© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Nu letar astronomer efter liv på avlägsna asteroider

En hel svärm av farkoster har skickats ut i solsystemet med kurs mot olika asteroider. Med skannrar, lasrar och provtagningsutrustning är uppdraget att avslöja nyheter om solsystemets födelse. Nu återvänder den första farkosten till jorden och med sig för den eventuellt lösningen på en av mänsklighetens största gåta: Hur livet uppstod på jorden.

Lugnet bryts av ett skott. Det är emellertid ingen som hör skottet med tanke på att projektilen avfyras över 300 miljoner kilometer från jorden, på den diamantformiga asteroiden Ryugu.

Bakom skottet ligger en automatisk mekanism på den japanska rymdsonden Hayabusa-2.

Ryugu är en tidskapsel

Nedslaget sliter upp grus och damm från ytan, varefter materialet fångas och sparas i en kapsel. Där förvaras materialet tills kapseln är tillbaka på jorden, där den ska öppnas av en grupp otåliga astrofysiker som redan har färdigställt specialbyggda laboratorier inför dess ankomst i slutet av år 2020.

© Oliver Larsen

OSIRIS-REX

tar med sig ett prov på upp emot två kilo tillbaka till jorden.

© Oliver Larsen

HAYABUSA-2

hämtar det första provet.

© Oliver Larsen

DART

knuffar en asteroid ur kurs.

© Oliver Larsen

LUCY

besöker sex asteroider vid Jupiter.

©

PSYCHE

undersöker asteroid av ren metall.

Hayabusa-2 sändes upp i december 2014, placerades i omloppsbana runt Ryugu i juni 2018 och dess dyrbara last landar enligt planen den 6 december 2020 i Australien.

När proverna återvänder till jorden är det första gången astronomerna får möjlighet att närstudera damm och småstenar från en av solsystemets verkliga åldringar, som har kretsat i princip ostört sedan solsystemets födelse och därmed fungerar som en slags tidskapsel.

Den japanska Hayabusa-2 ska enligt planerna ta ett prov från asteroiden Ryugu genom att skjuta ned en projektil i ytan.

© JAXA

Ryugu är samtidigt en primitiv asteroid, som sannolikt innehåller både vattenis och stora mängder kolhaltiga molekyler.

Därför kan proverna från Ryugu troligen också avslöja hur livet på jorden en gång uppstod. Allt liv på jorden förutsätter vatten i flytande form, så om vår planet vore torr hade livet knappast uppstått.

Forskarna vet dock inte varifrån vattnet har kommit. Om vattnet på Ryugu liknar det vi har på jorden kan asteroider mycket väl ha fört med sig vatten till jorden. Vatten är nämligen inte bara vatten; vissa vattenmolekyler innehåller en tung väteatom med en extra neutron.

Förhållandet mellan vanligt vatten och tungt vatten i två prover kan visa om det bildades på samma plats och under samma förhållanden. Asteroider innehåller dessutom den andra förutsättningen för liv: Molekyler uppbyggda kring kolatomer.

Livets byggstenar kan alltså mycket väl ha kommit till jorden med asteroider och fallit ner som meteoriter. Faktum är att ett annat besök på en annan asteroid redan har gett goda nyheter på den fronten.

Forskarna vill ha orört damm

Astrofysikerna vet redan att organisk kemi kan komma till jorden via meteoriter. Faktum är att det mesta av forskarnas kunskaper om asteroiderna kommer från meteoriter som har fallit ner på vår planet.

Jorden utsätts för ett ständigt bombardemang av meteoriter och de flesta kommer från asteroider.

Meteoriterna är en guldgruva för forskare som studerar solsystemet. Genom radiometrisk datering, där förhållandet mellan radioaktiva grundämnen och deras sönderfallsprodukter mäts med stor precision, kan forskarna åldersbestämma de mineral som meteoriten består av.

Eftersom jorden troligen har bildats samtidigt som meteoriterna har forskare använt sig av denna metoden för att fastslå jordens ålder till 4,5–4,6 miljarder år.

