Gewaagde missie: heeft NASA genoeg materiaal van asteroïde Bennu vergaard?

Noot van de redactie op 23 oktober: leiders van de OSIRIS-REx-missie van NASA hebben bevestigd dat het ruimtevaartuig op 20 oktober een aanzienlijke hoeveelheid materiaal van de asteroïde Bennu heeft verzameld. Het bemonsteringsmechanisme van het ruimtevaartuig verzamelde zelfs zoveel materiaal dat het een beetje open stond, waardoor een deel van het materiaal kon ontsnappen. "Het verlies van massa baart mij zorgen, dus ik moedig het team ten zeerste aan om dit kostbare monster zo snel mogelijk te bergen", zei OSIRIS-REx-hoofdonderzoeker Dante Lauretta van de Universiteit van Arizona in een verklaring.

LITTLETON, COLORADO - Tijdens een van de meest ambitieuze versies van het spelletje ‘tikkertje’ in de geschiedenis van de mensheid heeft de NASA-sonde OSIRIS-REx met succes een robotarm ontvouwd en daarmee enkele seconden lang het oppervlak van de asteroïde Bennu aangeraakt. Als alles volgens plan is verlopen, heeft OSIRIS-REx tijdens zijn korte contact met Bennu (een stuk ruimterots dat al een miljard jaar door het zonnestelsel tolt) een kleine hoeveelheid gruis van de asteroïde vergaard. Na de gewaagde manoeuvre heeft het ruimtevaartuig zich weer van Bennu verwijderd en zal later op weg gaan naar de aarde, hopelijk met een kostbare lading aan boord: gruis en stof dat zo oud is als het zonnestelsel zelf.

Het zal enkele dagen duren voordat duidelijk wordt of het nemen van de bodemmonsters is geslaagd, maar de missieleiding weet al dat het ruimtevaartuig binnen een straal van 76 centimeter van zijn beoogde doel op het oppervlak van Bennu is ‘geland’.

“We verwijderen ons nu veilig van het oppervlak van de asteroïde,” meldde planetoloog Dante Lauretta van de University of Arizona, hoofdonderzoeker van de OSIRIS-REx-missie, nadat het team had bevestigd dat de robotarm was begonnen met het vergaren van materiaal. “Het is gelukt: we hebben het oppervlak van een asteroïde even aangetikt.”

OSIRIS-REx wist met succes te manoeuvreren op een ‘landingsplek’ van slechts enkele parkeerplekken (acht meter) breed, waar het ruimtevaartuig bodemmonsters van de asteroïde Bennu heeft genomen.

OSIRIS-REx zou méér buitenaards materiaal terug naar de aarde kunnen brengen dan enige andere onbemande ruimtesonde. Alleen tijdens de bemande vluchten van het Apollo-programma is meer ruimtesteen en -stof naar de aarde teruggebracht. Als OSIRIS-REx genoeg materiaal van Bennu heeft vergaard, zal het ruimtevaartuig de asteroïde in maart 2021 achter zich laten en weer op weg gaan naar de aarde, waar het tweeënhalf jaar later zijn met gruis gevulde capsule zal afwerpen. De kostbare lading zal aan een parachute neerdalen in de woestijn van Utah, waar hij zal worden geborgen om later te worden bestudeerd.

De hoop is dat OSIRIS-REx een schat aan inzichten in het verleden van Bennu zal opleveren, en daarmee mogelijk ook in de oorsprong van het water en het leven op aarde.

“Asteroïden zijn een soort tijdmachines die door de ruimte zweven. Hun gesteente kan een archief zijn waarin de oorsprong van ons zonnestelsel is vastgelegd,” verklaarde Lori Glaze, directeur van de afdeling planetaire wetenschap van de NASA, op 19 oktober tijdens een persconferentie. “Ze kunnen waardevolle informatie opleveren over het ontstaan van de planeten, ook die van ons.”

Varend op een digitale ‘wereldkaart’ van Bennu, laveerde OSIRIS-RExtussen de grote rotsblokken door die rond de ‘landingsplek’ lagen voordat de sonde zijn gewaagde afdaling ondernam. Het doelwit op het oppervlak van Bennu, hier aangegeven met een blauwe cirkel, heeft een doorsnede van acht meter.

Sommige ruimterotsen, waaronder ook Bennu, kunnen in de toekomst een gevaar voor de aarde betekenen. Volgens een schatting van de NASA bestaat er een kans van 1 op 2700 dat Bennu ergens aan het einde van de 22ste eeuw op aarde zal inslaan. Als uit toekomstige berekeningen zou blijken dat de asteroïde inderdaad op weg is naar de aarde, zouden gegevens van OSIRIS-REx wetenschappers kunnen helpen bij het in de gaten houden van Bennu en bij hun pogingen om zijn potentieel rampzalige koers te veranderen.

