemets tidligste barndom for over fire milliarder år siden i et sammenstød mellem to store planetkim – altså primitive kloder, der er skabt på samme tid som planeterne, men som kun måler fra få meter til nogle hundrede kilometer i diameter.

Sonde undersøger 25 kloder

Allerede før opsendelsen i 2006 havde NASA planlagt, at den 700 millioner dollars dyre sonde efter besøget på Pluto skulle fortsætte observationerne længere ude i Kuiperbæltet, hvis instrumenterne fungerede, og der var brændstof tilovers.

Begge forudsætninger holdt stik, og den udvidede mission blev endeligt vedtaget i 2016.

Forberedelserne blev indledt i 2011, hvor forskere med Magellan­­teleskopet i Chile og Subaruteleskopet på Hawaii begyndte at lede efter en egnet is­klode.

Målet skulle ligge inden for én grad omkring satellittens bane for at minimere behovet for kursændringer og dermed brændstof.

Undersøgelsen identificerede 143 potentielle mål, men alle måtte opgives, fordi de krævede for store kursændringer.

Først da forskerholdet fik observationstid med Hubblerumteleskopet, fandt de tre lovende kandidater – også kaldet Potential Target 1, 2 og 3.

Sidst i 2015 faldt valget på kandidat nr. 1 – Ultima Thule – der lå tættest på New Horizons’ bane.

Da Ultima Thule blev valgt, mente forskerne, at iskloden havde en diameter på 30-40 kilometer og form som en jordnød, men nye observationer fra Jorden tyder på, at der kan være tale om to mindre iskloder, som kredser om hinanden.

Den nød bliver først knækket, når satellitten returnerer de første billeder til Jorden.

Hvis alt går efter planen, passerer satellitten nytårsmorgen Ultima Thule i en afstand på blot 3500 kilometer, hvilket er en tredjedel af afstanden ved satellittens passage forbi Pluto. Til gengæld er observationstiden på klos hold
kortere, da sonden passerer det lille planetkim hurtigt.

Alt i alt bliver opløsningen ved Ultima Thule dobbelt så høj som ved Pluto, og New Horizons vil derfor kunne se detaljer på størrelse med en basketballbane.

Isklode viser planeternes opståen

Ultima Thule er det mest oprindelige og uforandrede objekt fra Solsystemets fødsel, som nogensinde er blevet undersøgt tæt på.

Observationerne vil vise isklodens form, tage dens temperatur, bestemme sammensætningen af isklodens overflade og indre samt afsløre en eventuel atmosfære og mulige støvringe.

Hvis Ultima Thule er en flis, som er slået af et stort planetkim ved et sammenstød, vil hele den indre opbygning af de oprindelige kim være direkte synlig i overfladen.

I så fald kan forskerne kortlægge kimenes udvikling i detaljer og opklare, hvordan de i Solsystemets tidlige barndom blev dannet i sammenstød mellem klumper af is, støv og sten. Det vil give forskerne et klarere billede af, hvordan de oprindelige planetkim voksede sig store, kolliderede og blev samlet i planeter.

Efter planen skal New Horizons frem til 2021 observere mindst 25 andre iskloder fra større afstande, der spænder fra 15 millioner kilometer for nogle af de små iskloder til 1,5 milliarder kilometer for den mulige dværgplanet Quaoar. Den ligger otte milliarder kilometer fra Jorden i samme afstand fra Ultima Thule, som Jorden ligger fra Solen.

Observationerne skal afsløre isklodernes form og bestemme sammensætningen af overfladen.

Astronomerne kan dermed sætte de detaljerede undersøgelser af Ultima Thule ind i en større sammenhæng og udvikle en ny og bedre model for, hvordan Kuiperbæltet og de ydre planeter blev skabt.

Hvis flere af de observerede planetkim for eksempel indgår i dobbeltsystemer med to kloder, der omkredser hinanden, kan det forklare, hvordan planetkim byggede de fire ydre planeter for 4,5 milliarder år siden.

Den hollandsk-amerikanske astronom Gerard Kuiper forudsagde allerede i 1951, at en stor population af små iskloder kredsede uden for Neptuns bane, men det var først i 1992, at det lykkedes forskere at spotte den første af dem.

I dag vurderer astronomer, at bæltet består af en skive fyldt af iskloder, som kredser i afstande på mellem 4,5 og 7,5 milliarder kilometer fra Solen. Kuiperbæltet indeholder for­ment­­lig flere millioner små planetkim som Ultima Thule, mere end 100.000 iskloder med diametre på over 100 kilometer og i hvert fald fem – og måske endnu flere – dværg­planeter.