I laboratorier har meteoriterna sågats i papperstunna skivor och analyserats i elektronmikroskop, som tillsammans med masspektrometrar och andra avancerade instrument har avslöjat stenarnas innehåll av mineral och kemiska föreningar.

Det har gett en bild om hur asteroiderna skapades.

Problemet med meteoriter är att de inte är orörda delar av asteroider. För det första har de haft en besvärlig färd genom jordens atmosfär och värmts upp till höga temperaturer. För det andra förorenas de av jordiskt material.

En expedition till asteroiderna kan räta ut vissa frågetecken, men farkostens storlek och vikt begränsar både antalet och typen av instrument som kan föras med på resan. Utrustning för datering av mineral är exempelvis för utrymmeskrävande för att kunna tas med på en rymdsond. De bästa elektronmikroskopen är tre–fyra meter höga och kan väga ett ton, så det är uteslutet att ta med sådana ut i rymden.

Därför satsar forskarna på att få tag på orört damm och stenar som tagits direkt från en asteroid. Fördelen med det är också att forskarna vet exakt varifrån provet kommer, så att de slipper gissa sig till
ursprunget som med meteoriter.

Det är man väl medvetna om på det japanska rymdorganet Jaxa.

Ryugu är svår att landa på

Provtagningsexpeditioner står överst på astrofysikernas önskelista, men det är inte enkelt att landa en rymdfarkost på en asteroid, säkra material och skicka tillbaka det till jorden.

Hayabusa-2 är en förbättrad version av rymdfarkosten Hayabusa, som sändes upp från Japan den 9 maj 2003 men som inte höll måttet. Målet var att hämta material från den 535 meter långa potatisformade stenasteroiden Itokawa.

Expeditionen drabbades emellertid av en rad tekniska svårigheter. Farkosten fick motorproblem på vägen dit och landningssonden hamnade i omloppsbana runt solen i stället för på asteroidens yta.

Projektil får damm att virvla upp i farkosten

/ 4

Landingssonder

Två landningssonder har suttit monterade på Hayabusa-2 tills de lösgjordes i höstas och föll ner på asteroiden. I sommar ska en extra sond följa efter.

1

Laserinstrument

Laserinstrumentet beräknar avståndet till asteroiden genom att skicka pulser mot ytan och mäta hur de reflekteras.

2

Returkapsel

Returkapseln rymmer behållarna i vilka dammet svävar upp. Kapseln har en värmesköld och en inbyggd fallskärm för återfärden genom jordens atmosfär.

3

Provtagningsrör

Provtagningsröret innehåller projektiler som avfyras mot ytan ör att frige damm. Röret är fjädrande och kan ge efter vid nedslaget.

4
© JAXA

Trots det lyckades Hayabusa genomföra världshistoriens första asteroidlandning.

Tyvärr gick dock provtagningen fel eftersom avfyrningsmekanismen inte fungerade. Därför fick man endast ytterst lite material med sig tillbaka. När returkapseln landade i den australiensiska öknen år 2010 fanns det bara 1 500 mikroskopiska dammkorn från asteroiden i den.

Sedan dess har partiklarna analyserats i laboratorier.

Den 7 augusti 2018 meddelade en grupp japanska forskare att dammet tycks komma från en asteroid som bildades tillsammans med övriga solsystemet, men som för cirka en och en halv miljard år sedan var inblandad i en våldsam kollision med en annan asteroid. Itokawa består av fragment från den kollisionen.

Förväntningarna på Hayabusa-2 är höga, och än så länge har expeditionen varit oproblematisk.

Den 3 december 2014 sändes den 609 kilo tunga farkosten upp från den japanska rymdstationen på ön Tanegashima och den 27 juni 2018 kom den fram till Ryugu.

Ryugu är en rombformad asteroid som upptäcktes år 1999 och som har en diameter på cirka 900 meter.

