© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Astronomene jakter på liv på fjerne asteroider

En sverm av fartøyer har kurs mot asteroider. Med hjelp fra skannere, lasere og prøvetakingsutstyr skal de avsløre noen av hemmelighetene knyttet til solsystemets fødsel. Men de første resultatene tyder på at prosjektene også kan løse en enda større gåte: hvordan livet oppsto på jorda.

Et skudd går plutselig av i stillheten i verdensrommet. Det er ingen som kunne ha hørt det heller, for dette prosjektilet blir avfyrt mer enn 300 millioner kilometer fra jorda på den diamantformede asteroiden Ryugu, og bak avfyringen står en automatisk mekanisme på den japanske romsonden Hayabusa-2.

Ryugu er en tidskapsel

Nedslaget sender opp grus og støv fra overflaten, og materialet blir fanget opp og lagret i en spesiell kapsel.

Her er det i sikkerhet helt fram til kapselen er tilbake på jorda og åpnes av de utålmodige astrofysikerne som allerede har en rekke spesialbygde laboratorier klare til ankomsten på slutten av 2020.

© Oliver Larsen

OSIRIS-REX

henter hjem en prøve på opptil 2 kilo

© Oliver Larsen

HAYABUSA-2

henter den første prøven

© Oliver Larsen

DART

dytter en asteroide ut av kurs

© Oliver Larsen

LUCY

besøker seks asteroider ved Jupiter

©

PSYCHE

undersøker asteroide av rent metall

Hayabusa-2 ble sendt av sted i desember 2014, gikk i bane rundt Ryugu i juni 2018, og den kostbare lasten lander etter planen 6. desember 2020 i Australia.

Når prøvene kommer tilbake til jorda, er det første gang astronomer får muligheter for å finstudere støv og småstein fra en av solsystemets oldinger, som har gått stort sett uforstyrret i bane rundt sola siden solsystemets fødsel og derfor fungerer som en tidskapsel.

Den japanske Hayabusa-2 skal etter planen ta en prøve fra asteroiden Ryugu ved å skyte et prosjektil ned i overflaten.

© JAXA

Ryugu er dessuten en primitiv asteroide, der det trolig er både is og massevis av karbonholdige molekyler.

Prøvene fra Ryugu kan derfor antagelig også fortelle hvordan livet i sin tid oppsto på jorda. Alt livet på jorda krever vann i flytende form, så hvis planeten vår var tørr, ville livet neppe ha oppstått.

Men forskerne vet ikke hvor vannet har kommet fra. Hvis vannet på Ryugu ligner det vannet vi har på jorda, kan asteroider ha brakt vann til jorda. Vann er nemlig ikke bare vann, for noen vannmolekyler inneholder et tungt hydrogenatom med et ekstra nøytron.

Forholdet mellom vanlig vann og tungtvann i to prøver kan røpe om det ble dannet det samme stedet og under de samme forholdene. Asteroider inneholder også den andre forutsetningen for liv – molekyler bygget opp omkring karbonatomer.

Livets byggesteiner kan altså godt ha reist til jorda om bord på asteroider og ha falt ned som meteorer. Og faktisk har et besøk på en annen asteroide allerede gode nyheter på den fronten.

Forskerne vil ha uberørt støv

Astrofysikere vet allerede at organisk kjemi kan komme til jorda med meteoritter. Faktisk stammer det meste av forskernes kunnskap om asteroider nettopp fra meteoritter som har dumpet ned på kloden vår.

Jorda er nemlig under konstant bombardement fra meteorer, og de fleste av dem kommer fra asteroider.

Meteoritter er en gullgruve for de forskerne som undersøker solsystemet. Ved hjelp av radiometrisk datering, der forholdet mellom radioaktive grunnstoffer og nedbrytingsproduktene deres måles med stor nøyaktighet, kan forskerne aldersbestemme de mineralene som meteoritten består av.

Siden jorda antagelig er dannet samtidig med meteorittene, har forskere brukt denne metoden til å bestemme jordas alder til 4,5–4,6 milliarder år.

