De hele geschiedenis van het menselijk bestaan ​​is een klein vlekje in de 4,5 miljard jaar oude geschiedenis van ons zonnestelsel. Niemand was in de buurt om planeten te zien vormen en dramatische veranderingen te ondergaan voordat ze zich in hun huidige configuratie vestigden. Om te begrijpen wat er aan ons is voorafgegaan - vóór het leven op aarde en vóór de aarde zelf - moeten wetenschappers op zoek gaan naar aanwijzingen voor dat mysterieuze verre verleden.

Die aanwijzingen komen in de vorm van asteroïden, kometen en andere kleine objecten. Zoals rechercheurs die forensisch bewijs doorzoeken, wetenschappers onderzoeken deze kleine lichamen zorgvuldig voor inzichten over onze oorsprong. Ze vertellen over een tijd waarin talloze meteoren en asteroïden op de planeten regenden, verbrand in de zon, schoten buiten de baan van Neptunus of botsten met elkaar en verbrijzelden in kleinere lichamen. Van ver, ijzige kometen naar de asteroïde die een einde maakte aan de heerschappij van de dinosauriërs, elke ruimtesteen bevat aanwijzingen voor epische gebeurtenissen die het zonnestelsel hebben gevormd zoals we het nu kennen, inclusief het leven op aarde.

NASA's missies om deze "niet-planeten" te bestuderen, helpen ons te begrijpen hoe planeten, waaronder de aarde, zijn gevormd, lokaliseer gevaren van inkomende objecten en denk na over de toekomst van verkenning. Ze hebben een sleutelrol gespeeld in de geschiedenis van ons zonnestelsel, en weerspiegelen hoe het vandaag de dag nog steeds verandert.

"Ze hebben misschien geen gigantische vulkanen, mondiale oceanen of stofstormen, maar kleine werelden kunnen grote vragen beantwoorden die we hebben over de oorsprong van ons zonnestelsel, " zei Lori Glaze, waarnemend directeur voor de Planetary Science Division op het NASA-hoofdkwartier in Washington.

NASA heeft een lange geschiedenis van het verkennen van kleine lichamen, te beginnen met Galileo's 1991 flyby van asteroïde Gaspra. Het eerste ruimtevaartuig dat in een baan om een ​​asteroïde draait, Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) Schoenmaker, ook met succes geland op asteroïde Eros in 2000 en metingen uitgevoerd die oorspronkelijk niet waren gepland. De Deep Impact-missie dreef in 2005 een sonde naar komeet Tempel 1 en zette wetenschappers ertoe aan opnieuw na te denken over waar kometen werden gevormd. Meer recente inspanningen hebben voortgebouwd op die successen en zullen ons meer leren over ons zonnestelsel. Hier is een overzicht van wat we kunnen leren:

Bouwstenen van planeten

Ons zonnestelsel zoals we dat nu kennen, is gevormd uit stofkorrels - kleine deeltjes gesteente, metaal en ijs - wervelend in een schijf rond onze baby Sun. Het meeste materiaal van deze schijf viel in de pasgeboren ster, maar sommige stukjes vermeden dat lot en bleven aan elkaar plakken, uitgroeien tot asteroïden, kometen en zelfs planeten. Veel overblijfselen van dat proces zijn tot op de dag van vandaag bewaard gebleven. De groei van planeten uit kleinere objecten is een deel van onze geschiedenis dat asteroïden en kometen ons kunnen helpen onderzoeken.

"Asteroïden, kometen en andere kleine lichamen bevatten materiaal uit de geboorte van het zonnestelsel. Als we willen weten waar we vandaan komen, we moeten deze objecten bestuderen, ' zei Glaze.

Twee oude fossielen die aanwijzingen geven voor dit verhaal zijn Vesta en Ceres, de grootste lichamen in de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter. NASA's Dawn-ruimtevaartuig, die onlangs zijn missie beëindigde, cirkelde om hen beiden heen en toonde definitief aan dat ze geen deel uitmaken van de reguliere 'asteroïdenclub'. Hoewel veel asteroïden losse puinhopen zijn, de interieurs van Vesta en Ceres zijn gelaagd, met het dichtste materiaal in hun kernen. (In wetenschappelijke termen, hun interieur zou "gedifferentieerd" zijn.) Dit geeft aan dat beide lichamen op weg waren om planeten te worden, maar hun groei was belemmerd - ze hadden nooit genoeg materiaal om zo groot te worden als de grote planeten.

