In de Netflixfilm ‘Don’t look up’ dreigt de mensheid in een klap weggeveegd te worden door een inslaande komeet die amper zes maanden voor de inslag op de radar verschijnt. Maar hoe zit dat in het echte leven? Houden wetenschappers alles goed in de gaten of kan een brokstuk uit de ruimte toch haast ongemerkt inslaan?
Beeld: Met de DART-ruimtemissie hoopt NASA te leren in welke mate we een asteroïde van koers kunnen doen veranderen. Credit: NASA
Zowat 66 miljoen jaar geleden kwam een abrupt einde aan het tijdperk van de dinosauriërs. Dat zou een gevolg geweest zijn van de inslag van een asteroïde in de zee voor de kust van Chicxulub in Mexico. In een recenter verleden, in 1994, zagen we komeet Shoemaker-Levy 9 de atmosfeer van Jupiter induiken.
En op 15 februari 2013 sloeg een meteoor in nabij Tsjeljabinsk in het Russische Oeralgebied. De vrijgekomen energie was meer dan 30 keer groter dan de atoombom op Hiroshima. Zowat 1200 mensen hadden medische verzorging nodig.
De objecten uit het zonnestelsel die baantjes trekken om de zon vallen uiteen in twee soorten: asteroïden en kometen.
Kometen bestaan uit ijs, steen en stof. Vanuit de rand van het zonnestelsel – de Kuipergordel en de nog verder gelegen Oortwolk – trekken deze ‘vuile sneeuwballen’ op sterk ellipsvormige banen rond de zon. Wanneer ze de zon voldoende dicht naderen, begint het ijs te verdampen, een proces dat sublimatie heet. Dit vertaalt zich in een karakteristieke komeetstaart. De kern van een komeet heeft een typische diameter van enkele tientallen kilometers, maar de staart kan vele miljoenen kilometers lang zijn.
De banen van asteroïden – soms planetoïden genoemd – rond de zon zijn meer cirkelvormig. Asteroïden bestaan uit rotsachtige materie en zijn veel minder verafgelegen dan kometen. De meeste exemplaren tref je aan tussen de banen van Mars en Jupiter. Maar er zijn er ook dichterbij de aarde. Dat zijn onze potentieel ongewenste bezoekers.
Dan heb je nog het terminologisch verwarrende trio meteoroïde, meteoor en meteoriet. Een meteoroïde is een brokstukje. Het kan bijvoorbeeld een restant uit een botsing van twee asteroïden zijn of een afgebroken stukje komeet.
Wanneer een meteoroïde de aardatmosfeer binnendringt, brandt het op door botsingen met de moleculen van de atmosfeer. De bijhorende lichtflits noemen we een meteoor of vallende ster. Ze komen vaak in zwermen voor, die een kenmerkende naam krijgen, zoals de Perseïden.
Het echte gevaar schuilt in meteoroïden die niet geheel opbranden in de atmosfeer en op het aardoppervlak neerstorten. Dat noemen we meteorieten.
Reden genoeg om voldoende aandacht de besteden aan ‘planetaire defensie’. In de eerste plaats wil je dan goed en tijdig in kaart brengen welke brokstukken uit de ruimte gevaarlijk zijn voor aardbewoners, in de tweede plaats rijst de vraag wat we kunnen doen om het mogelijk gevaar af te wenden.
Tot op heden is slechts 40 procent van de asteroïden met een diameter van minstens 140 meter groot opgespoord
In 2005 gaf het Amerikaans Congres de opdracht aan het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA om tegen 2020 minstens 90 procent van de asteroïden op te sporen met een diameter van minstens 140 meter groot. Dat zijn er naar schatting 25.000. Maar tussen opdracht en uitvoering liep het spaak. NASA kreeg de nodige financiering niet bij elkaar geharkt, waardoor de doelstelling niet gehaald werd. Tot op heden is slechts 40 procent van die groep asteroïden in kaart gebracht.
Thuisbasis van de Kleine Prins
Maar dat is buiten de ijver van Edward Lu gerekend. Om de jacht te openen op de resterende 15.000 asteroïden van minstens 140 meter doorsnede richtte deze voormalige NASA-astronaut het programma B612 op, vernoemd naar de vermeende thuisbasis van de Kleine Prins in het gelijknamig boek van Saint-Exupéry. Na een mislukte poging om een eigen ruimtetelescoop te financieren met donaties, zocht Lu een goedkopere oplossing.
En die vond hij ook, met dank aan de Vlaamse onderzoeker Joachim Moeyens. Lu sloeg de handen in elkaar met het departement sterrenkunde van de universiteit van Washington, waar Moeyens aan zijn doctoraat werkt. Lu’s eigen Asteroid Institute leverde het open-source analysis platform ADAM (Asteroid Discovery Analysis and Mapping), waarop Moeyens zijn algoritme THOR (Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery) kan draaien.
Traditioneel identificeer je asteroïden door te zoeken naar stipjes die zich verplaatsen op opeenvolgende plaatjes die je gedurende een waarnemingsnacht vergaart. Ze onderscheiden zich van sterren die stil staan (na correctie voor de aardrotatie). Het spoor dat een asteroïde volgt doorheen de nacht heet een tracklet. Hiermee kan je asteroïden echter niet over meerdere dagen volgen.
