New Horizon, Ultima Thule

Nå inntar New Horizons kartets siste hvite flekker

Første nyttårsdag 2019 passerer suksessonden New Horizons sitt neste mål: den lille iskloden Ultima Thule. Dette himmellegemet befinner seg 6,5 milliarder kilometer fra jorda. Det er det fjerneste himmellegeme et romfartøy har besøkt, og gir et innblikk blikket inn i solsystemets første byggeklosser.

Første nyttårsdag 2019 passerer suksessonden New Horizons sitt neste mål: den lille iskloden Ultima Thule. Dette himmellegemet befinner seg 6,5 milliarder kilometer fra jorda. Det er det fjerneste himmellegeme et romfartøy har besøkt, og gir et innblikk blikket inn i solsystemets første byggeklosser.

SPL

Det er en virkelig presisjons­manøver når Nasa-sonden New Horizons første nyttårsdag klokken 6.33 norsk tid flyr tett forbi den bare 30 kilometer store iskloden Ultima Thule i solsystemets fjerneste strøk: Kuiperbeltet.

Fra en avstand på bare 3500 kilometer skal sonden blant annet forsøke å ta nærbilder av overflaten og samle inn støvprøver.

New Horizons ble sendt opp fra Cape Canaveral 19. januar 2006, som en del av den amerikanske romfartsorganisasjonens program New Frontiers.

New Horizons på rampen i desember 2005 på Cape Canaveral.

© NASA

Sondens primære mål var å undersøke dvergplaneten Pluto, med sine fem måner, i løpet av en seks måneder lang forbiflyvning i 2015. Denne oppgaven løste New Horizons over all forventning, og prosjektet ble derfor forlenget.

478 kilo veier New Horizons. Det er om lag halvparten av en vanlig personbil.

I august 2015 ble den lille iskloden 2014 MU69 utpekt som neste mål og kursen satt.

Nå har New Horizons tilbakelagt 1,5 milliarder kilometer med Pluto i bakspeilet og har nesten nådd fram til målet, kuiperbelteobjekt 2014 MU69, som i mellomtiden har fått navnet Ultima Thule – som betyr den ytterste grense.

New Horizons, Pluto

New Horizons fløy forbi Pluto i første halvdel av 2015.

© NASA

Sonde har reist i 13 år

Når New Horizons tidlig på morgenen på første nyttårsdag passerer iskloden Ultima Thule med en avstand på bare 3500 kilometer, har sonden siden januar 2006 reist 6,5 milliarder kilometer gjennom solsystemet.

De første bildene

September 2018: New Horizons tar de første bildene av Ultima Thule.

Kursen finjusteres

Oktober 2018: Kurs mot Ultima Thule finjusteres.

Hindre oppdages

Desember 2018: Hvis New Horizons oppdager hindre, for eksempel støvskyer, kan kursen endres slik at sonden passerer Ultima Thule med en avstand på 10 000 kilometer i stedet for 3500, som planlagt.

Korteste avstand

1. januar 2019 kl. 6.33: New Horizons er tettest på himmellegemet i begge de mulige banene.

Data sendes hjem til jorda

2019–2021: Detaljerte data fra Ultima Thule og bilder av minst 25 andre iskloder i Kuiperbeltet sendes tilbake til jorda.

Ultima Thule blir det fjerneste objektet et romfartøy har besøkt, og er samtidig blant de mest primitive.

Sju instrumenter om bord på sonden skal avdekke mange av hemmelighetene til millioner av små kloder som befinner seg i Solsystemets ytterste områder, ser ut, men også hvordan de fire ytre planetene – Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun – i sin tid ble født.

Sondens første stopp var Pluto

Kuiperbeltet består av mer enn en million kloder som går i bane rundt sola i et belte utenfor Neptun som er flere milliarder kilometer bredt. I tillegg til alle disse mindre himmellegemene, som Ultima Thule, finnes det i hvert fall fem dvergplaneter her. Pluto er en av dem.

Reisen til Pluto, som ligger fem milliarder kilometer fra jorda, tok ni og et halvt år, og New Horizons var i dvale under nesten hele turen for å spare på energi og drivstoff.

Før dette prosjektet var forskernes kunnskap om dvergplaneten begrenset. Astronomene visste stort sett bare at Pluto hadde fem måner, en tynn atmosfære og en rødlig overflate med is av frosset metan, nitrogen og kullos. Slik er det ikke lenger.

