Hayabusa – jonmotor

Rymdsond levererar fragment av asteroid

Efter en drygt fem miljarder kilometer lång resa har rymdsonden Hayabusa-2 levererat sin dyrbara last: en kapsel med damm lika gammalt som solsystemet. Det ska avslöja hur livets byggstenar kom till jorden.

Efter en drygt fem miljarder kilometer lång resa har rymdsonden Hayabusa-2 levererat sin dyrbara last: en kapsel med damm lika gammalt som solsystemet. Det ska avslöja hur livets byggstenar kom till jorden.

DLR German Aerospace Center

Hayabusa betyder ”falk” på japanska, och när japanernas främsta pilgrimsfalk, rymdsonden Hayabusa-2, levererade sitt byte den 6 december 2020 jublades det i hela världen.

Efter en drygt fem miljarder kilometer lång resa tur och retur till asteroiden Ryugu släppte Hayabusa-2 ner en kapsel med urgammalt damm genom atmosfären.

Dammet, som kommer från tiden då solsystemet bildades, har skjutits loss från Ryugus yta med hjälp av projektiler.

Nu kan forskarna för första gången någonsin undersöka fragment av det ursprungliga solsystemet och bland annat påvisa sammansättningen av de asteroider som enligt den senaste forskningen förde vattnet och livets organiska byggstenar till den nyfödda jorden.

Meteoriter är alltför illa åtgångna

Hittills har astronomerna huvudsakligen fått nya kunskaper om asteroider genom att undersöka de fragment som med jämna mellanrum faller ner på marken som meteoriter.

Meteoriterna innehåller emellertid sällan ursprungligt, oskadat material från solsystemets födelse. På vägen ner genom atmosfären utsätts meteoriterna för enormt hög värme, och när de har landat blir de ofta liggande i århundraden och utsätts då för väder och vind innan de hittas. Det gör att deras ursprungliga struktur förstörs.

Asteroider som kretsar i området mellan jorden och Jupiter har dock knappt förändrats alls sedan de bildades av dammkorn under solsystemets första 100 miljoner år.

För att komma över de ursprungliga byggstenarna behöver man följaktligen bege sig ut till asteroiderna och ta prover från dem. Så tänkte japanerna år 2003, då de sände den första Hayabusasonden mot stenasteroiden Itokawa.

År 2010 förde den första Hayabusasonden hem ett mikroskopiskt prov från stenasteroiden Itokawa som påminner om de smälta och omvandlade stenmassorna i jordens inre. Nu har Hayabusa-2 tagit prover av kolasteroiden Ryugu, som har bevarat solsystemets äldsta historia.

Frostgräns-01-Livets-byggstenar-har-landat
© Ken Ikeda Madsen/Shutterstock

Frostgräns delade upp solsystemet

I det unga solsystemet uppstod två typer av föregångare till planeterna, så kallade protoplaneter. Deras uppbyggnad avgjordes av en frostgräns, som bestämde om protoplaneternas innehåll av exempelvis vatten förångades eller bevarades i form av is.

Frostgräns-02-Livets-byggstenar-har-landat
© Ken Ikeda Madsen/Shutterstock

Värme raderade den tidiga historien

Nära solen värmdes protoplaneterna upp utifrån av solljus och inifrån av radioaktivt sönderfall. De smälte och bildade metallkärnor omgivna av stenmantlar. Kärnorna blev senare till metallasteroider och mantlarna till stenasteroider, som Itokawa.

Frostgräns-03-Livets-byggstenar-har-landat
© Ken Ikeda Madsen/Shutterstock

Kyla bevarade byggnadsmaterial

Längre bort från solen kunde protoplaneterna avge sin värme i den iskalla rymden och smälte därför inte. Asteroider som Ryugu är rester av sådana protoplaneter och innehåller därmed oförändrat byggmaterial från det unga solsystemet.

Stenasteroider uppstod i solsystemets barndom, där föregångarna till de nuvarande planeterna, de så kallade protoplaneterna, smälte samman och bildade en metallkärna omgiven av en mantel av flytande stenmassa. Vissa av protoplaneterna blev till planeter, medan andra krossades i kollisioner, som omvandlade manteln till stenasteroider.

När Hayabusa år 2010 återvände till jorden med 1 500 mikroskopiska asteroidpartiklar ombord bekräftade analyser att stenasteroider innehåller samma mineraler som jordens mantel. Samtidigt fick emellertid forskarna veta att stenasteroider som Itokawa är snustorra och alltså knappast har försett jorden med vatten.

Avlägsna asteroider förde med sig liv

För att hitta upphovet till jordens oceaner riktade japanerna i stället blicken mot kolasteroiderna, som troligen har levererat både vatten och organiska ämnen.

