Voorbij de asteroïdengordel, in de omloopbaan van de reuzenplaneet Jupiter, bevatten honderden nog niet bestudeerde hemellichamen van elk niet meer dan zo’n tweehonderd kilometer doorsnede belangrijke aanwijzingen voor het ontstaan van het zonnestelsel.
Om deze planetoïden nader te bestuderen is op 16 oktober een nieuwe NASA-sonde met de naam ‘Lucy’ vanaf Cape Canaveral, Florida, gelanceerd. Tijdens haar twaalf jaar durende odyssee zal Lucy bijna zesenhalf miljard kilometer afleggen en meerdere keren door zwermen van deze planetoïden laveren, die de reuzenplaneet in zijn omloopbaan op enige afstand volgen of er juist aan voorafgaan. Lucy zal tijdens haar missie langs zeven Jupiter-Trojanen scheren en als bonus ook nog een achtste planetoïde aandoen, ditmaal in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter.
“Lucy zal een regio van ons zonnestelsel verkennen die nog nooit is bestudeerd,” zei Adriana Ocampo, programmadirecteur van de missie op 15 oktober tijdens een persconferentie op het hoofdkwartier van de NASA in Washington DC.
De Jupiter-Trojanen zijn tot nu toe nooit gedetailleerder in beeld gebracht dan als een paar vlekjes licht aan de nachthemel; Lucy zal er op een afstand van minder dan duizend kilometer langs vliegen. Onderweg zal ze het record breken van het ruimtevaartuig dat de meeste planetoïden heeft aangedaan.
Lucy zal haar eerste doelwit – de planetoïde in de asteroïdengordel – in 2025 bereiken en vervolgens op weg gaan naar de Trojanen, die ze van 2027 tot 2033 gedurende een serie rakelingse vluchten zal bestuderen. De gegevens van de sonde, waaruit de kleur, samenstelling, massa en kraterdichtheid van de planetoïden kunnen worden afgeleid, zullen onderzoekers meer inzicht bieden in de vraag waar en wanneer deze hemellichamen binnen het zonnestelsel zijn ontstaan.
De resultaten van Lucy – nog maar het tiende ruimtevaartuig dat zich zo ver als de omloopbaan van Jupiter waagt – zullen ook bijdragen aan simulaties van het vroege zonnestelsel en inzicht bieden in de turbulente oorsprong van onze kosmische omgeving.
De naam ‘Lucy’ is geïnspireerd op het beroemde, 3,2 miljoen jaar oude fossiel met dezelfde naam, van een van de voorlopers van de moderne mens. De naam is wel zo gepast, want de Jupiter-Trojanen spelen dezelfde belangrijke rol als dat beroemde skelet: ze zijn overblijfselen uit een ver verleden die wetenschappers kunnen gebruiken om inzicht in het ontstaan van onze wereld te verschaffen.
“Deze planetoïden zijn als het ware fossielen van het materiaal waaruit later de planeten zijn gevormd,” zei Hal Levison, hoofdwetenschapper van de Lucy-missie en onderzoeker aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, op 13 oktober tijdens een persconferentie. “Als je wil weten hoe het zonnestelsel is ontstaan, dan moet je deze kleine hemellichamen bezoeken.”
Epische odyssee
De missie van Lucy behelst een gecompliceerd traject, dat het ruimtevaartuig in een zes jaar durende omloopbaan rond de zon zal positioneren. Na een reeks rakelingse vluchten langs de aarde om met behulp van de zwaartekracht van onze planeet extra snelheid te maken, zal Lucy dicht langs de planetoïde 52246 Donaldjohanson in de asteroïdengordel vliegen. Dit hemellichaam met een doorsnede van vier kilometer is vernoemd naar de paleoantropoloog die het fossiel ‘Lucy’ heeft ontdekt.
Lees ook: NASA vindt 219 mogelijke exoplaneten, waaronder tien ‘aardachtige’
De NASA-sonde zal daarna in 2027 dwars door de zwerm Jupiter-Trojanen vliegen die de reuzenplaneet in zijn omloopbaan vooruitsnellen en daarbij in één keer vijf afzonderlijke Trojanen bezoeken. Bij de volgende passage, in 2033, zal Lucy door de zwerm Trojanen vliegen die Jupiter volgen en daarbij ook vlak langs Patroclus en Menoetius scheren, een binair stelsel van planetoïden.