Dat kan wel met THOR. Dit algoritme berekent banen van asteroïden. Voor een gegeven snelheid en afstand ten opzichte van de aarde op een bepaald tijdstip vertelt THOR waar de asteroïde zich op een willekeurig ander tijdstip moet bevinden. Gewapend met dit algoritme en een flinke portie computerkracht dook Moeyens in de digitale archieven van de National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, kortweg NOIRLab.
Op zoek naar naalden in een hooiberg
De opdracht klinkt helder: vind zoveel mogelijk asteroïden tussen de 68 miljoen stipjes op de 412.000 beelden die NOIRLab genomen heeft tussen 2012 en 2019. Want als THOR je vertelt hoe asteroïden bewegen, kan je op opeenvolgende platen van NOIRLab kijken welke stipjes de baan volgen die THOR voorspelt.
Helaas is die ene beginvoorwaarde – weten met welke snelheid elk van die gezochte asteroïden beweegt en op welke afstand ze zich bevinden – doorgaans onbekend. Terug naar af, dan? Gelukkig niet, want in praktijk troepen asteroïden samen op een relatief beperkt aantal banen, zodat je het algoritme ‘slechts’ voor enkele duizenden mogelijkheden moet laten draaien.
In het groen zijn de banen van asteroïden weergegeven. De baan van de aarde is in het blauw getekend, die van Venus en Mars in het rood en die van Mercurius en Jupiter in het grijs. Bron: B612 Asteroid Institute/University of Washington DiRAC Institute/OpenSpace Project.
En met succes. Van de objecten die Moeyens tot dusver verkregen heeft uit de combinatie van THOR met ADAM, heeft het Minor Planet Center van de International Astronomical Union er intussen 104 officieel erkend als nieuw ontdekte asteroïden. ‘Dat is nog maar een fractie van wat mogelijk in de verzameling gegevens zit’, aldus Moeyens. Want op een totaal van de zeven jaar aan gegevens van NOIRLab heeft hij tot dusver nog maar een achtste van de gegevens van een enkele maand doorploegd. ‘Het wordt een leuke zomer’, vult zijn promotor, Mario Juric, met een knipoog aan.
De mozaïek van beelden toont een van de 104 nieuw ontdekte asteroïden op verschillende dagen. Dit object had niet ontdekt kunnen worden met traditionele methodes. Bron: B612 Asteroid Institute/University of Washington DiRAC Institute/OpenSpace Project.
Matthew Payne, directeur van het Minor Planet Center is alvast onder de indruk: ‘Buitengewoon interessant en een mooi voorbeeld van hoe je goed gebruik kunt maken van reeds bestaande gegevens’.
Meer telescooptijd
In eerste instantie richt THOR zijn pijlen hoofdzakelijk op asteroïden die zich tussen Mars en Jupiter bevinden. Die zijn makkelijker te detecteren dan de sneller bewegende asteroïden dichter bij de aarde. Maar in onze zoektocht naar mogelijk gevaarlijke asteroïden zijn het uiteraard precies deze laatste die ons interesseren.
‘Met wat bijkomende ontwikkeling, zal ADAM-THOR in real time asteroïden kunnen ontdekken’
Joachim Moeyens ziet alvast geen probleem om ook die te spotten met zijn THOR: ‘Het zal zeker werken. Er is echt geen reden waarom het niet zou kunnen. Ik heb gewoon de kans nog niet gehad om het te proberen.’
Maar de mogelijkheden van THOR reiken verder dan oud beeldmateriaal uit te pluizen. Moeyens: ‘Met wat bijkomende ontwikkeling zal ADAM-THOR in staat zijn om in real time asteroïden te ontdekken uit de gegevens die voortdurend binnenlopen uit de telescopen wereldwijd.’
En dan is er nog de Vera Rubin Observatory die binnen een tweetal jaar operationeel moet zijn. Een deeltaak van deze telescoop bestaat precies in het zoeken naar asteroïden. Door THOR in te zetten, zal de Vera Rubin minder scans moeten maken dan verwacht, zodat meer telescooptijd vrijkomt voor andere onderzoeksdoeleinden van deze telescoop.
En wat als…?
Rest uiteraard nog de vraag wat te doen wanneer THOR en/of de Vera Rubin Observatory ons confronteren met een mogelijk gevaarlijke asteroïde. Ook daar loopt het onderzoek volop. Met als meest concreet initiatief de Double Asteroid Redirection Test (DART). Deze ruimtemissie van de NASA werd op 24 november 2021 met succes gelanceerd.
Als alles naar wens verloopt, zal DART eind september of begin oktober van dit jaar Dimorphos bereiken, een (voor ons ongevaarlijke) asteroïde met een diameter van 160 meter. Door DART op Dimorphos te laten botsen, hoopt de NASA te leren in welke mate we een asteroïde van koers kunnen doen veranderen door er een ruimtetuig op af te sturen.