I laboratorier har meteorittene dessuten blitt skåret i løvtynne skiver og analysert i elektronmikroskop, som sammen med massespektrometre og andre avanserte instrumenter har avslørt innholdet av mineraler og kjemiske forbindelser.

Det har gitt en idé om hvordan asteroidene ble dannet.

Meteoritter har imidlertid det problemet at de ikke er uberørte biter av asteroider. For det første har de foretatt en hard tur ned gjennom jordas atmosfære, der de har blitt varmet opp, og for det andre blir de forurenset av jordisk materiale.

Et besøk på asteroidene kan selvsagt svare på en del av spørsmålene. Men fartøyets størrelse og vekt setter strenge begrensninger for både antallet og typen instrumenter som kan bli med på reisen.

For eksempel tar utstyr til datering av mineraler for mye plass til å bli med på en romsonde, og de beste elektronmikroskopene er tre–fire meter høye maskiner som kan veie flere tonn. Det er helt utelukket å ta med noe slikt på en tur gjennom verdensrommet.

Forskerne vil derfor heller ha fatt i uberørt støv og stein som er tatt direkte fra en asteroide. Det har samtidig den fordelen at forskerne vet akkurat hvor prøven kommer fra, slik at de ikke må gjette seg fram til opprinnelsen, som de gjør med meteoritter.

Det er den japanske romfartsorganisasjonen JAXA fullstendig klar over.

Ryugu er vanskelig å lande på

De såkalte sample return-prosjektene står derfor øverst på astrofysikernes ønskeliste, men det er ikke lett å plassere et romfartøy på en asteroide, sikre seg materiale og frakte det hjem til jorda.

Hayabusa-2 er en forbedret versjon av romfartøyet Hayabusa, som ble sendt opp fra Japan 9. mai 2003, og som ikke leverte varene. Målet var å hente materiale fra den 535 meter lange, potetformede steinasteroiden Itokawa.

Men prosjektet ble rammet av en rekke tekniske problemer – fartøyet fikk motorproblemer underveis, og landingssonden endte i bane rundt sola i stedet for på asteroidens overflate.

Prosjektil virvler opp støv til fartøy

/ 4

Landingssonder

To landingssonder har sittet solid montert på Hayabusa-2 fram til de høsten 2018 ble koblet fri og falt ned på asteroiden. En ekstra sonde følger i sommer.

1

Laserinstrument

Laserinstrumentet beregner avstanden til asteroiden ved å sende laserpulser mot overflaten og registrere hvordan de blir reflektert.

2

Returkapsel

Returkapselen inneholder de beholderne som støvet svever opp i. Den har varmeskjold og fallskjerm til turen gjennom jordas atmosfære.

3

Oppsamlingsrør

Oppsamlingsrøret har prosjektiler som fyres av mot overflaten for å virvle opp støv. Røret har fjæring og kan gi etter ved nedslaget.

4
© JAXA

Tross utfordringene foretok Hayabusa verdenshistoriens første landing på en asteroide.

Men dessverre gikk prøvetakingen galt. Det var avfyringsmekanismen som ikke virket, og det kom derfor veldig lite materiale med tilbake. Da i returkapselen landet i den australske ørkenen i 2010, rommet den bare 1500 mikroskopiske asteroidestøvkorn.

Siden den gang har de bitte små partiklene blitt analysert i laboratorier. 7. august 2018 meddelte japanske forskere at støvet trolig stammer fra en asteroide som ble dannet sammen med resten av solsystemet, men som for omkring halvannen milliard år siden opplevde et voldsomt sammenstøt med en annen asteroide. Itokawa består av fragmenter fra kollisjonen.

Forventningene til Hayabusa-2 er derfor høye, og inntil videre har prosjektet forløpt uten problemer.

  1. desember 2014 ble det 609 kilo tunge fartøyet sendt opp fra den japanske romhavnen på Tanegashima-øya, og 27. juni 2018 nådde det fram til Ryugu.
Den rombeformede asteroiden ble oppdaget i 1999 og har en diameter på om lag 900 meter.

