‘Puin’-asteroïden zijn verrassend lastig te vernietigen
Een onderzoeksteam denkt dat zogenaamde puin-asteroïden lastig zijn te vernietigen en dat ze zeer algemeen in ons zonnestelsel voorkomen.
Volgens nieuw onderzoek komen asteroïden die zijn opgebouwd uit los puin meer voor en zijn ze steviger dan eerder werd gedacht. De wetenschappers achter de studie zeggen dat dit een probleem kan vormen voor planetaire verdedigingsmaatregelen. Maar er kan reden zijn voor optimisme, gezien de recente inzichten die zijn verkregen uit NASA’s succesvolle DART-missie om de baan van een asteroïde af te buigen.
Eens slechts een hypothese lijken ‘puin’-asteroïden een algemeen onderdeel van het zonnestelsel te zijn, zoals blijkt uit missies naar de asteroïden Itokawa, Ryugu, Bennu en Dimorphos. Die laatste asteroïde is nog niet officieel als zodanig bevestigd maar is het zeer waarschijnlijk wel. Zoals de naam al doet vermoeden zijn asteroïden opgebouwd uit puin losjes gebonden conglomeraten van steen en stof die bij elkaar worden gehouden door een uitzonderlijk zwakke zwaartekracht. En met zwak wordt ook zwak bedoeld; de krachten die aan het oppervlak optreden zijn vergelijkbaar met het gewicht dat wordt opgelegd door een paar stukjes papier die je in je hand houdt.
Puin-asteroïden zijn behoorlijk poreus en onderscheiden zich van monolithische asteroïden – intacte en dichte brokken gesteente. Grote monolithische asteroïden van 1 kilometer of meer gaan waarschijnlijk honderden miljoenen jaren mee maar de aard en levensduur van puin-asteroïden zijn minder duidelijk. Een nieuw PNAS-artikel, geleid door planeetwetenschapper Fred Jourdan van de Curtin University in Australië, probeert enkele van deze hiaten te vullen.
Voor het onderzoek heeft Jourdan, samen met een internationaal team, gekeken naar de oorsprong, samenstelling en duurzaamheid van puin-asteroïden, terwijl deze objecten ook werden bekeken vanuit het perspectief van planetaire verdediging. Net als asteroïden van het monolithische type vormen asteroïden opgebouwd uit puin ook een bedreiging voor het leven op Aarde.
De onderzoekers analyseerden stofdeeltjes die in 2010 door de Hayabusa 1 ruimtesonde van JAXA naar de Aarde werden gebracht. Deze ruimtesonde had vijf jaar eerder oppervlaktemonsters genomen van de aardscheerder asteroïde Itokawa. Met behulp van een techniek die “elektron back scatttering diffractie” wordt genoemd, kon het team bepalen of de deeltjes waren geschokt door eerdere inslagen en met behulp van argondatering konden ze deze asteroïde-inslagen dateren.
Ze ontdekten dat Itokawa als een gigantisch ruimtekussen is en heel moeilijk is te vernietigen.
De resultaten toonden aan dat Itokawa – een puin-asteroïde – ongeveer 4,2 miljard jaar geleden is ontstaan. Dat is heel lang geleden en de wetenschappers schrijven deze lange levensduur toe aan het vermogen van de asteroïde om botsingen met andere asteroïden te overleven. “Zo’n lange overlevingstijd voor een asteroïde wordt toegeschreven aan de schokabsorberende aard van puinhopen en suggereert dat puinhopen moeilijk zijn te vernietigen als ze eenmaal zijn ontstaan”, schreven de onderzoekers n hun studie. “Onze resultaten suggereren dat puin-asteroïden waarschijnlijk meer voorkomen in de asteroïdengordel dan eerder werd gedacht.”
Of zoals Jourdan uitlegde in een persbericht van de Curtin University: “Kortom, we ontdekten dat Itokawa als een gigantisch ruimtekussen is en heel moeilijk te vernietigen.” En omdat puin-asteroïden moeilijk te vernietigen zijn zit het zonnestelsel er vermoedelijk vol mee.
Dienovereenkomstig heeft het nieuwe artikel implicaties voor planetaire verdedigingsstrategieën ter bescherming tegen bedreigende asteroïden. Dat puinasteroïden steviger en overvloediger zijn dan men eerst dacht is een duidelijke reden voor bezorgdheid. Volgens eerder werk is de hoeveelheid energie die nodig is om een puin-asteroïde volledig te vernietigen ongeveer vier keer hoger dan voor monolithische asteroïden. Bovendien zijn poreuze asteroïden moeilijker af te buigen met kinetische impactoren omdat de porositeit van deze objecten de “efficiëntie van de overdracht van momentum” vermindert. Kortom, puin-asteroïden zijn gigantische schokdempers.
De wetenschappers erkenden een recent NASA-experiment over deze kwestie en zeiden dat “er nog veel te leren valt van de succesvolle inslag van de ruimtesonde Double Asteroid Redirection Test (DART) op de asteroïde Dimorphos.
De recente DART-missie was een groot succes. De missie toonde aan dat puin-asteroïden verplaatst kunnen worden door er ruimtesondes op te laten botsen. Het probleem is dat het nodig is om de asteroïden heel vroeg te detecteren, aangezien de druk erg klein zal zijn. Dus als de asteroïde door kinetische inslag wordt geduwd, bijvoorbeeld drie jaar voordat hij met de Aarde in botsing komt, is dat geen probleem. DART-achtige apparaten kunnen het maar wat als er niet genoeg tijd hebben?