Oerwereld

De weg naar Bennu is voor het missieteam een zware, zestien jaar durende reis geweest.

Hoewel de missie al in 2004 werd voorgesteld, werd ze pas in mei 2011 formeel door de NASA geselecteerd om te worden uitgevoerd. Slechts een paar maanden daarna overleed de vader van het OSIRIS-REx-project, planetoloog Mike Drake van de University of Arizona, na een lang ziektebed aan leverfalen. Zijn plaatsvervanger Dante Lauretta, eveneens planetoloog aan de University of Arizona, volgde in de voetsporen van zijn mentor en zette de missie in de geest van Drake voort.

Om de ‘landingsplek’ met de codenaam ‘Nightingale’ op de asteroïde Bennu veilig te kunnen bereiken, moest het OSIRIS-REx-team alle gevaarlijke obstakels op de locatie in kaart brengen. De met groen aangeduide zones zijn veilig. Als het ruimtevaartuig voorspelde dat het in een minder veilige (gele) of gevaarlijke (rode) zone terecht zou komen, zou het de afdaling hebben afgebroken en het op een andere dag opnieuw hebben geprobeerd.

OmdatOSIRIS-REx geen steentjes kan vergaren die groter dan twee centimeter zijn, onderzocht het team ook de beste plekken binnen de landingslocatie ‘Nightingale’ om gruis op te pikken. In de blauwe zones lijkt veel fijn gruis aanwezig te zijn, terwijl de rode zones minder veelbelovend ogen.

“Het gaat om het verwerkelijken van de droom die Drake had,” zegt Thomas Zurbuchen van de NASA, die goed was bevriend met Drake. “Ik weet zeker dat hij het een geweldige prestatie zou hebben gevonden en enorm trots op het team zou zijn geweest als hij bij ons was geweest, wat hij volgens ons in zekere zin nog is.”

Na de lancering van OSIRIS-REx, op 8 september 2016, legde de ruimtesonde honderden miljoen kilometers af om in december 2018 bij Bennu aan te komen. Bennu is het kleinste hemellichaam dat ooit vanuit een omloopbaan door een ruimtevaartuig is bestudeerd en is niet veel meer dan een losse hoop puin (met een gemiddelde doorsnede van zo’n 518 meter) dat door de zeer zwakke zwaartekracht van het hemellichaam bijeen wordt gehouden. Onder zulke fragiele omstandigheden zou OSIRIS-RExzelfs door minieme krachten uit zijn koers gestoten kunnen worden, bijvoorbeeld door de stralingsdruk van het zonlicht dat op de ruimtesonde valt.

Dat betekende dat het OSIRIS-REx-team het gedrag van de sonde en zijn omloopbaan met ongekende precisie moest berekenen. Zonder geregelde correcties zouden minuscule afwijkingen in het traject van OSIRIS-REx al snel oplopen en de wetenschappers een misleidend beeld geven van de juiste positie van het ruimtevaartuig.

“We hebben het wereldrecord gebroken voor de kleinste omloopbaan ooit en voor het kleinste hemellichaam dat ooit vanuit een omloopbaan is bestudeerd. Dat mensen dit nog nooit eerder hebben geprobeerd, heeft een reden: het is heel moeilijk,” zegt Olivia Billet van Lockheed Martin, een van de systeemingenieurs van de OSIRIS-REx-missie. “Het is een volstrekt nieuwe manier van werken.”

Ook het landschap op Bennu heeft de NASA de nodige hoofdbrekens bezorgd. Vóór de lancering van OSIRIS-REx verwachtten de onderzoekers dat de asteroïde een glad oppervlak met ‘zandstranden’ van zeer fijn gruis zou hebben. Maar toen het ruimtevaartuig eenmaal bij Bennu was aangekomen, ontdekte de NASA dat de asteroïde is bezaaid met huizenhoge rotsblokken.

Het terrein was veel ruiger dan bij het ontwerpen van OSIRIS-REx was voorzien, dus moesten de ingenieurs de navigatiesoftware van de sonde halverwege de missie updaten. Om die nieuwe software van zoveel mogelijk informatie te voorzien, bracht het OSIRIS-REx-team het gehele oppervlak van Bennu tot op vijf centimeter nauwkeurig in kaart – de meest gedetailleerde ‘wereldkaart’ die ooit door een ruimtevaartuig van een buitenaards hemellichaam is gemaakt. “We moesten onze potloden echt slijpen,” zegt Mark Fisher van Lockheed Martin, hoofdingenieur van de OSIRIS-REx-missie.

