Het zonnestelsel is ongeveer 4,5 miljard jaar geleden gevormd. Talloze fragmenten die getuigen van dit vroege tijdperk draaien als asteroïden om de zon. Ongeveer driekwart hiervan zijn koolstofrijke C-type asteroïden, zoals 162173 Ryugu, dat was het doelwit van de Japanse Hayabusa2-missie in 2018 en 2019. Het ruimtevaartuig is momenteel op zijn terugvlucht naar de aarde. Veel wetenschappers, waaronder planetaire onderzoekers van het Duitse ruimtevaartcentrum (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt; DLR), deze kosmische "puinhoop intensief bestudeerd, " die bijna 1 kilometer in diameter is en dicht bij de aarde kan komen. Infraroodbeelden verkregen door Hayabusa2 zijn nu gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur . Ze laten zien dat de asteroïde bijna volledig uit zeer poreus materiaal bestaat. Ryugu werd grotendeels gevormd uit fragmenten van een ouderlichaam dat werd verbrijzeld door schokken. De hoge porositeit en de bijbehorende lage mechanische sterkte van de rotsfragmenten waaruit Ryugu bestaat, zorgen ervoor dat dergelijke lichamen uiteenvallen in talloze fragmenten wanneer ze de atmosfeer van de aarde binnenkomen. Om deze reden, koolstofrijke meteorieten worden zeer zelden op aarde gevonden en de atmosfeer biedt meestal meer bescherming tegen hen.

Thermisch gedrag onthult dichtheid

Dit onderzoek naar de globale eigenschappen van Ryugu bevestigt en vult de bevindingen aan van de landingsomgeving op Ryugu, verkregen door de Duits-Franse Mobile Asteroid Surface SCout (MASCOT) lander tijdens de Hayabusa2-missie. "Breekbaar, zeer poreuze asteroïden zoals Ryugu zijn waarschijnlijk de schakel in de evolutie van kosmisch stof tot massieve hemellichamen, " zegt Matthias Grott van het DLR Institute of Planetary Research, een van de auteurs van de huidige Natuur publicatie. "Dit dicht een hiaat in ons begrip van planetaire vorming, omdat we dergelijk materiaal bijna nooit hebben kunnen detecteren in meteorieten die op aarde zijn gevonden."

In het najaar van 2018, de wetenschappers die samenwerkten met eerste auteur Tatsuaki Okada van het Japanse ruimteagentschap JAXA, analyseerden de oppervlaktetemperatuur van de asteroïde in verschillende reeksen metingen die werden uitgevoerd met de Thermal Infrared Imager (TIR) ​​aan boord van Hayabusa2. Deze metingen werden gedaan in het golflengtebereik van 8 tot 12 micrometer tijdens dag- en nachtcycli. In het proces, ze ontdekten dat op enkele uitzonderingen na, het oppervlak warmt zeer snel op bij blootstelling aan zonlicht. "De snelle opwarming na zonsopgang, van ongeveer minus 43 graden Celsius tot plus 27 graden Celsius suggereert dat de samenstellende delen van de asteroïde zowel een lage dichtheid als een hoge porositeit hebben, " legt Grott uit. Ongeveer 1% van de rotsblokken op het oppervlak waren kouder en leken meer op de meteorieten die op aarde worden gevonden. "Dit kunnen massievere fragmenten zijn uit het binnenste van een origineel ouderlichaam, of ze kunnen afkomstig zijn van andere bronnen en op Ryugu zijn gevallen, " voegt Jörn Helbert van het DLR Institute of Planetary Research toe, wie is ook een auteur van de huidige? Natuur publicatie.

Van planetesimalen tot planeten

De fragiele poreuze structuur van asteroïden van het C-type lijkt misschien op die van planetesimalen, die gevormd werd in de oer-zonnenevel en tijdens talrijke botsingen aangroeide om planeten te vormen. Het grootste deel van de instortende massa van de pre-zonnewolk van gas en stof verzamelde zich in de jonge zon. Toen een kritische massa was bereikt, het warmtegenererende proces van kernfusie begon in de kern.

Het resterende stof, ijs en gas verzamelden zich in een roterende accretieschijf rond de nieuw gevormde ster. Door de effecten van de zwaartekracht, de eerste planetaire embryo's of planetesimalen werden ongeveer 4,5 miljard jaar geleden in deze schijf gevormd. De planeten en hun manen werden gevormd uit deze planetesimalen na een relatief korte periode van misschien slechts 10 miljoen jaar. Veel kleine lichamen - asteroïden en kometen - bleven. Deze waren niet in staat om te agglomereren om extra planeten te vormen als gevolg van zwaartekrachtverstoringen, vooral die veroorzaakt door Jupiter - verreweg de grootste en meest massieve planeet.