Til de japanske forskernes store overraskelse har den også vist seg å være overstrødd med små og store steiner og blokker.

Det var litt av en strek i regningen, for forskerne hadde håpet på at Ryugu hadde et stort, flatt og jevnt område som ville være ideelt til prøvetakingen.

Opprinnelig skulle Hayabusa-2 ha samlet opp prøven i oktober 2018, men det krevende landskapet innebar at det var nødvendig å bruke tid på å velge ut det beste landingsstedet – et område med en diameter på 20 meter uten steiner som er mer enn 50 centimeter høye.

Hayabusa-2 har allerede sluppet tre små landingssonder på asteroiden. Data fra disse har vist at Ryugus overflate er fast og ikke er dekket av støv, som forskerne hadde regnet med. Dermed har den lille asteroiden allerede overrasket på to måter.

Sonder hopper i stedet for å lande

Denne uka skal Hayabusa-2 gjøre det første forsøket på at få prøvene i hus. Det blir ikke gjort ved en egentlig landing, men derimot en ultrakort visitt.

Operasjonen varer et sekund

Bare i et enkelt sekund, som er alt som kreves for å samle inn prøven, skal romfartøyet være i kontakt med overflaten.

Et oppsamlingsrør på en meter fungerer som en slags høyteknologisk fjær, slik at romfartøyet med litt hjelp fra små rakettmotorer raskt hopper opp fra asteroidens overflate.

Omtrent samme metode skal brukes av det amerikanske motstykket OSIRIS-REx.

Etter en reise på mer enn to år ankom Nasas romsonde asteroiden Bennu 3. desember 2018 og befinner seg nå i en bane om lag 19 kilometer fra overflaten. Herfra har fartøyets spektrometer allerede gjort den første store oppdagelsen, siden det har funnet molekyler der hydrogen og oksygen er bundet sammen.

Bennu må altså på ha vært i kontakt med vann – antagelig i en større asteroide som Bennu har knekt av.

Forskerne må imidlertid vente litt med å foreta de nærmere analysene, for først i juli 2020 vil fartøyet dykke ned mot Bennu og snappe opp støv og småstein fra asteroiden som måler om lag en halv kilometer i diameter.

Målet for Hayabusa er å samle inn 0,1 gram støv. OSIRIS- REx går mer besluttsomt til verks og har satt av plass til hele 2 kilo med støv og stein. Forskerne hos Nasa er imidlertid fornøyd med å få med seg 60 gram hjem.

Amerikanerne vurderte en faktisk landing på asteroiden, men endte også med å foretrekke en lynvisitt – en såkalt touch-and-go.

Et så lite himmellegeme som en asteroide har et veldig beskjedent gravitasjonsfelt, noe som gjør det vanskelig å lande og holde seg på overflaten. Tyngdekraften på Ryugu er 1/80 000 av det vi er vant med på jorda – en person på 80 kilo ville bare veie ett gram – og på Bennu er den enda mindre.

To kilo støv skal tilbake til jorda

En romsonde kan lett komme til å bevege seg rundt på asteroiden hvis den ikke er utstyrt med spesielle mekanismer som holder den på plass. Den europeiske landingssonden Philae – en del av Rosetta-prosjektet – var for eksempel utstyrt med harpuner da den i 2014 landet på kometen 67P/Tsjurjumov-Gerasimenko.

Dessverre virket de ikke, så romsonden hoppet rundt og endte i skyggen, der solcellene ikke kunne produsere strøm. En slik fiasko vil ikke Nasa og JAXA risikere, så de bruker i stedet den lave tyngdekraften til å komme seg raskt vekk igjen.

Både Ryugu og Bennu er valgt ut fordi de er av den relativt uberørte, primitive C-typen av asteroider og med jevne mellomrom kommer forholdsvis tett på jorda i banen de følger rundt sola.

De fleste asteroidene befinner seg i asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter, men en tur-retur dit er både langvarig og dyr. Derfor har forskerne satset på såkalte nærjordsasteroider som har havnet i andre baner.