Kolasteroider är särskilt intressanta för astronomerna, eftersom de kommer från protoplaneter som bildats långt ute i solsystemets kalla delar. Eftersom protoplaneterna inte smälte där ute har material från solsystemets skapelse bevarats i de avlägsna asteroiderna.

Till nästa asteroidexpedition siktade japanerna därför in sig på den diamantformiga kolasteroiden Ryugu. År 2014 sändes sonden Hayabusa-2 upp, och fyra år senare kunde den placeras i omloppsbana.

Hayabusa – jonmotor

Den 5 januari 2021 startade Hayabusa-2 sina jonmotorer och påbörjade en ny tioårig rymdfärd. Det första stoppet sker år 2026, då sonden anländer till stenasteroiden 2001 CC21.

© DLR German Aerospace Center

Det stod snart klart att Ryugu är en porös grushög som består av små och stora stenar, som huvudsakligen hålls ihop av gravitationen.

Mätningar visade också att Ryugu är rik på organiska kolföreningar. I dag saknar asteroidens yta vatten, men Hayabusa-2:s instrument registrerade mineraler som innehöll hydroxid, som består av en syreatom och en väteatom.

Hydroxidhaltiga mineraler fälls vanligen ut i vatten, så deras närvaro tyder på att Ryugu eller den protoplanet som asteroiden ursprungligen utgjorde en del av hade antingen vatten eller is.

Efter att ha analyserat asteroiden på avstånd sköt Hayabusa-2 ner en två kilo tung kopparprojektil i asteroidens yta för att blottlägga ursprungligt, oförändrat asteroiddamm.

Två kolasteroider undersöktes på två olika sätt av två sonder. Hayabusa-2 besköt asteroiden Ryugu för att samla in damm från solsystemets födelse, medan OSIRIS-REx tog ett stort prov från Bennu med hjälp av en gasström.

Hayabusa-2
© JAXA

1. Projektil blottlägger damm

Hayabusa-2 beskjuter Ryugu med en två kilo tung kopparprojektil för att blottlägga damm från asteroidens inre. Därefter avfyrar sonden en mindre projektil, som river upp 5,4 gram damm i en behållare på sondens provarm.

OSIRIS-REx – Bennu
© University of Arizona/Goddard/NASA

2. Gasström överfyller provkammare

OSIRIS-REx landar på Bennu, där provarmen ger ifrån sig en ström av gas, som virvlar upp damm i en behållare. Det kommer så mycket asteoriddamm att det inte går att stänga locket ordentligt. Några gruspartiklar sitter i vägen.

Några veckor senare dök sonden ner över kratern och svävade ovanför den likt en helikopter, medan en provarm sänktes ner till kraterns botten. Armen avfyrade en liten projektil, som rev upp damm i en behållare.

Efter det att behållaren förseglats och återigen stuvats ombord på Hayabusa-2 inleddes färden mot jorden.

Ett och ett halvt år efter besöket på asteroiden föll kapseln med behållaren till allmänt jubel ner i Australiens vildmark. När forskarna öppnade behållaren och fann att den innehöll gas från Ryugu och 5,4 gram ursprungligt asteroiddamm – fem gånger mer än man räknat med – bara tilltog jublet i styrka.

Forskarna kan nu undersöka ett helt oförändrat prov av det moln av damm och gas runt solen som bildade de fyra inre stenplaneterna.

Och provet från Ryugu kommer inte att vara det enda.

Vatten rann genom Bennu

År 2017 sände Nasa upp sonden OSIRIS-REx, och i december 2018 placerades den i omloppsbana runt kolasteroiden Bennu.

Liksom Ryugu är Bennu en löst sammanhållen asteroid av grus och sten.

Robotsond ska knuffa asteroid ur kurs

© JHUAPL/NASA

För närvarande kretsar 22 000 asteroider oroväckande nära jorden, och Bennu är en av dem. Läs mer om hoten från rymden och hur vi avvärjer det.

Forskarna hade räknat med att ytan skulle vara relativt slät, men observationerna visade att asteroiden är täckt av stora, porösa granitblock med en diameter på upp till 16 meter.

Just granitblocken visade sig ge starka bevis för att Bennu eller den protoplanet från vilken asteroiden en gång slogs loss, för länge sedan genomströmmades av stora mängder vatten. På många av stenarna fotograferade satelliten nämligen ljusa ränder som var upp till 1,5 meter långa och 14 centimeter breda.

OSIRIS-REx ränder Bennu

De vita ränderna av karbonater på Bennus yta har troligen avlagrats av flytande vatten på protoplaneten som Bennu för 4,5 miljarder år sedan utgjorde en del av.