Maar terwijl Vesta grotendeels droog is, Ceres is nat. Het kan wel 25 procent water bevatten, meestal gebonden in mineralen of ijs, met de mogelijkheid van ondergrondse vloeistof. Interessant is ook de aanwezigheid van ammoniak bij Ceres, omdat het doorgaans koelere temperaturen vereist dan de huidige locatie van Ceres. Dit geeft aan dat de dwergplaneet zich voorbij Jupiter zou kunnen hebben gevormd en naar binnen is gemigreerd, of op zijn minst opgenomen materialen die verder van de zon zijn ontstaan. Het mysterie van de oorsprong van Ceres laat zien hoe complex planetaire vorming kan zijn, en het onderstreept de gecompliceerde geschiedenis van ons zonnestelsel.

Hoewel we indirect het diepe binnenste van de planeten kunnen bestuderen voor aanwijzingen over hun oorsprong, zoals NASA's InSight-missie zal doen op Mars, het is onmogelijk om in de kern van een groot object in de ruimte te boren, inclusief aarde. Hoe dan ook, een zeldzaam object genaamd Psyche kan de mogelijkheid bieden om de kern van een planeetachtig lichaam te verkennen zonder te graven. Asteroid Psyche lijkt de blootliggende ijzer-nikkelkern te zijn van een protoplaneet - een kleine wereld die zich vroeg in de geschiedenis van ons zonnestelsel heeft gevormd maar nooit planetaire omvang heeft bereikt. Net als Vesta en Ceres, Psyche zag zijn pad naar planethood verstoord. NASA's Psyche-missie, lancering in 2022, zal helpen het verhaal van planeetvorming te vertellen door dit metalen object in detail te bestuderen.

verder weg, NASA's New Horizons-ruimtevaartuig is momenteel op weg naar een ver object genaamd 2014 MU69, bijgenaamd "Ultima Thule" door de missie. Een miljard mijl verder van de zon dan Pluto, MU69 is een inwoner van de Kuipergordel, een gebied met ijsrijke objecten buiten de baan van Neptunus. Objecten zoals MU69 vertegenwoordigen misschien de meest primitieve, of ongewijzigd, materiaal dat in het zonnestelsel achterblijft. Terwijl de planeten in ellipsen rond de zon draaien, MU69 en vele andere objecten in de Kuipergordel hebben zeer cirkelvormige banen, wat suggereert dat ze in 4,5 miljard jaar niet van hun oorspronkelijke paden zijn bewogen. Deze objecten kunnen de bouwstenen van Pluto en andere verre ijzige werelden zoals deze vertegenwoordigen. New Horizons zal op 1 januari het dichtst bij MU69 komen 2019 - de verste planetaire flyby in de geschiedenis.

"Ultima Thule is ongelooflijk wetenschappelijk waardevol voor het begrijpen van de oorsprong van ons zonnestelsel en zijn planeten, "zei Alan Stern, hoofdonderzoeker van New Horizons, gevestigd aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. "Het is oud en ongerept, en niet zoals alles wat we eerder hebben gezien."

Levering van de elementen van het leven

Kleine werelden zijn waarschijnlijk ook verantwoordelijk voor het bezaaien van de aarde met de ingrediënten voor leven. Het bestuderen van hoeveel water ze hebben, is het bewijs voor hoe ze hebben bijgedragen aan het ontstaan ​​van leven op aarde.

"Kleine lichamen zijn de game changers. Ze nemen in de loop van de tijd deel aan de langzame en gestage evolutie van ons zonnestelsel, en planetaire atmosferen en levenskansen te beïnvloeden. De aarde maakt deel uit van dat verhaal, ", zei NASA's hoofdwetenschapper Jim Green.

Een voorbeeld van een asteroïde die de bouwstenen van het leven bevat, is Bennu, het doelwit van NASA's OSIRIS-REx (Origins, Spectrale interpretatie, Bronidentificatie, Security-Regolith Explorer) missie. Bennu kan worden geladen met moleculen van koolstof en water, die beide nodig zijn voor het leven zoals wij dat kennen. Toen de aarde werd gevormd, en daarna, objecten zoals Bennu regenden neer en brachten deze materialen naar onze planeet. Deze objecten hadden zelf geen oceanen, maar eerder watermoleculen gebonden in mineralen. Men denkt dat tot 80 procent van het water op aarde afkomstig is van kleine lichamen zoals Bennu. Door Bennu te bestuderen, we kunnen beter begrijpen wat voor soort objecten een onvruchtbare jonge aarde hebben laten bloeien met leven.