VIDEO – Se OSIRIS-REx ta prøven på bare fem sekunder:

Bennu er et potensielt farlig objekt, som kommer nærmere jorda enn månen i 2135, og beregninger viser at risikoen for at Bennu treffer oss i perioden 2175–2195, er 0,037 prosent.

Et nedslag vil forårsake en naturkatastrofe som kan koste millioner av mennesker livet. Den faren asteroidene utgjør, er en ekstra god grunn til å undersøke dem nærmere.

Astrofysikerne vil vite mer om den måten asteroidene beveger seg på i solsystemet, og det skal OSIRIS-REx hjelpe med. Forskerne vil særlig vite hvordan asteroidenes bane blir påvirket av oppvarming fra sola og senere nedkjøling.

Fartøy går tett på metallklump

Asteroideutforskningen går for full fart for tiden, og Nasa har også andre mulige mål for romsonder.

Et av målene er den om lag 210 kilometer store asteroiden Psyche, som ble oppdaget i 1852 og skiller seg fra andre asteroider ved å ha en veldig høy tetthet.

Den er enormt tung i forhold til størrelsen og består trolig nesten utelukkende av jern og nikkel – akkurat som jordas kjerne. Forskerne mener derfor at Psyche kan være den blottede kjernen av en liten planet som en gang ble ødelagt i en voldsom kollisjon.

Psyche-fartøyet – som er oppkalt etter asteroiden – skal etter planen sendes opp i oktober 2023, men når først fram til asteroidebeltet, der Psyche befinner seg, i 2030.

I 21 måneder skal sonden gå i bane rundt asteroiden og foreta målinger som forhåpentligvis kan avsløre historien bak det underlige metallobjektet.

Nasa har enda et prosjekt, Lucy, på tegnebrettet, og nå er målet enda lenger unna. Lucy skal etter planen fly tett forbi seks ulike asteroider som beveger seg i samme bane rundt sola som Jupiter.

Asteroider som deler bane med en planet, kalles trojanske asteroider, og det er altså noen av Jupiters trojanere som skal få besøk.

Inntil videre har astronomene funnet vel 7000 asteroider som har blitt fanget inn av kjempens kraftige gravitasjonsfelt og nå går i stabile baner der de enten følger etter Jupiter eller utgjør en fortropp for planeten.

Målet er å finne ut hvor i solsystemet de trojanske asteroidene ble dannet, og hvordan så mange har endt som følgesvenner til Jupiter. Lucy sendes opp i oktober 2021, og det ambisiøse prosjektet skal vare i tolv år.

Først passerer romfartøyet asteroidebeltet og flyr forbi den lille asteroiden Donaldjohanson, før det i 2027 og 2028 besøker asteroidene Polymele, Orus, Eurybates og Leucus, som befinner seg foran Jupiter.

Så tar det ytterligere fem år å komme fram til de trojanerne som følger etter Jupiter, og her er målet asteroidene Patroclus og Menoetius, som går i bane rundt hverandre.

Forskergrupper utveksler prøver

De to sondene tar ikke materiale med hjem, så for astrofysikere er sample return-prosjektene enda mer spennende.

De to forskergruppene vil utveksle materiale, slik at begge kan analysere støv og småstein fra både Ryugu og Bennu.

En del av materialet havner dessuten under lås og slå, for det skal bevares for ettertiden. Instrumentene i laboratoriene blir hele tiden bedre, så framtidens forskere kan presse enda mer informasjon ut av mineralene.

Månestein som ble hentet hjem av Apollo-astronautene for 50 år siden, analyseres fortsatt, og asteroidestøvet vil utvilsomt også levere ny kunnskap om solsystemet i mange tiår framover.

Ikke bare asteroider, men også kometer, Mars og månen Phobos skal lettes for materiale de neste ti årene.

Dessuten kan forskerne se fram til nye steiner fra månen, siden kineserne allerede i 2019 starter sitt prosjekt med å sende hjem materiale derfra.

De eksperimentelle fysikerne og kjemikerne får altså nok å gjøre. Alt sammen for å besvare det store spørsmålet om hvor vi kommer fra.