Omdat ze geen vertrouwen hebben in kinetische impactoren om puinasteroïden snel af te buigen of te vernietigen stellen de onderzoekers agressievere benaderingen voor, zoals nucleaire ontploffingen.
Samengevat: de DART-ruimtesonde botste op 26 september 2022 opzettelijk tegen de 163 meter grote asteroïde Dimorphos waardoor zijn baan rond zijn grotere partner Didymos met ongeveer 33 minuten werd verkort. Dit was een ongelooflijk resultaat, aangezien de DART-wetenschappers een orbitale aanpassing van ongeveer 73 seconden hadden voorspeld. Een mogelijke factor voor de verrassend grote duw van DART? Het terugslageffect. En naar de mening van de onderzoekers is het dit terugslageffect dat enige hoop kan bieden voor het omgaan met puin-asteroïden in de toekomst.
Door de inslag van DART op Dimorphos kwam meer dan 1 miljoen kilogram materiaal vrij van het oppervlak, wat resulteerde in een aanzienlijke puinstaart. Vroege resultaten die eind vorig jaar werden vrijgegeven suggereren dat de resulterende ejecta-pluim, zoals lucht die uit een ballon stroomt, een extra duw veroorzaakte; het momentum dat werd overgebracht naar Dimorphos was bijna vier keer groter dan een inslaggebeurtenis die geen pluim veroorzaakte. Het is zeer waarschijnlijk dat een pluim van deze massa zich niet zou vormen op een monolithische asteroïde en dat het waargenomen effect een duidelijk gevolg is van de poreuze aard van Dimorphos.
Het resultaat van die terugstootkracht is dat je meer vaart in het doelwit zet en uiteindelijk een grotere afbuiging krijgt. Als je de Aarde probeert te redden dan is dit een groot verschil. Het team van Jourdan heeft weinig vertrouwen in kinetische impactors als middel om onze planeet op korte termijn te beschermen tegen puin-asteroïden, maar rekening houdend met het terugslageffect kan dit wel betekenen dat er nog hoop is voor de strategie, vooral in scenario’s waarin we vervroegd op de hoogte zijn van een potentiële inslag.
Afgezien van de doeltreffendheid van kinetische impactoren stelt Jourdan voor puin-asteroïden de nucleaire optie voor in gevallen waarin planetaire verdedigers heel weinig tijd hebben om te reageren. Het is bijvoorbeeld mogelijk om een onvermijdelijke inslag binnen enkele maanden te detecteren in plaats van jaren of decennia. Maar voor alle duidelijkheid: Jourdan pleit niet voor de vernietiging van dreigende puin-0asteroïden – een prestatie die volgens het onderzoek van zijn team praktisch onmogelijk is. Integendeel, planetaire verdedigers zouden de mogelijkheid moeten overwegen om, in een poging de asteroïde af te buigen, een nucleair apparaat in de buurt van de asteroïde tot ontploffing te brengen.
Dat komt omdat de schokgolf veel energieker zou zijn dan kleine kinetische impactors zoals DART en het zou de binnenkomende asteroïde in grotere mate duwen en zo de klus kunnen klaren. Het feit dat ze taai zijn zou in ons voordeel kunnen werken zodat ze niet door de ontploffing worden vernietigd. Een exploderende asteroïde zou op Aarde voor een regen van puin kunnen zorgen met verwoestende effecten. Volgens Jourdan moeten dit soort dingen in het echt worden getest, net zoals bij DART, voordat men er volledig zeker van is dat het werkt zoals bedoeld. Dat zal nog wel enige discussie opleveren van de Outer Space Treaty van 1967 verbiedt het gebruik van nucleaire middelen in de ruimte.
Als het gaat om het afbuigen van asteroïden zijn er meer factoren betrokken en kan het heel snel ingewikkeld worden. Men kan niet stellen dat alleen de porositeit de belangrijkste factor is. De DART-onderzoekers denken dat het heel goed zo zou kunnen zijn dat een gigantische hoop grind vanwege zij porositeit veel lastiger zal afbuigen dan een enkele steen.
Als je echter naar de grootte kijkt in plaats van de massa en je hebt een rots van 100 meter in de ruimte dan zal de enkele rots veel meer massa hebben dan een berg grind van 100 meter, wederom omdat grind veel poreuzer is en daardoor gemakkelijker is te verplaatsen. Andere effecten, zo klein dat we er ons in het dagelijks leven geen zorgen over hoeven maken zullen ook van invloed zijn op de resultaten. Zelfs in het meest pessimistische geval zal een kinetische impactor een minimale, voorspelbare afbuiging kunnen veroorzaken, aldus Andrew Rivkin van het DART-onderzoeksteam.
Rivkin en zijn collega’s zijn nog steeds bezig met het verwerken van de gegevens van DART en of “mensen nu wel of niet klaar zijn om Dimorphos te classificeren als een puin-asteroïde, het toont allemaal aan dat we nog vele te bestuderen hebben over het ontstaan en de evolutie van asteroïden.”
Ongetwijfeld staan we nog in de kinderschoenen in onze pogingen om een effectief en betrouwbaar middel te ontwikkelen om de Aarde te bescheren tegen dreigende asteroïden. Het nieuwe artikel werpt licht op de aard en de veerkracht op lange termijn van puin-asteroïden – informatie die van groot nut zal zijn voor planetaire verdedigers.
Artikel: Rubble pile asteroids are forever. Fred Jourdan, Nicholas E. Timms, Tomoki Nakamura, Denis Fougerouse
Eerste publicatie: 29 januari 2023
Bron: Gizmodo & anderen