Pluto fotografert av New Horizons.

© NASA/JHUAPL/SwRI

New Horizons observerte Pluto og månene i seks måneder. Det viste at Plutos diameter var 2376 kilometer og dermed 47 kilometer større enn ventet.

Sonden så også fjell som var opptil 4,5 kilometer høye og dekket av metanis på toppen, flere hundre kilometer lange kløfter og enorme isbreer som består av frosset nitrogen.

Den største, Sputnik Planitia, er større enn Frankrike og uten sidestykke i hele solsystemet. Det er ikke noen nedslagskratre på overflaten, noe som betyr at isen blir fornyet.

Til forskernes store overraskelse er Pluto fortsatt geologisk aktiv, og steinkjernen under isen må derfor inneholde en form for indre varmekilde som kan drive denne prosessen.

New Horizons ga også massevis av ny kunnskap om Plutos fem måner.

Den største, Charon, har ikke noen atmosfære, og gamle nedslagskratre viser at månen – i motsetning til Pluto – i dag er en død stein uten geologisk aktivitet.

Pluto, måne, Charon

Plutos måne Charon.

© NASA/JHUAPL/SwRI

Men i Charons barndom har voldsom geologisk aktivitet skapt store, isdekkede sletter, gigantiske kløfter som noen steder er 13 kilometer dype, og fjell som er flere kilometer høye.

Den mest overraskende observasjonen er imidlertid at nordpolen er dekket av en rødlig iskappe som er dannet av metan og nitrogen, som på ett eller annet tidspunkt må ha sluppet unna fra Pluto og frosset fast. Astronomene har aldri tidligere sett noe lignende andre steder.

Forskerne mener at hele systemet med Pluto og de fem månene ble dannet i solsystemets tidligste barndom, for over fire milliarder år siden, i et sammenstøt mellom to store planetkimer – altså primitive kloder som ble skapt samtidig som planetene. Noen av dem er bare noen få meter i diameter, mens andre måler et par hundre kilometer.

Sonde undersøker 25 kloder

Allerede før oppskytingen i 2006 hadde Nasa planlagt at sonden, som kostet 700 millioner dollar, etter Pluto-visitten skulle fortsette observasjonene lenger ute i Kuiperbeltet hvis instrumentene fungerte og det var drivstoff til overs.

Begge forutsetninger holdt, og det utvidede prosjektet ble endelig vedtatt i 2016.

Ultima Thule

Teleskoper har observert flere stjerner (fargede linjer), og Ultima Thule (mørk flekk) skygget for lyset.

© NASA

Forberedelsene ble innledet i 2011, da forskere ved Magellan-teleskopet i Chile og Subaru-teleskopet på Hawaii begynte å lete etter et passende himmellegeme å besøke.

Målet måtte ligge innen én grad fra sondens bane, for det var ikke så mye drivstoff igjen til å skifte kurs med.

Studien identifiserte 143 potensielle mål, men alle måtte gis opp fordi de krevde for store kursendringer.

Først da forskergruppen fikk observasjonstid med Hubble-romteleskopet, fant de tre lovende kandidater – omtalt som «Potential Target» nummer 1, 2 og 3.

Sist i 2015 falt valget på kandidat nummer 1 – Ultima Thule – som lå tettest på kursen til New Horizons.

Da Ultima Thule ble valgt, mente forskerne at den hadde en diameter på om lag 30 kilometer og form som en peanøtt, men nye observasjoner fra jorda tyder på at det kan være snakk om to mindre himmellegemer som går i bane rundt hverandre.

5 instrumenter går tett på primitiv klode

/ 5

Radiometer viser trykk og temperatur i atmosfæren

Hvis Ultima Thule har en atmosfære, kan radiometeret på sonden vise trykk og temperatur.

1

Teleskopkamera kartlegger kloden

Teleskopkameraet på New Horizons tar bilder av iskloden fra ulike vinkler mens sonden passerer forbi. Bildene skal vise om Ultima Thule har en utstrekning på 30 kilometer eller består av to mindre himmellegemer som går i bane rundt hverandre. Kameraet skal også telle antallet kratre på overflaten.

2

Spektrometer avslører atmosfærens kjemi

Har Ultima Thule en tynn atmosfære, vil gassene i den absorbere uv-stråling på ulike måter. Sonden har et spektrometer for UV-stråling og kan derfor se hva atmosfæren består av. Instrumentet skal måle mengden av hydrogengass lenger ute i Kuiper­beltet. Ut fra den kan astronomene beregne hvor mye gass det er i solsystemets ytterste områder.