Fortiden er bevaret i Kuiperbæltet

I Solsystemets barndom var bæltet større og befandt sig tættere på Solen. Her stødte de små planetkim gang på gang sammen og dannede på den måde de fire gasplaneter – Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun.

I takt med at planeterne voksede, steg den gensidige massepåvirkning, og for cirka 4,1 milliarder år siden sendte den Jupiter længere ind i mod Solen, mens Saturn, Uranus og Neptun blev slynget udad til deres nuværende baner.

De overskydende planetkim blev spredt i alle retninger.

Nogle af kimene røg helt ud af Solsystemet, mens andre blev sendt ind mod Solen og de indre planeter, hvor de efterlod nedslagskratere, der stadig findes på Månen og Mars.

Langt størstedelen af planetkimene blev imidlertid indfanget af Neptuns tyngdefelt. Dermed dannede de nutidens Kuiperbælte, hvor iskloderne kredser i en skive i samme plan som planeterne.

Her i det mørke og kolde ydre Solsystem har de små iskloder i de sidste fire milliarder år kredset i stabile baner uden forandring.

Temperaturen i Kuiperbæltet er minus 223 °C, og materialet i og omkring kloderne fordamper derfor ikke. Samtidig ligger Solen så langt væk, at hverken lys eller stråling har ændret isklodernes overflade.

Med andre ord er Kuiperbæltets kloder utroligt velbevarede oprindelige planetkim, som blev dannet i den samme skive af støv, gas og isklumper, som fødte de fire ydre planeter.

Derfor vil den viden, som New Horizons indhenter om Ultima Thule, kunne fortælle forskerne en masse nyt om både Solsystemets tidlige barndom og planeternes dannelse.

Et af de mest spændende resultater kan komme fra New Horizons’ observationer af kratere, som stammer fra sammenstød med klippestykker og planetkim.

Sonden skal blandt andet optage nærbilleder, som kan vise antallet af kratere.

Da kloderne i Kuiperbæltet har kredset i stabile baner i de sidste fire milliarder år, kan eventuelle kratere ikke være opstået for nylig, men må være dannet i Solsystemets barndom, hvor mængden af klippestykker og planetkim var stor.

Mange kratere indikerer, at bæltet, der leverede byggematerialet til planeterne, var tætpakket med planetkim, mens få kratere tyder på, at bæltet var mere tyndt befolket.

Den type konkrete data har astronomer ikke i dag, og når resultaterne fra sondens observationer indføres i modellerne for Solsystemets udvikling, vil teorien derfor stå på et mere sikkert fundament.

Sonde arbejder indtil 2030’erne

Da Ultima Thule ligger cirka 6,5 milliarder kilometer væk, vil der gå cirka 21 måneder, før hele den enorme datamængde, som New Horizons indsamler om iskloden, er sendt ned til Jorden. Lederen af forskerholdet, Sol Alan Stern, regner i øjeblikket med, at de første resultater bliver offentliggjort samlet i september 2021.

New Horizons er det femte fartøj, der har krydset Neptuns bane og er nået ud i Kuiperbæltet.

Allerede i 1983 passerede NASA’s sonde Pioneer 10, der blev sendt op i 1972, gasgiganten. Og siden er Pioneer 11 og de to Voyagersonder fulgt efter. Hvor Pioneer­-sonderne sendte de sidste data hjem i 2003, er forskerne stadig i kontakt med begge Voyagersonder.

Den fjerneste, Voyager 1, er nu 21 milliarder kilometer fra Jorden og blev i 2012 det første menneskeskabte objekt, der krydsede heliopausen.

Det er Solsystemets grænse til det interstellare rum, som er defineret ved, at mængden af partikler fra Solen er mindre end partikler udefra.

Selvom flere sonder således har bevæget sig langt ind i Kuiperbæltet, er de alle sendt afsted, længe før dets eksistens blev endeligt bekræftet i 1992, og deres instrumenter er derfor ikke udviklet til at undersøge det.

De to Voyagersonders kameraer er for eksempel ikke følsomme nok til at navigere i en nær forbiflyvning af de små kloder. New Horizons’ partikeldetektorer er desuden langt mere følsomme, og sonden er også udstyret med en støvopsamler.

På sin videre færd skal sonden ud over at observere flere iskloder også bestemme mængden af støv og brintgasser for at måle, hvordan solvinden aftager. Ifølge Stern vil New Horizons sende data hjem indtil midt i 2030’erne, hvor brændstoffet slipper op, men sonden vil fortsætte i sin bane og krydse grænsen til det interstellare rum omkring 2040.