Terug naar huis

Hoewel het team nog moet bevestigen dat er bodemmonsters zijn vergaard, blijkt uit gegevens die eerder door het ruimtevaartuig zijn verzameld dat op het hele oppervlak van Bennu – met inbegrip van de ‘landingsplek’, met de codenaam ‘Nightingale’ – koolstofhoudende moleculen voorkomen. In de hele wereld bereiden wetenschappers hun laboratoria al voor op het analyseren van dit materiaal, dat ze zullen onderzoeken op mogelijke aanwijzingen voor het ontstaan van het leven in het zonnestelsel.

Open Gallery

“Bennu blijkt alles te zijn waarop ik had gehoopt,” zegt Lauretta. “Wetenschappelijk gezien is het een goudmijn.”

Twee eerdere missies waarop bodemmonsters werden genomen, door de Japanse ruimtesondes Hayabusa en Hayabusa2, effenden de weg voor OSIRIS-REx. In 2010 bracht Hayabusahet allereerste bodemmonster dat ooit op een asteroïde was vergaard mee terug naar de aarde, terwijl Hayabusa2 zijn lading (een capsule met daarin meerdere grammen aan materiaal van de asteroïde Ryugu) vanuit de ruimte zal afwerpen: op 6 december zal de met een baken uitgeruste capsule aan een parachute in de Australische outback neerdalen.

Maar op deze Japanse missies zijn slechts zeer kleine hoeveelheden fijn stof vergaard. Daarentegen is OSIRIS-REx ontworpen om tot wel twee kilo aan materiaal op te vangen, van fijn gruis tot steentjes van twee centimeter doorsnede.

Op 11 februari 2016 onderging OSIRIS-REx in een thermale vacuümkamer van Lockheed Martin een aantal omgevingstests. Bijna zeven maanden later, op 8 september 2016, bevond het ruimtevaartuig zich op een afstand van 322 miljoen kilometer van de aarde – en nam op zijn weg terug naar onze planeet een bodemmonster van een andere wereld.

Jamie Elsila, onderzoeker van het Goddard Space Flight Center van de NASA in Greenbelt, Maryland, is vooral geïnteresseerd in de aminozuren (de bouwstenen van eiwitten) die zich mogelijk in de bodem van Bennu bij niet-biologische chemische processen hebben gevormd. Het leven op aarde maakt gebruik van twintig aminozuren, maar in meteorieten die op aarde zijn neergestort, zijn nog veel meer van deze organische verbindingen aangetroffen. De ongerepte bodemmonsters van Bennu zouden licht kunnen werpen op de vraag welke aminozuren in het vroege zonnestelsel aanwezig waren en of de uiteenlopende beschikbaarheid van deze verbindingen van invloed is geweest op het ontstaan van het leven op aarde.

Slechts een begin

De succesvolle ‘touch and go’-manoeuvre van OSIRIS-RExis reden om opgelucht adem te halen, maar het team laat de champagnekurken nog even op de flessen. In de komende anderhalve week zal het erom spannen en moet definitief blijken of OSIRIS-REx zoals gepland bodemmonsters van Bennu heeft genomen.

Deze week zullen de onderzoekers de sonde opdracht geven om met zijn uitgestrekte robotarm nog eens om zijn as te draaien. Hoe meer stof de arm heeft opgepikt, des te groter de kracht die nodig is om de omwenteling van OSIRIS-RExop gang te brengen, zodat wetenschappers binnen een foutmarge van enkele grammen kunnen schatten hoeveel materiaal er is ‘buitgemaakt’. Op 30 oktober zal Zurbuchen beslissen of OSIRIS-RExzijn monsters definitief kan opbergen en naar de aarde kan terugbrengen of naar Bennu moet terugkeren en opnieuw moet proberen om bodemmonsters van de asteroïde te nemen.

Er wordt al gewerkt aan toekomstige missies naar andere kleine oerwerelden, zoals een gepland bezoek aan de metallische asteroïde Psyche. Lockheed Martin, die de vluchtleiding van de OSIRIS-REx-missie verzorgt, bouwt ook de eerstvolgende ruimtesonde van de NASA, Lucy, die eind 2021 zal worden gelanceerd en op weg zal gaan naar de Jupiter-Trojanen, asteroïden die in ongeveer dezelfde omloopbaan als Jupiter rond de zon draaien. De kleinste van deze hemellichamen kunnen een bijdrage leveren aan de oplossing van enkele van de grootste kosmische raadsels.

Als een ongeduldige detective die de zaak van zijn leven gaat onderzoeken, kijkt Lauretta uit naar de aanwijzingen die uit het materiaal van Bennu kunnen worden opgemaakt. “Ik kan niet wachten om te beginnen met het analyseren van deze monsters,” zegt hij. “We zullen er heel veel plezier aan beleven.”

Dit artikel werd oorspronkelijk op 20 oktober 2020 in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com. Het artikelis geactualiseerd om verslag te kunnen doen van de geslaagde ‘touch and go’-manoeuvre van OSIRIS-REx.