De gecompliceerde odyssee die Lucy door het zonnestelsel zal ondernemen, is nauwgezet uitgezet door Brian Sutter van Lockheed Martin, de hoofdarchitect van de missie. “Brians bijdrage is niet alleen wetenschappelijk, want hij is ook een kunstenaar,” zegt Levison.
Hoewel de Jupiter-Trojanen slechts twee vrij kleine gebieden van het zonnestelsel in beslag nemen, vertonen ze een enorme variëteit aan kleuren, afmetingen en banen. In kleur kunnen ze uiteenlopen van grijs tot een vaag dieprood, en in diameter variëren ze van 965 meter tot ruim tweehonderd kilometer.
Enkele van deze planetoïden doen denken aan andere kleine hemellichamen die verspreid over het hele zonnestelsel zijn te vinden. Zo lijkt de grijzige Eurybates op de kleine werelden die in de asteroïdengordel rond de zon draaien, in een omloopbaan tussen Mars en Jupiter. Daarentegen doet het traag om elkaar heen draaiende paar Patroclus en Menoetius meer denken aan andere binaire stelsels in de Kuipergordel, een afgelegen regio voorbij de omloopbaan van Neptunus.
“We hebben de missie zo ontworpen dat we de diversiteit van objecten in deze categorie kunnen onderzoeken,” zei Cathy Olkin, plaatsvervangend hoofdonderzoeker van de Lucy-missie en eveneens verbonden aan het Southwest Research Institute, op 12 oktober op een persconferentie.
Lucy’s team moest een ruimtevaartuig ontwerpen dat een reis van bijna zesenhalf miljard kilometer zou kunnen overleven. Op haar verste punt zal de sonde zich op ruim achthonderd miljoen kilometer van de aarde bevinden, daar waar de straling van de zon nog maar een paar procent bedraagt van het zonlicht dat op aarde valt. Dus heeft Lucy reusachtige zonnepanelen nodig: de twee panelen van het ruimtevaartuig bevatten bijna achtduizend afzonderlijke zonnecellen, die een oppervlakte van ruim drie parkeerplaatsen beslaan. In de extreem verre omloopbaan van de Trojanen zullen deze enorme panelen niet meer dan 500 Watt aan energie genereren – minder dan de gemiddelde magnetron.
Tijdens de rakelingse passages zal Lucy binnen een afstand van duizend kilometer van enkele Jupiter-Trojanen komen en daarbij een snelheid van ruim 24.000 kilometer per uur hebben. Vanwege die hoge snelheid zijn alle instrumenten van de sonde gemonteerd in een stel extreem nauwkeurige cardanische ringen, een vorm van ophanging die ook in gyroscopen wordt gebruikt. Tijdens haar rakelingse vluchten langs de Trojanen zal Lucy op het dichtstbijzijnde punt met zijn HR-camera L’LORRI oppervlaktekenmerken van minder dan zevenenhalve meter kunnen oppikken.
Lees ook: NASA-sondes zouden aliens de weg naar de aarde kunnen wijzen
“Het soort data dat je van zó dichtbij kunt vergaren, zowel wat betreft de geologie als de chemische samenstelling van een object, is niet iets wat je kunt bereiken als je ze als lichtpuntjes bestudeert,” zegt Andy Rivkin, expert in kleine hemellichamen aan het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University.
Legers van planetoïden
Astronomen schatten dat er enkele honderdduizenden Jupiter-Trojanen in de omloopbaan van de gasreus rond de zon draaien. Sinds 1906, toen de eerste Jupiter-Trojaan werd ontdekt, hebben ze bijna 11.000 van deze planetoïden geïdentificeerd, en meer dan de helft daarvan is na 2010 gevonden, dankzij gestage verbeteringen van telescopen die de nachthemel afspeuren.
De planetoïden zijn vernoemd naar de Trojaanse en Griekse krijgers die in de Trojaanse Oorlog tegenover elkaar stonden: de planetoïden in de zwerm die aan Jupiter voorafgaat, zijn naar Griekse helden genoemd, terwijl de objecten in de zwerm die Jupiter volgt de namen van Trojaanse helden hebben gekregen. Maar omdat astronomen verwachten dat ze de komende tien jaar duizenden nieuwe Trojanen zullen identificeren, zal de lijst met namen – ontleend aan de Ilias van Homerus – niet volstaan.