Bennu is waarschijnlijk ontstaan ​​in de belangrijkste asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter, en men denkt dat het een catastrofale botsing heeft overleefd die tussen 800 miljoen en 2 miljard jaar geleden plaatsvond. Wetenschappers denken een grote, koolstofrijke asteroïde verbrijzeld in duizenden stukjes, en Bennu is een van de overblijfselen. In plaats van een vast object, Bennu wordt beschouwd als een asteroïde met een 'puinhoop' - een losse verzameling rotsen die door de zwaartekracht aan elkaar zijn geplakt en een andere kracht die wetenschappers 'cohesie' noemen. OSIRIS-REx, die begin december 2018 in Bennu aankomt, na een reis van 1,2 miljard mijl (2 miljard kilometer), en zal in 2023 een monster van dit intrigerende object naar de aarde terugbrengen in een monster-retourcapsule.

De Japanse Hayabusa-2-missie kijkt ook naar een asteroïde uit dezelfde familie van lichamen waarvan wordt gedacht dat ze ingrediënten voor leven op aarde hebben afgeleverd. Momenteel in een baan om asteroïde Ryugu, met kleine huppelende rovers aan de oppervlakte, de missie zal monsters verzamelen en deze eind 2020 in een capsule naar de aarde terugsturen voor analyse. We zullen veel leren door Bennu en Ryugu te vergelijken, en het begrijpen van de overeenkomsten en verschillen tussen hun monsters.

Tracers van de evolutie van het zonnestelsel

Het grootste deel van het materiaal dat ons zonnestelsel heeft gevormd, inclusief aarde, leefde niet om het verhaal te vertellen. Het viel in de zon of werd uitgeworpen buiten het bereik van onze krachtigste telescopen; slechts een klein deel vormde de planeten. Maar er zijn enkele afvallige overblijfselen van de vroege dagen toen het spul van planeten met een onzeker lot rond de zon wervelde.

Een bijzonder catastrofale tijd voor het zonnestelsel was tussen 50 en 500 miljoen jaar na de vorming van de zon. Jupiter en Saturnus, de grootste reuzen van ons systeem, reorganiseerde de objecten om hen heen terwijl hun zwaartekracht in wisselwerking stond met kleinere werelden zoals asteroïden. Uranus en Neptunus zijn mogelijk dichter bij de zon ontstaan ​​en naar buiten geschopt toen Jupiter en Saturnus ronddraaiden. Saturnus, in feite, kan hebben voorkomen dat Jupiter enkele van de terrestrische planeten "opeet", inclusief aarde, omdat de zwaartekracht de verdere beweging van Jupiter naar de zon tegenwerkte.

Zwermen asteroïden, de Trojanen genaamd, kunnen helpen bij het uitzoeken van de details van die turbulente periode. De Trojanen bestaan ​​uit twee clusters van kleine lichamen die de baan van Jupiter om de zon delen, met een groep voor Jupiter en een achterop. Maar sommige Trojaanse paarden lijken van ander materiaal te zijn gemaakt dan andere, zoals aangegeven door hun verschillende kleuren. Sommige zijn veel roder dan andere en zijn mogelijk buiten de baan van Neptunus ontstaan, terwijl de grijzere zich veel dichter bij de zon hebben gevormd. De leidende theorie is dat toen Jupiter lang geleden rondliep, deze objecten werden bijeengedreven in Lagrange-punten - plaatsen waar de zwaartekracht van Jupiter en de zon wachtgebieden creëren waar asteroïden kunnen worden vastgelegd. De diversiteit van de Trojanen, wetenschappers zeggen, weerspiegelt de reis van Jupiter naar zijn huidige locatie. "Het zijn de overblijfselen van wat er gebeurde de laatste keer dat Jupiter bewoog, " zei Hal Levison, onderzoeker bij Southwest Research Institute.

NASA's Lucy-missie, lancering in oktober 2021, zal voor de eerste keer een ruimtevaartuig naar de Trojanen sturen, grondig onderzoek naar zes Trojaanse paarden (drie asteroïden in elke zwerm). Voor Levison, hoofdonderzoeker van de missie, het ruimtevaartuig zal ideeën testen waar hij en zijn collega's al tientallen jaren aan werken over het hervormen van het zonnestelsel door Jupiter. "Wat echt interessant zou zijn, is wat we niet verwachten, " hij zei.