Till de japanska forskarnas förvåning har asteroiden visat sig vara översållad med stenar och klippstycken.

Det var något av en missräkning. Forskarna hade hoppats att Ryugu skulle ha en stor, platt och jämn yta, vilket hade varit idealiskt för provtagningen.

Hayabusa-2 skulle egentligen ha tagit provet redan i oktober 2018, men det ogästvänliga landskapet gjorde att man behövde längre tid för att hitta en bra landningsplats ett område med en diameter på 20 meter utan stenar högre än en halv meter.

Hayabusa-2 har redan satt ner tre små landningssonder på asteroiden.

Data från dessa har visat att Ryugus yta är fast och saknar damm, tvärtemot forskarnas förväntningar. Därmed har den lilla asteroiden redan överraskat på två sätt.

Hoppar i stället för att landa

I denne uge skal Hayabusa-2 foretage sit første forsøg på at få prøverne i hus. Når det sker, bliver det ikke ved en egentlig landing, men derimod et ultrakort visit.

Operationen pågår i en sekund

Besöket blir nämligen ultrakort. Under en enda sekund – det enda som krävs för att ta provet – kommer rymdfarkosten att vara i kontakt med ytan.

Ett meterlångt provtagningsrör fungerar som en sorts högteknisk fjäder så att rymdfarkosten – med viss hjälp av små raketmotorer – snabbt hoppar upp från asteroidens yta igen.

I princip samma metod kommer att användas av den amerikanska motsvarig­heten, Osiris-Rex.

Efter en drygt två år lång resa anlände Nasas rymdsond till asteroiden Bennu den 3 december 2018 och befinner sig nu i en bana cirka 19 kilometer från ytan. Därifrån har farkostens spektrometrar redan gjort en första viktig upptäckt genom att registrera molekyler som består av föreningar av väte och syre.

Bennu måste följaktligen vid en tidpunkt ha varit i kontakt med vatten, troligen i en större asteroid från vilken Bennu har brutits loss.

Forskarna måste emellertid vänta lite grand med mer ingående analyser. Först i juli 2020 kommer farkosten att dyka ner mot Bennu och ta damm och småstenar från asteroiden, som har en diameter på cirka 500 meter.

Medan målet för Hayabusa-2 är att samla in bara 0,1 gram damm går Osiris-Rex mer beslutsamt till väga med ett insamlingsaggregat som rymmer hela två kilo damm och stenar. Forskarna på Nasa nöjer sig dock med att få med sig 60 gram hem.

Amerikanerna övervägde en regelrätt landning på asteroiden, men kom fram till att de föredrog en blixtvisit.

En så pass liten himlakropp som en asteroid har ett mycket svagt gravita­tionsfält, vilket gör det svårt att landa och stanna kvar på ytan. Gravitationen på Ryugu är 80 000 gånger svagare än på jorden. En 80 kilo tung person hade alltså inte vägt mer än ett gram där. På Bennu är gravitationen ännu svagare.

Två kilo damm skickas till jorden

En rymdsond kan lätt råka tumla runt på asteroiden om den inte har särskilda mekanismer för att hålla den på plats. Den europeiska landningssonden Philae, som ingår i Rosetta-expeditionen, hade exempelvis harpuner när den landade på kometen 67P/Tjurjumov-Gerasimenko år 2014.

Dessvärre fungerade de inte, vilket gjorde att rymdsonden hamnade i skuggan där solcellerna inte kunde producera ström. Ett sådant fiasko vill Nasa och Jaxa undvika, så i stället använder de den låga gravitationen för att komma tillbaka ut i rymden.

Både Ryugu och Bennu har valts ut för att de tillhör den relativt orörda primitiva C-typen av asteroider och för att de med jämna mellanrum kommer relativt nära jorden i sin bana runt solen.

De flesta asteroider finns i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, men en resa tur och retur dit tar både lång tid och är dyr att genomföra. Därför har forskarna satsat på så kallade jordnära asteroider som följer andra banor.