Dus worden nieuwe Jupiter-Trojanen inmiddels naar moderne Olympische sporters vernoemd. In 2020 maakte het team van Lucy bekend dat het een klein hemellichaam rond Eurybates had gespot, een van de planetoïden die Lucy zal bezoeken. Het kleine object kreeg de naam ‘Queta’, de roepnaam van de Mexicaanse atleet Norma Enriqueta Basilio Sotelo, de eerste vrouw in de geschiedenis die de Olympische vlam ontstak.
Tientallen jaren lang werden de Trojanen beschouwd als restanten die tijdens het ontstaansproces van de grote vier manen rond Jupiter waren achtergebleven. Maar in de laatste 25 jaar hebben wetenschappers zich gerealiseerd dat de Jupiter-Trojanen mogelijk zeer belangrijke aanwijzingen kunnen bevatten voor de turbulente jeugdjaren van ons zonnestelsel.
Tijd van chaos
Dankzij waarnemingen met telescopen op aarde weten astronomen dat de Jupiter-Trojanen een veelheid van kleuren vertonen, wat erop duidt dat ze niet allemaal uit hetzelfde materiaal bestaan. Maar op een of andere wijze heeft deze mêlee van kleine hemellichamen zich in de uiterst stabiele (en moeilijk toegankelijke) omloopbaan van Jupiter gevestigd.
“Omdat ze zich in dezelfde omloopbaan als die van Jupiter bevinden, zijn ze getuige geweest van alles wat er met die reuzenplaneet is gebeurd,” zegt Simona Pirani, een postdoctoraal-onderzoeker van de Universiteit Kopenhagen die de vroege ontstaansfase van het zonnestelsel bestudeert. Het ontrafelen van de geschiedenis van Jupiter, verreweg de grootste planeet van het zonnestelsel, is van cruciaal belang voor het verhaal van het hele systeem.
In 2005 publiceerden Levison en zijn collega’s van het Observatoire du Côte d’Azur in Nice een invloedrijke hypothese – tegenwoordig het ‘Nice-model’ genoemd – waarin ze beschreven hoe het vroege zonnestelsel een tijdperk van chaos doorliep.
In het Nice-model en andere, soortgelijke scenario’s waren er in het zonnestelsel aanvankelijk veel meer kleinere hemellichamen aanwezig dan tegenwoordig en kwamen de omloopbanen van Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus tijdens de formatieperiode van deze planeten dichterbij de zon te liggen. Nadat de vier planeten zich tot gasreuzen hadden ontwikkeld, werden hun omloopbanen als gevolg van de wisselwerking met die van veel kleinere ‘planetesimalen’ (proto-planeten) stukje bij beetje naar buiten verschoven, totdat ze in een instabiele configuratie terechtkwamen.
Lees ook: Hoe de NASA-sonde op missie gaat om de ‘zon aan te raken’
Aangenomen wordt dat de omloopbanen van de gasreuzen in relatief korte tijd veel verder van de zon af kwamen te liggen en hun huidige positie innamen. Daarbij werden sommige kleinere hemellichamen uit het vroege zonnestelsel geslingerd en andere in zwermen bijeen gedreven. In sommige hypotheses wordt zelfs rekening gehouden met de mogelijkheid dat rond deze tijd een vijfde gasreus uit het zonnestelsel is gestoten, waardoor de chaos verder toenam.
In dit turbulente tijdperk zijn de Trojanen – die oorspronkelijk voorbij de omloopbaan van Neptunus moeten zijn ontstaan – mogelijk door de zwaartekracht van Jupiter ingevangen. Sinds de publicatie van het Nice-model hebben theoretici de hypothese verder bijgewerkt om ook andere ongebruikelijke kenmerken van de Trojanen te kunnen verklaren. Andere wetenschappers hebben getest of enkele van de Jupiter-Trojanen in een nóg vroegere fase van het zonnestelsel kunnen zijn ingevangen, mogelijk zelfs door een piepjonge Jupiter ter grootte van de huidige aarde.
Maar om al deze hypotheses over de vorming en evolutie van het zonnestelsel te kunnen testen, moeten wetenschappers de Jupiter-Trojanen van dichtbij bestuderen.
“Ik verheug me erop dat we iets zullen vinden dat we nooit hadden verwacht,” zegt Levison. “En dat zal zeker gebeuren!”
Dit artikel is geactualiseerd om de geslaagde lancering van de NASA-sonde Lucy te kunnen weergeven.
Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd in het Engels op nationalgeographic.com
