Asteroïden kunnen een bedreiging vormen voor het leven op aarde, maar zijn ook een waardevolle bron van hulpbronnen om brandstof of water te maken voor verkenning van de diepe ruimte. Verstoken van geologische en atmosferische processen, deze ruimterotsen bieden een venster op de evolutie van het zonnestelsel. Maar om hun geheimen echt te begrijpen, wetenschappers moeten weten wat erin zit.

Slechts vier ruimtevaartuigen zijn ooit op een asteroïde geland - meest recentelijk in oktober 2020 - maar geen enkele heeft er in gekeken. Maar het begrijpen van de interne structuren van deze kosmische gesteenten is cruciaal voor het beantwoorden van belangrijke vragen over, bijvoorbeeld, de oorsprong van onze eigen planeet.

"Asteroïden zijn de enige objecten in ons zonnestelsel die min of meer onveranderd zijn sinds het allereerste begin van de vorming van het zonnestelsel, " zei Dr. Fabio Ferrari, die asteroïde-dynamica bestudeert aan de Universiteit van Bern, Zwitserland. "Als we weten wat er in asteroïden zit, we kunnen veel begrijpen over hoe planeten werden gevormd, hoe alles wat we in ons zonnestelsel hebben zich heeft gevormd en in de toekomst zou kunnen evolueren."

Dan zijn er ook meer praktische redenen om te weten wat er in een asteroïde zit, zoals mijnbouw naar materialen om menselijke verkenning van andere hemellichamen te vergemakkelijken, maar ook verdedigen tegen een aardgebonden rots.

NASA's aanstaande Double Asteroid Redirection Test (DART) missie, wordt naar verwachting later dit jaar gelanceerd, zal in 2022 botsen op de asteroïde maan Dimorphos met een diameter van 160 meter, met als doel zijn baan te veranderen. Het experiment zal voor het eerst aantonen of mensen een potentieel gevaarlijke asteroïde kunnen afbuigen.

Maar wetenschappers hebben alleen ruwe ideeën over hoe Dimorphos op de inslag zal reageren, aangezien ze heel weinig weten over zowel deze asteroïde maan als en zijn moederasteroïde, Didymos.

Om dergelijke vragen beter te beantwoorden, wetenschappers onderzoeken hoe ze op afstand kunnen vertellen wat er in een asteroïde zit en het type kunnen onderscheiden.

Types

Er zijn veel soorten asteroïden. Sommige zijn stevige rotsblokken, robuust en stevig, andere zijn conglomeraten van kiezelstenen, keien en zand, producten van vele orbitale botsingen, alleen bijeengehouden door de zwaartekracht. Er zijn ook zeldzame metalen asteroïden, zwaar en dicht.

"Om de dichtere monolithische asteroïden af ​​te buigen, je zou een groter ruimtevaartuig nodig hebben, je zou sneller moeten reizen, " zei dr. Hannah Susorney, een research fellow in planetaire wetenschap aan de Universiteit van Bristol, het VK. "De asteroïden die slechts zakken materiaal zijn - we noemen ze puinhopen - kunnen, anderzijds, uiteenspatten in duizenden stukjes. Die stukken kunnen op zichzelf gevaarlijk worden."

Dr. Susorney onderzoekt welke oppervlaktekenmerken van een asteroïde kan onthullen over de structuur van zijn interieur als onderdeel van een project genaamd EROS.

Deze informatie kan nuttig zijn voor toekomstige ruimtemijnbouwbedrijven die zoveel mogelijk willen weten over een veelbelovende asteroïde voordat ze investeren in een kostbare prospectiemissie en die meer willen weten over mogelijke bedreigingen.

"Er zijn duizenden nabij-aarde asteroïden, degenen wiens banen op een dag die van de aarde zouden kunnen kruisen, ' zei ze. 'We hebben er maar een handvol bezocht. We weten bijna niets over de overgrote meerderheid."

Topografie

Dr. Susorney probeert gedetailleerde topografische modellen te maken van twee van de best bestudeerde asteroïden:Itokawa (het doelwit van de Japanse Hayabusa 1-missie in 2005) en Eros (in detail in kaart gebracht door de NEAR Shoemaker-ruimtesonde eind jaren negentig).