Processen in een evoluerend zonnestelsel

Na zonsondergang, onder de juiste voorwaarden, u kunt verstrooid zonlicht opmerken in het eclipticavlak, het gebied van de hemel waar de planeten draaien. Dit komt omdat zonlicht wordt verstrooid door stof dat overblijft na de botsingen van kleine lichamen zoals kometen en asteroïden. Wetenschappers noemen dit fenomeen "zodiakaal licht, " en het is een indicatie dat ons zonnestelsel nog steeds actief is. Zodiakaalstof rond andere sterren geeft aan dat ze, te, actieve planetaire systemen kunnen herbergen.

Vooral op onze planeet heeft stof van kleine lichamen een belangrijke rol gespeeld. Elke dag valt er ongeveer 100 ton meteoriet- en stofmateriaal op aarde. Een deel ervan komt van kometen, wiens activiteit directe gevolgen heeft voor de evolutie van de aarde. Terwijl kometen de zon naderen en zijn hitte ervaren, gassen in de komeet borrelen omhoog en voeren stoffig materiaal van de komeet weg, inclusief ingrediënten voor het leven. NASA's Stardust-ruimtevaartuig vloog langs komeet 81P/Wild en ontdekte dat kometenstof aminozuren bevat, die bouwstenen van het leven zijn.

Incidentele uitbarstingen van gas en stof waargenomen in kometen duiden op activiteit op of nabij hun oppervlak, zoals aardverschuivingen. Rosetta-missie van het Europees Ruimteagentschap, die zijn verkenning van komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko in 2016 voltooide, leverde ongekende inzichten op over de activiteit van kometen. Onder de veranderingen in de komeet, het ruimtevaartuig zag een enorme instorting van een klif, een grote scheur wordt groter en een rotsblok beweegt. "We ontdekten dat keien ter grootte van een grote vrachtwagen over het oppervlak van de komeet kunnen worden verplaatst over een afstand zo lang als anderhalve voetbalvelden. " Ramy El-Maarry, een lid van het Amerikaanse Rosetta-wetenschappelijke team van de Universiteit van Colorado, Kei, zei in 2017.

Kometen hebben tegenwoordig ook invloed op de planetaire beweging. Terwijl Jupiter kometen naar buiten blijft werpen, het beweegt een heel klein beetje naar binnen vanwege de zwaartekrachtdans met de ijzige lichamen. Neptunus, In de tussentijd, werpt kometen naar binnen en krijgt op hun beurt een klein duwtje naar buiten. Uranus en Saturnus bewegen zich in dit proces ook heel langzaam naar buiten.

"Op dit moment hebben we het over kleine hoeveelheden bewegingen omdat er niet veel massa over is, ' zei Levison.

Leuk weetje:het ruimtevaartuig dat de meeste kometen heeft gezien, is NASA's Solar &Heliospheric Observatory (SOHO), het meest bekend om zijn studie van de zon. SOHO heeft de zon duizenden kometen zien 'opeten', wat betekent dat deze kleine werelden materiaal in het binnenste deel van het zonnestelsel sproeiden op hun reis om het diner van de zon te worden.

Gevaren voor de aarde

Asteroïden kunnen nog steeds een inslaggevaar vormen voor de planeten, inclusief die van ons.

Terwijl de Trojanen vastzitten als Jupiter groupies, Bennu, het doelwit van de OSIRIS-REx-missie, is een van de meest potentieel gevaarlijke asteroïden op aarde die momenteel bekend is, ook al is de kans op een botsing met de aarde nog steeds relatief klein; wetenschappers schatten dat Bennu een op de 2 heeft, 700 kans om onze planeet te beïnvloeden tijdens een van zijn dichte naderingen van de aarde aan het einde van de 22e eeuw. Direct, wetenschappers kunnen Bennu's pad vrij precies voorspellen door het jaar 2135, wanneer de asteroïde een van zijn dichte passages langs de aarde zal maken. Nauwkeurige observaties door OSIRIS-REx krijgen nog meer grip op Bennu's reis, en help wetenschappers die werken aan het beschermen van onze planeet tegen gevaarlijke asteroïden om beter te begrijpen wat er nodig is om een ​​planeet af te buigen op een inslagtraject.

