Inkomende asteroïden zorgen al miljarden jaren voor littekens op onze thuisplaneet. Deze maand heeft de mensheid voor het eerst onze eigen stempel gedrukt op een asteroïde:het Japanse Hayabusa2-ruimtevaartuig liet met zeer hoge snelheid een koperen projectiel vallen in een poging een krater op asteroïde Ryugu te vormen. Een veel grotere asteroïde-inslag is gepland voor het komende decennium, waarbij een internationale dubbele ruimtevaartuigmissie betrokken is.

Op 5 april, Hayabusa2 heeft een experiment uitgebracht genaamd de 'Small Carry-on Impactor' of kortweg SCI, met een plastic explosieve lading die een koperen projectiel van 2,5 kg op het oppervlak van de Ryugu-asteroïde met een diameter van 900 m afschoot met een snelheid van ongeveer 2 km per seconde. Het doel is om ondergronds materiaal bloot te leggen dat terug naar de aarde kan worden gebracht voor gedetailleerde analyse.

"We verwachten dat het een opvallende krater zal vormen, " zegt Patrick Michel, CNRS Onderzoeksdirecteur van het Franse observatorium Côte d'Azur, dienen als co-onderzoeker en interdisciplinair wetenschapper op de Japanse missie. "Maar we weten het nog niet zeker, omdat Hayabusa2 werd verplaatst naar de andere kant van Ryugu, voor maximale veiligheid.

"De lage zwaartekracht van de asteroïde betekent dat hij een ontsnappingssnelheid heeft van enkele tientallen centimeters per seconde, dus het meeste materiaal dat door de inslag werd uitgestoten, zou rechtstreeks de ruimte in zijn gegaan. Maar tegelijkertijd is het mogelijk dat ejecta met lagere snelheid in een baan rond Ryugu is terechtgekomen en een gevaar zou kunnen vormen voor het Hayabusa2-ruimtevaartuig.

"Dus het plan is om te wachten tot deze donderdag, 25 april, om terug te gaan en de krater in beeld te brengen. We verwachten dat intussen heel kleine fragmenten in hun baan zullen worden verstoord door de druk van de zonnestraling - de langzame maar aanhoudende druk van het zonlicht zelf. In de tussentijd hebben we ook beelden gedownload van een camera genaamd DCAM3 die de SCI-lading vergezelde om te zien of deze een glimp opving van de krater en de vroege ejecta-evolutie."

Volgens simulaties, de krater zal naar verwachting een diameter van ongeveer 2 m hebben, hoewel het modelleren van effecten in een omgeving met zo'n lage zwaartekracht een grote uitdaging is. Het moet er donkerder uitzien dan het omringende oppervlak, gebaseerd op een touch-and-go-bemonstering in februari toen de stuwraketten van Hayabusa2 oppervlaktestof losmaakten om zwarter materiaal eronder bloot te leggen.

"Voor ons is dit een spannend eerste datapunt om te vergelijken met simulaties, " voegt Patrick toe, "maar we hebben een veel grotere impact om naar uit te kijken in de toekomst, als onderdeel van de aanstaande dubbele ruimtevaartuig Asteroid Impact &Deflection Assessment (AIDA) missie.

"Aan het einde van 2022 zal de Amerikaanse Double Asteroid Redirect Test of het DART-ruimtevaartuig in de kleinste van de twee Didymos-asteroïden neerstorten. Net als bij de SCI-test van Hayabusa2 zou het een zeer duidelijke krater moeten vormen en ondergronds materiaal blootstellen in een omgeving met nog lagere zwaartekracht, maar het belangrijkste doel is om de baan van de 'Didymoon'-asteroïde met een diameter van 160 m op een meetbare manier om te buigen."

Het DART-ruimtevaartuig zal een massa van 550 kg hebben, en zal Didymoon treffen met 6 km/s. Het raken van een asteroïde die vijf keer kleiner is met een ruimtevaartuig dat meer dan 200 keer groter is en drie keer sneller beweegt, zou voldoende impactenergie moeten opleveren om het allereerste asteroïde-afbuigingsexperiment voor planetaire verdediging te realiseren.

Een voorgestelde ESA-missie genaamd Hera zou dan Didymos bezoeken om de omgeleide asteroïde te onderzoeken, meet de massa en voer een afbeelding met hoge resolutie uit van de krater die is achtergelaten door de DART-impact.

"De werkelijke relatie tussen projectielgrootte, snelheid en kratergrootte in omgevingen met een lage zwaartekracht is nog steeds slecht begrepen, " voegt Patrick toe, ook dienst doend als hoofdwetenschapper van Hera. "Having both SCI and Hera data on crater sizes in two different impact speed regimes will offer crucial insights.

"These scaling laws are also crucial on a practical basis, because they underpin how our calculations estimating the efficiency of asteroid deflection are made, taking account the properties of the asteroid material as well as the impact velocity involved.

"This is why Hera is so important; not only will we have DART's full-scale test of asteroid deflection in space, but also Hera's detailed follow-up survey to discover Didymoon's composition and structure. Hera will also record the precise shape of the DART crater, right down to centimetre scale.

"Dus, building on this Hayabusa2 impact experiment, DART and Hera between them will go on to close the gap in asteroid deflection techniques, bringing us to a point where such a method might be used for real."

Didymoon will also be by far the smallest asteroid ever explored, so will offer insights into the cohesion of material in an environment whose gravity is more than a million times weaker than our own – an alien situation extremely challenging to simulate.

In 2004, NASA's Deep Impact spacecraft launched an impactor into comet Tempel 1. The body was subsequently revisited, but the artificial crater was hard to pinpoint – largely because the comet had flown close to the Sun in the meantime, and its heating would have modified the surface.

Hera will visit Didymoon around four years after DART's impact, but because it is an inactive asteroid in deep space, no such modification will occur. "The crater will still be 'fresh' for Hera, " Patrick concludes.