"De oppervlaktetopografie kan ons veel vertellen, "Zei Dr. Susorney. "Als je een asteroïde met puinhopen hebt, zoals Itokawa, die in wezen gewoon een zak pluis is, je kunt daar geen erg steile hellingen verwachten. Zand kan niet tegen een oneindige helling worden opgehouden, tenzij het wordt ondersteund. Een stevige klif kan. De rotsachtige monolithische asteroïden, zoals Eros, hebben de neiging om veel meer uitgesproken topografische kenmerken te hebben, veel diepere en steilere kraters."

Susorney wil de modellen met een hoge resolutie die zijn afgeleid van gegevens van ruimtevaartuigen, gebruiken om parameters te vinden die vervolgens kunnen worden gebruikt in de asteroïde-vormmodellen met een veel lagere resolutie die zijn gemaakt op basis van radarwaarnemingen op de grond.

"Het verschil in resolutie is behoorlijk groot, ' geeft ze toe. 'Tientallen tot honderden meters in de high-res ruimtevaartuigmodellen en kilometers verwijderd van radarmetingen op de grond. Maar dat hebben we ontdekt, bijvoorbeeld, de hellingsverdeling geeft ons een hint. Hoeveel van de asteroïde is plat en hoeveel is steil?"

Dr. Ferrari werkt met het team aan de voorbereiding van de DART-missie. Als onderdeel van een project genaamd GRAINS, ontwikkelde hij een tool waarmee het interieur van Dimorphos kan worden gemodelleerd, het impactdoel, evenals andere puinhoop asteroïden.

"We verwachten dat Dimorphos een puinhoop is omdat we denken dat het is gevormd uit materie die door de belangrijkste asteroïde is uitgestoten, Didymos, toen het heel snel ronddraaide, "Zei Dr. Ferrari. "Deze uitgeworpen materie werd vervolgens opnieuw geaccreteerd en vormde de maan. Maar we hebben geen waarnemingen van het interieur."

Een lucht- en ruimtevaartingenieur van opleiding, Dr. Ferrari leende een oplossing voor het asteroïdeprobleem van de technische wereld, van een discipline die granulaire dynamiek wordt genoemd.

"Op aarde, deze techniek kan worden gebruikt om problemen zoals het ophopen van zand of verschillende industriële processen met kleine deeltjes te bestuderen, " Dr. Ferrari zei. "Het is een numeriek hulpmiddel waarmee we de interactie tussen de verschillende deeltjes (componenten) kunnen modelleren - in ons geval, de verschillende keien en kiezels in de asteroïde."

puinhoop

De onderzoekers modelleren verschillende vormen en maten, verschillende composities van de keien en kiezels, de zwaartekrachtinteracties en de wrijving daartussen. Ze kunnen duizenden van dergelijke simulaties uitvoeren en deze vervolgens vergelijken met oppervlaktegegevens over bekende asteroïden om het gedrag en de samenstelling van puinhoopasteroïden te begrijpen.

"We kunnen kijken naar de uiterlijke vorm, bestudeer verschillende kenmerken op het oppervlak, en vergelijk dat met onze simulaties, "Zei Dr. Ferrari. "Bijvoorbeeld, sommige asteroïden hebben een prominente equatoriale uitstulping, " hij zegt, verwijzend naar de verdikking rond de evenaar die kan verschijnen als gevolg van het draaien van de asteroïde.

In de simulaties de uitstulping kan voor sommige interne structuren prominenter lijken dan andere.

Voor de eerste keer, Dr. Ferrari heeft toegevoegd, de tool kan werken met niet-sferische elementen, wat de nauwkeurigheid aanzienlijk verbetert.

"Sferen gedragen zich heel anders dan hoekige objecten, " hij zei.

Het model suggereert dat in het geval van Dimorphos, de DART-inslag zal een krater creëren en veel materiaal van het oppervlak van de asteroïde opwerpen. Maar er zijn nog veel vragen, vooral de grootte van de krater, volgens Dr. Ferrari.

"De krater kan zo klein zijn als tien meter, maar ook zo breed als honderd meter, die de helft van de grootte van de asteroïde inneemt. We weten het niet echt, " zei Dr. Ferrari. "Puinhopen zijn lastig. Omdat ze zo los zijn, ze kunnen net zo goed de impact opvangen."

Wat er ook gebeurt op Dimorphos, het experiment zal een schat aan gegevens opleveren voor het verfijnen van toekomstige simulaties en modellen. We kunnen zien of de asteroïde zich gedraagt ​​zoals we hadden verwacht en leren hoe we nauwkeurigere voorspellingen kunnen doen voor toekomstige missies waarvan het leven op aarde heel goed kan afhangen.