3

Kamera viser hva overflaten består av

Et spektrometer fanger opp den infrarøde varmestrålingen fra Ultima Thule og måler på den måten overflatetemperaturen – også avvik i form av for eksempel kalde kratre. Spektrometret arbeider sammen med et optisk kamera som fanger opp fargene på overflaten. Til sammen viser de infrarøde og optiske målingene hva overflaten består av.

4

Støvoppsamler undersøker ringene

En stor støvoppsamler skal avsløre om Ultima Thule er omgitt av støvringer, og hva støvet i så fall består av. Instrumentet skal dessuten måle mengden av støv i Kuiperbeltet og dermed vise hvilke forhold små planetkimer blir dannet under.

5
© NASA

Den nøtten blir først knekket når sonden sender de første bildene til jorda.

Hvis alt går etter planen, passerer sonden Ultima Thule første nyttårsdag, med en avstand på bare 3500 kilometer, noe som er en tredjedel av avstanden da den passerte Pluto. Ulempen med en kort avstand er imidlertid at observasjonstiden blir kortere.

Fordelen er at oppløsningen på bildene av Ultima Thule blir dobbelt så høy som bildene av Pluto, og New Horizons vil derfor kunne se detaljer på størrelse med en basketballbane.

Viser hvordan planeter ble dannet

Av alle de himmellegemene som forskerne har sett på kloss hold, er Ultima Thule det som har forandret seg minst siden den gangen da solsystemet ble til.

25 kloder i Kuiperbeltet skal New Horizons undersøke på sin videre ferd.

Observasjonene vil vise isklodens form, ta temperaturen, bestemme sammensetningen av overflaten og og avsløre atmosfære og støvringer hvis de finnes.

Hvis Ultima Thule er et fragment fra et sammenstøt med et større himmellegeme, vil hele den indre oppbygningen av de opprinnelige delen være synlig på overflaten.

I så fall kan forskerne kartlegge utviklingen i detalj og oppklare hvordan planetene ble dannet i solsystemets tidlige barndom, gjennom sammenstøt mellom klumper av is, støv og stein. Det vil gi forskerne et klarere bilde av hvordan de opprinnelige planet­kimene vokste seg store, kolliderte og ble samlet i planeter.

Etter planen skal New Horizons fram til 2021 observere minst 25 andre iskloder fra større avstander, fra 15 millioner kilometer for noen av de små til 1,5 milliarder kilometer for Quaoar, som kan være en dvergplanet. Den ligger åtte milliarder kilometer fra jorda, i samme avstand fra Ultima Thule som jorda ligger fra sola.

New Horizons

Teknikere gjør New Horizons klar i et sterilt rom i 2005.

© NASA

Observasjonene skal avsløre formen til himmellegemet og bestemme sammensetningen av overflaten.

Astronomene kan dermed sette de detaljerte dataene fra Ultima Thule inn i en større sammenheng og utvikle en bedre modell for hvordan Kuiperbeltet og de ytre planetene ble skapt.

Hvis flere av de observerte himmellegemene inngår i dobbeltsystemer med to stykker som går i bane rundt hverandre, kan det forklare hvordan de fire ytre planetene ble bygget opp for 4,5 milliarder år siden.

Den nederlandsk-amerikanske astronomen Gerard Kuiper forutsa allerede i 1951 at det fantes et stort antall små islegemer som går i bane utenfor Neptuns bane, men det var først i 1992 forskere klarte å få øye på de første av dem.

I dag mener astronomene at beltet består av en skive med isklumper som befinner seg i en avstand mellom 4,5 og 7,5 milliarder kilometer fra sola. Kuiperbeltet inneholder antagelig flere millioner små legemer som Ultima Thule, mer enn 100 000 med diameter på over 100 kilometer og i hvert fall fem – og kanskje enda flere – dvergplaneter.

Fortiden er bevart i Kuiperbeltet

I solsystemets barndom var Kuiperbeltet større og befant seg nærmere sola. Her støtte de små klumpene gang på gang sammen og dannet på den måten de fire gassplanetene – Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun.