VIDEO – Se OSIRIS-REx ta provet på bara fem sekunder:

Bennu är ett potentiellt farligt objekt som år 2135 kommer att befinna sig närmare jorden än månen. Beräkningar visar att risken för att Bennu träffar oss mellan år 2175 och 2195 är 0,037 procent.

Ett nedslag skulle orsaka en naturkatastrof som kan kosta miljontals liv. Det faktum att asteroiderna utgör en risk är en god anledning att ta en närmare titt på dem.

Astrofysikerna vill veta mer om hur asteroiderna rör sig i solsystemet. Det ska Osiris-Rex hjälpa till med. Forskarna vill framför allt ta reda på hur solljusets uppvärmning och den därpå följande nedkylningen påverkar en asteroids bana.

Farkost kommer nära metallklump

Asteroidutforskningen går för närvarande på högvarv, och Nasa överväger även andra möjliga mål för rymdsonder.

Ett av dem är den cirka 210 kilometer stora asteroiden Psyche, som upptäcktes år 1852 och som skiljer sig från andra asteroider genom sin höga densitet.

Den är väldigt tung i förhållande till sin storlek och består troligtvis nästan enbart av järn och nickel, precis som jordens kärna. Forskarna tror därför att Psyche kan vara den blottlagda kärnan av en liten planet som en gång krossades i en våldsam kollision.

Farkosten Psyche, som är uppkallad efter asteroiden, ska enligt planen sändas upp i oktober 2023, men når fram till asteroidbältet, där Psyche befinner sig, först år 2030.

I 21 månader ska sonden kretsa runt asteroiden och göra mätningar som förhoppningsvis kan avslöja historien bakom det märkliga metallobjektet.

Nasa har ytterligare en expedition på ritbordet, Lucy, som ska nå ännu längre. Lucy ska flyga tätt intill sex olika asteroider som kretsar i samma bana runt solen som Jupiter.

Asteroider som delar bana med en planet kallas trojanska asteroider, och det är alltså några av Jupiters trojaner som ska få besök.

Hittills har astronomerna hittat drygt 7 000 asteroider som fångats in av jättens gravitationsfält och som nu kretsar i fasta banor där de antingen följer efter Jupiter eller utgör en förtrupp till gasjätten.

Målet är att ta reda på var i solsystemet de trojanska asteroiderna bildades och hur så många har slutat som följeslagare till Jupiter. Lucy ska sändas upp i oktober 2021 och expeditionen ska pågå i tolv år.

Först passerar rymdfarkosten asteroidbältet och flyger förbi den lilla asteroiden Donald-johanson innan den år 2027 och 2028 når asteroiderna Polymele, Orus, Eurybates och Leucus framför Jupiter.

Sedan tar det ytterligare fem år att komma till trojanerna som följer efter Jupiter. Där är målet Patroclus och Menoetius, som kretsar runt varandra.

Forskargrupper utväxlar prover

De två expeditionerna tar inte med sig något material hem, så för astrofysikerna är provtagningsexpeditionerna mest spännande.

De två forskargrupperna ska utväxla material så att båda kan analysera damm och stenar från Ryugu och Bennu.

En del av materialet kommer att låsas in och bevaras för eftervärlden. Instrumenten i laboratorierna förbättras kontiunerligt, så framtidens forskare kommer att kunna få ut ännu mer information ur mineralen.

Månstenar som fördes med hem av Apolloastronauterna för 50 år sedan analyseras än i dag. Även asteroiddammet lär ge oss nya kunskaper om solsystemet under flera årtionden framöver.

Under de närmaste tio åren ska man inte bara ta material från asteroider utan även från kometer, Mars och månen Phobos.

Forskarna kan också se fram emot nya stenar från vår egen måne. Redan år 2019 genomför kineserna en provtagningsexpedition dit.

Fysikerna och kemisterna lär med andra ord ha fullt upp med att försöka besvara den stora frågan om vårt ursprung.