"We ontwikkelen veel technologieën om met precisie te werken rond dit soort lichamen, en gericht op locaties op hun oppervlak, evenals het karakteriseren van hun algemene fysische en chemische eigenschappen. Je zou deze informatie nodig hebben als je een asteroïde-afbuigingsmissie wilde ontwerpen, " zei Dante Lauretta, hoofdonderzoeker voor de OSIRIS-REx-missie, gevestigd aan de Universiteit van Arizona in Tucson.

Een andere aankomende missie die een techniek zal testen om de planeet te verdedigen tegen natuurlijk voorkomende impactgevaren, is de Double Asteroid Redirection Test (DART) -missie van NASA, die zal proberen de beweging van een kleine asteroïde te veranderen. Hoe? Kinetische impact - met andere woorden, er iets mee botsen, maar op een meer precieze en gecontroleerde manier dan de natuur dat doet.

Het doelwit van DART is Didymos, een binaire asteroïde bestaande uit twee objecten die om elkaar heen draaien. Het grotere lichaam is ongeveer 800 meter breed, met een klein maantje dat minder dan een tiende van een mijl (150 meter) breed is. Een asteroïde van deze grootte zou kunnen leiden tot wijdverbreide regionale schade als er een zou inslaan op de aarde. DART zal zichzelf opzettelijk in de maan laten crashen om de baansnelheid van het kleine object enigszins te veranderen. Telescopen op aarde zullen dan deze snelheidsverandering meten door de nieuwe tijd te observeren die de maan nodig heeft om een ​​baan rond het hoofdlichaam te voltooien, wat naar verwachting een verandering van minder dan een fractie van één procent zal zijn. Maar zelfs die kleine verandering kan genoeg zijn om een ​​voorspelde impactor de aarde te laten missen in een toekomstig impactscenario. Het ruimtevaartuig, gebouwd door het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, staat gepland voor lancering in de lente-zomer 2021.

Didymos en Bennu zijn slechts twee van de bijna 19, 000 bekende asteroïden in de buurt van de aarde. Er zijn meer dan 8, 300 bekende asteroïden in de buurt van de aarde ter grootte van de maan van Didymos en groter, maar wetenschappers schatten dat ongeveer 25, 000 asteroïden in dat groottebereik bestaan ​​in de ruimte nabij de aarde. De ruimtetelescoop helpt wetenschappers dit soort objecten te ontdekken en te begrijpen, inclusief mogelijke gevaren, heet NEOWISE (wat staat voor Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

"Voor de meeste asteroïden, we weten weinig over hen behalve hun baan en hoe helder ze eruit zien. Met NEOWISE, we kunnen de warmte die wordt uitgestraald door de objecten gebruiken om ons een betere beoordeling van hun afmetingen te geven, " zei Amy Mainzer, hoofdonderzoeker van NEOWISE, gebaseerd op NASA's Jet Propulsion Laboratory. "Dat is belangrijk, want inslagen van asteroïden kunnen een flinke klap uitdelen, en de hoeveelheid energie hangt sterk af van de grootte van het object."

Kleine werelden als pitstops, Bronnen voor toekomstig onderzoek

Er zijn nog geen benzinestations in de ruimte, but scientists and engineers are already starting to think about how asteroids could one day serve as refueling stations for spacecraft on the way to farther-flung destinations. These small worlds might also help astronauts restock their supplies. Bijvoorbeeld, Bennu likely has water bound in clay minerals, which could perhaps one day be harvested for hydrating thirsty space travelers.

"In addition to science, the future will indeed be mining, " Green said. "The materials in space will be used in space for further exploration."

How did metals get on asteroids? As they formed, asteroids and other small worlds collected heavy elements forged billions of years ago. Iron and nickel found in asteroids were produced by previous generations of stars and incorporated in the formation of our solar system.

These small bodies also contain heavier metals forged in stellar explosions called supernovae. The violent death of a star, which can lead to the creation of a black hole, spreads elements heavier than hydrogen and helium throughout the universe. These include metals like gold, silver and platinum, as well as oxygen, carbon and other elements we need for survival. Another kind of cataclysm—the collision of supernova remnants called neutron stars—can also create and spread heavy metals. In this way small bodies are also forensic evidence of the explosions or collisions of long-dead stars.

Because of big things, we now have a lot of very small things. And from small things, we get big clues about our past—and possibly resources for our future. Exploring these objects is important, even if they aren't planets.

They are small worlds, ten slotte.