Echter, de processen die plaatsvonden tijdens de vroege geschiedenis van het zonnestelsel zijn nog niet volledig begrepen. Veel theorieën zijn gebaseerd op modellen en zijn nog niet bevestigd door waarnemingen, mede omdat sporen uit deze vroege tijden zeldzaam zijn. "Onderzoek over het onderwerp is daarom vooral afhankelijk van buitenaardse materie, die de aarde bereikt vanuit de diepten van het zonnestelsel in de vorm van meteorieten, " legt Helbert uit. Het bevat componenten uit de tijd dat de zon en planeten werden gevormd. "Bovendien bevat het we hebben missies zoals Hayabusa2 nodig om de kleine lichamen te bezoeken die tijdens de vroege stadia van het zonnestelsel zijn gevormd om te bevestigen, aanvulling of - met passende observaties - weerleggen de modellen."

Een rots zoals velen op Ryugu

In de zomer van 2019, resultaten van de MASCOT-landermissie toonden aan dat de landingsplaats op Ryugu voornamelijk werd bevolkt door grote, zeer poreuze en breekbare rotsblokken. "De gepubliceerde resultaten zijn een bevestiging van de resultaten van de onderzoeken van de DLR-radiometer MARA op MASCOT, " zei Matthias Grott, de hoofdonderzoeker voor MARA. "Het is nu aangetoond dat het door MARA geanalyseerde gesteente typerend is voor het hele oppervlak van de asteroïde. Dit bevestigt ook dat fragmenten van de gewone C-type asteroïden zoals Ryugu waarschijnlijk gemakkelijk breken vanwege de lage interne sterkte wanneer ze de atmosfeer van de aarde binnenkomen. "

Op 3 oktober 2018, MASCOT landde in een vrije val stapvoets op Ryugu. Bij het landen, het "stuiterde" enkele meters verder voordat het experimentpakket van ongeveer 10 kilogram tot stilstand kwam. MASCOT bewoog zich over het oppervlak met behulp van een roterende zwenkarm. Dit maakte het mogelijk om MASCOT op zijn "juiste" kant te draaien, en zelfs sprongen op het oppervlak van de asteroïde uitvoeren vanwege Ryugu's lage zwaartekracht. In totaal, MASCOT voerde ongeveer 17 uur experimenten uit op Ryugu.

Monsters van asteroïde Ryugu op weg naar de aarde

Hayabusa2 bracht de asteroïde vanuit een baan in kaart met hoge resolutie, en later verkregen monsters van het oerlichaam van twee landingsplaatsen. Deze zijn momenteel verzegeld in een transportcapsule en reizen met het ruimtevaartuig naar de aarde. De capsule zal naar verwachting eind 2020 in Australië landen. de onderzoekers nemen aan dat het materiaal van Ryugu chemisch vergelijkbaar is met dat van chondritische meteorieten, die ook op aarde voorkomen. Chondrulen zijn klein, millimetergrote rotsbollen, die zich 4,5 miljard jaar geleden in de oer-zonnenevel vormden en worden beschouwd als de bouwstenen van planetaire vorming.

Tot dusver, echter, wetenschappers kunnen niet uitsluiten dat ze zijn gemaakt van koolstofrijk materiaal, zoals die gevonden op komeet 67P/ Churyumov-Gerasimenko als onderdeel van ESA's Rosetta-missie met de door DLR bediende Philae-lander. Analyses van de monsters uit Ryugu, waarvan sommige zullen worden uitgevoerd bij DLR, wordt met spanning uitgekeken. "Het is precies voor deze taak - en natuurlijk voor toekomstige missies zoals de Japanse 'Martian Moons eXploration' (MMX) missie, waarin buitenaardse monsters naar de aarde zullen worden gebracht - dat we bij het DLR's Institute of Planetary Research in Berlijn vorig jaar begonnen met het opzetten van het Sample Analysis Laboratory (SAL), " zegt Helbert. De MMX-missie, waaraan DLR deelneemt, zal in 2024 naar de Marsmanen Phobos en Deimos vliegen en in 2029 monsters van de manen ter grootte van een asteroïde naar de aarde brengen. Een mobiele Duits-Franse rover zal ook deel uitmaken van de MMX-missie.