I takt med at planetene vokste, steg den gjensidige tyngdepåvirkningen, og for om lag 4,1 milliarder år siden sendte dette fenomenet Jupiter lenger inn mot sola, mens Saturn, Uranus og Neptun ble slynget ut til sine nåværende baner.

De klumpene som ikke ble en del av planetene, ble spredt i alle retninger.

Noen av dem forsvant ut av solsystemet, mens andre ble sendt inn mot sola og de indre planetene, der de etterlot nedslagskratre som fortsatt er synlige på månen og Mars.

De fleste klumpene ble imidlertid fanget inn av gravitasjonsfeltet til Neptun. Dermed ble de en del av Kuiperbeltet, der de beveger seg i bane i samme plan som planetene.

© SPL

Fire typer himmellegemer befinner seg i Kuiperbeltet

I det mørke og kalde ytre solsystemet har disse isklumpene beveget seg i stabile baner i fire milliarder år.

Temperaturen i Kuiperbeltet er minus 223 °C, og da fordamper ikke isen. Samtidig ligger sola så langt unna at verken lys eller stråling har endret overflaten. Med andre ord er objektene i Kuiperbeltet utrolig godt bevart.

Det var slike klumper, sammen med støv og gass, som dannet de fire ytre planetene.

Derfor vil kunnskapen som New Horizons innhenter om Ultima Thule, kunne fortelle forskerne masse om solsystemets tidlige barndom og hvordan planetene ble til.

New Horizons første glimt av Ultima Thule i siktet.

© NASA/JHUAPL/SwRI

Et av de mest spennende resultatene kan komme fra observasjoner av kratre som stammer fra sammenstøt med steiner og isklumper.

Sonden skal blant annet ta nærbilder som kan vise antallet kratre.

Siden himmellegemene i Kuiperbeltet har holdt seg i stabile baner i fire milliarder år, kan ikke eventuelle kratre ha oppstått nylig, men må ha vært dannet i solsystemets barndom, da det var flere fragmenter som føyk rundt i området.

Mange kratre indikerer at det beltet som leverte bygningsmaterialet til planetene, var tettpakket med små himmellegemer, mens få kratre tyder på at det var mer tynt befolket.

Slike konkrete data har ikke astronomer i dag, og når resultatene fra sondens observasjoner legges inn i modellene for solsystemets utvikling, vil teorien derfor stå på et tryggere fundament.

Sonde fortsetter inn på 2030-tallet

Siden Ultima Thule ligger om lag 6,5 milliarder kilometer unna, vil det gå om lag 21 måneder før hele den enorme datamengden som New Horizons samler inn, ankommer jorda. Lederen av forskergruppen, Sol Alan Stern, regner nå med at de første resultatene blir offentliggjort samlet i september 2021.

New Horizons er det femte fartøyet som har krysset Neptuns bane og har nådd ut i Kuiperbeltet.

Allerede i 1983 passerte Nasas Pioneer 10-sonde gassgiganten. Den ble sendt opp i 1972. Og senere har Pioneer 11 og de to Voyager-sondene fulgt etter. Pioneer-sondene sendte de siste dataene hjem i 2003, men forskerne er fortsatt i kontakt med begge Voyager-sondene.

Den som har kommet lengst, Voyager 1, er nå 21 milliarder kilometer fra jorda og ble i 2012 det første menneskeskapte objektet som krysset heliopausen.

Det er solsystemets grense til det interstellare rom, som er definert ved at mengden av partikler fra sola er mindre enn partikler utenfra.

NASAs Voyager-sonder har vært aktive i over 40 år.

© NASA/JPL-Caltech

Selv om flere sonder har beveget seg langt inn i Kuiperbeltet, ble de sendt av sted lenge før forskerne hadde bekreftet at det eksisterte, i 1992, og instrumentene om bord er derfor ikke utviklet til å undersøke det.

Kameraene til de to Voyager-sondene er for eksempel ikke følsomme nok til å klare å ta bilder når det er kort avstand til himmellegene de flyr forbi. Partikkeldetektorene på New Horizons er dessuten mye mer følsomme, og den er også utstyrt med en støvsamler.

På sin videre ferd skal sonden også måle mengden av støv og hydrogengass i området. Det er for å finne ut hvordan solvinden avtar. Ifølge Stern vil New Horizons sende hjem data fram til midten av 2030-tallet. Da går sonden tom for drivstoff, men den vil 
fortsette på kursen utover og krysse grensen til det interstellare rom omkring 2040.