© University of Arizona/Goddard/NASA

Ränderna består av kolrika mineraler, så kallade karbonater, som fälls ut i flytande vatten. Eftersom Bennu innehåller betydligt mer organiska kolföreningar än Ryugu stärker observationerna teorin om att det var nedslag av kolasteroider i jordens barndom som fyllde oceanerna med vatten och förde livets byggstenar till planeten.

Sonden var för girig

Granitblocken ställde emellertid till med problem för Nasas ambitiösa plan att föra hem ett stort prov om 60–2 000 gram asteroiddamm, eftersom OSIRIS-REx byggdes för att landa på en slät, 2 000 kvadratmeter stor yta. Den bäst lämpade platsen var endast 100 kvadratmeter stor.

OSIRIS-REx – landning på Bennu

OSIRIS-REx byggdes för att kunna landa på en slät, 2 000 kvadratmeter stor yta, men Bennu var täckt av stora granitblock. Den bäst lämpade landningsplatsen visade sig vara bara 100 kvadratmeter stor.

© University of Arizona/Goddard/NASA

Därför dock Nasas rymdingenjörer en suck av lättnad när landningen trots allt gick bra. Dramat hade emellertid bara börjat.

OSIRIS-REx vidrörde Bennu i endast sex sekunder, då provarmen slogs ner i ytan och gav ifrån sig en ström av kvävgas, som fick damm och grus att virvla in i en behållare.

Därefter lättade satelliten och sände en video av provtagningen till kontrollrummet. Det långa avståndet, 334 miljoner kilometer, gjorde att bilderna kom fram först 18,5 minuter senare. Då upptäckte forskarna till sin fasa att fem småstenar satt i kläm i det tunna folielocket, som skulle försegla behållaren.

Det fanns en överhängande risk att asteroiddammet kunde skakas ut ur behållaren igen.

Nasa avlyste omedelbart planerna på att låta OSIRIS-REx kretsa flera varv runt Bennu och lät i stället sonden driva vidare ut i rymden utan kursförändringar, allt för att undvika onödiga skakningar. Under tiden skickades mängder av olidligt långsamma radiosignaler mellan sonden och kontrollrummet.

Först efter tre nervpirrande dygn var locket till provbehållaren och dess dyrbara innehåll på och hade stoppats ner i inneslutningen som skulle transportera asteroiddammet till jorden. Nasas bedömning var att behållaren innehöll minst 400 gram, det vill säga 80 gånger mer än Hayabusa-2 förde hem till jorden.

OSIRIS-REx inledde hemfärden i mars 2020 och ska enligt planen leverera behållaren med asteroiddammet i Utah den 24 september 2023.

Jakt på aminosyror i dammet

Under tiden fortsätter analyserna av provet från Ryugu. Jaxas första mätningar har bekräftat att gasen i behållaren kommer från asteroiddammet och därmed från solsystemets födelse.

Under år 2021 fördelas hälften av dammet på sex forskargrupper, huvudsakligen i Japan och USA, medan den andra hälften sparas till framtiden, då nya analysmetoder troligen kommer att kunna få ut ännu mer information ur dammkornen.

Forskargrupperna ska först och främst ta reda på hur organiska föreningar baserade på kol, svavel och kväve har reagerat med varandra i kolasteroiderna och om de har bildat aminosyror eller andra komplexa molekyler.

Aminosyror är byggstenarna i proteiner och enzymer, som utför alla biokemiska processer i levande celler, till exempel syntes av dna.

Hayabusa – provkammare – damm

Hayabusa-2:s provkammare innehöll 5,4 gram damm från asteroiden. För första gången kan forskarna nu studera ett prov från det ursprungliga moln av damm och gas som skapade solsystemets fyra inre stenplaneter.

© JAXA

När OSIRIS-REx för provet från Bennu till jorden kommer man att kunna jämföra de två proverna och kanske få en förklaring på varför Bennu både har innehållit mer vatten och i dag har större mängder organiska kolföreningar än Ryugu. Forskarna räknar med att resultaten kommer att avgöra huruvida nedslag av kolasteroider banade väg för livets mirakel på jorden eller ej.

”Vårt slutmål är att ta reda på hur organiska ämnen bildas i rymden och förstå den organiska syntes som ägde rum i asteroider i solsystemets barndom”, säger Hiroshi Naraoka på Jaxa.

Långt efter det att den japanska falken Hayabusa-2 lämnat jorden bakom sig för att fortsätta sin asteroidresa, gör sig Nasa redo att besöka en mystisk grupp asteroider långt, långt bort.

Nasa tar sikte på avlägsna asteroider

Lucy asteroid
© Southwest Research Institute

Nästa mål för Nasas asteroidjägare ligger långt från jorden. Under de kommande åren sänder man upp sonder som ska undersöka materialet runt Jupiter och besöka den enorma järnklumpen Psyche. Läs mer här.