Hoe we ons wapenen tegen inslaande asteroïden en kometen

Dit artikel verscheen in juni 2021 in Eos. Het is opnieuw actueel, want eerder deze week zet het DART-ruimtetuig aan boord van een SpaceX-raket koers naar de planetoïde Didymos en zijn maan Dimorphos. Het moest op die maan inbeuken en zo de baan ervan veranderen, waardoor Didymos op zijn beurt anders om de zon gaat wentelen. In dit artikel lees je meer over de DART-oefening en andere oplossingen om asteroïdes te stoppen.

Een paar seconden lang lijkt er op de videobeelden van de Arecibo niks aan de hand. De radiotelescoop had in augustus en november schade opgelopen toen twee steunkabels het begaven, dus zijn dagen waren geteld. Hij stond nog overeind maar op het punt om ontmanteld te worden.

Dat veranderde op 1 december 2020, even voor achten ’s ochtends. Op de beelden is te zien hoe een stofwolkje ontsnapt uit een steunpilaar: een derde kabel was aan het knappen. Luttele seconden later sloeg het enorme platform met meetapparatuur in op de schotel waarboven het gespannen hing. Toen het stof was neergedaald bleek het onvermijdelijke: de 305 meter grote kom lag in gruizementen. De iconische telescoop die sinds 1963 het heelal had afgespeurd, was niet meer.

‘Toen alles naar beneden kwam, voelde het aan als een tragedie’, zucht Edgard Rivera-Valentin van het Lunar and Planetary Science Institute, een van de onderzoekers die werkte met de Arecibo. De telescoop heeft een roemrijk verleden van wetenschappelijke wapenfeiten. Hij had de weersomstandigheden in het heelal in kaart gebracht, gespeurd naar buitenaards leven, pulsars gemeten en neutraal waterstofgas in beeld gebracht.

Maar de Arecibo vervulde nog een uiterst belangrijke rol. Zijn ongezien krachtig en gevoelig radarsysteem kon niet alleen door de dikke atmosfeer van Venus kijken en het stoffige oppervlak van Mars in reliëf brengen, het hield de aarde ook veilig voor asteroïden. De metingen van de Arecibo hielpen wetenschappers in te schatten of de ruimterotsen een gevaar vormden en wat er ons te doen stond mocht er eentje op ons afstevenen.

‘Wat zo mooi is aan radaronderzoek, is dat je de hele planeet aan het beschermen bent’, vertelt Rivera-Valentin. ‘Dus mocht je je afvragen waarom het belangrijk werk is: ik zorg ervoor dat er geen asteroïde op je kop valt.’

Toegegeven, de kans dat het noodlot toeslaat is onwaarschijnlijk klein. Maar de gevolgen van zo’n ramp zijn wel catastrofaal. En ons zonnestelsel is het levende bewijs van die dreiging: hemellichamen zijn verminkt met kraters, inslagen op andere planeten liggen vers in het geheugen, en dashcams registreren enorme brokstukken die door de hemel scheren. Statistisch gezien moet het er ooit eens van komen. Daarom heeft de NASA een divisie gewijd aan ‘planetaire defensie’: het opsporen van asteroïden en kometen om inslagen te voorkomen. Daarom ook vergaren observatoria en satellieten een hele rist gegevens, en daarom moet een ruimtemissie binnenkort aantonen wat wij aardbewoners kunnen doen als een asteroïde het op ons gemunt heeft.

Planetaire defensie wordt vaak wat lacherig weggezet als sciencefiction. Een asteroïde-apocalyps, het lijkt eerder iets voor een spannende film dan voor ernstige wetenschappers. Maar toen kwam Shoemaker-Levy ten tonele. In 1994 stevende die komeet recht op Jupiter af. Op het grasperk voor het Naval Observatory in Washington stonden amateur-astronomen aan hun telescoop gekluisterd. De zwaartekracht van de planeet trok de komeet aan stukken en 30.000 graden hete puinpluimen schoten de ruimte in.

Kort daarna verschenen twee rapporten, SpaceCast 2020 en Air Force 2025. Daarin zette het Amerikaanse leger uiteen hoe het met de dreiging van ruimterotsen kan of moet omgaan. De sleutelwoorden waren detectie en mitigatie: gevaarlijke asteroïden opsporen en er gepast op reageren. Hun koers veranderen, bijvoorbeeld door ze te rammen met een ruimtetuig of door te zorgen voor een kernexplosie in hun buurt.

De expertise zat toentertijd bij de luchtmacht. Lindley Johnson, sinds 2018 de allereerste ‘planetary defense officer’, was daar een van. Hij en zijn collega’s waarschuwden dat de beschaving zomaar weggeslagen kon worden, maar het duurde even voor ze gehoor kregen. In 2003 bood de NASA hem een baan aan als hoofd van het Near-Earth Object Observations Program. Dat is sindsdien uitgegroeid tot het Planetary Defense Coordination Office, met Johnson als grote baas.

‘Een inslag die we niet zien aankomen belooft de grootste natuurramp te zijn die we ooit gezien hebben’, zegt Johnson. Voor dat rampscenario proberen hij en zijn medewerkers de aarde te behoeden. Met optische en infraroodtelescopen vergaren ze een heleboel informatie over asteroïden. De schildwachten van dienst zijn onder meer observatoria in Arizona en Hawaii, en de ruimtetelescoop NEOWISE. Die laatste heeft net zijn veertiende inspectie van de ruimte afgerond.

Er wordt momenteel ook gespecialiseerde onderzoekssoftware geïnstalleerd op de Space Surveillance Telescope (SST), een Amerikaanse telescoop die in Australië is ondergebracht op een gezamenlijke luchtmachtbasis. De SST moet de meest productieve asteroïdejager in het arsenaal worden. De software heeft al 142 nieuwe zogeheten aardscheerders of near-earth objects ontdekt – kometen of planetoïden die op korte afstand van de aarde voorbijzoeven – en identificeerde ook vier mogelijk gevaarlijke ruimterotsen en acht nieuwe kometen.

Dat is indrukwekkend, maar voor de Amerikaanse regering moet het nog beter. De opdracht is 90 procent van de objecten opsporen van minstens 140 meter groot. Dat zijn er naar schatting 25.000. ‘We komen in de buurt’, vertelt Johnson. ‘Misschien hebben we er aan het eind van het jaar tienduizend gevonden.’ Dat is goed voor 40 procent, na twintig jaar zoeken. In totaal zijn er al meer dan 25.000 aardscheerders gevonden, maar wetenschappers vermoeden dat er zowat een miljoen exemplaren rondvliegen van minstens 50 meter groot.

Van Letland tot Colombia en van China tot Israël is een bont gezelschap van toegewijde amateurs, overheidsagentschappen en private observatoria actief in het International Asteroid Warning Network. Dat netwerk is opgericht op aanbeveling van de Verenigde Naties, en coördineert de wereldwijde waarnemingen en respons. Sinds 2016 zijn er meer dan driehonderd asteroïden opgetekend die op maansafstand (de afstand van de aarde tot de maan) van het middelpunt van de aarde kwamen.

De optische en infraroodtelescopen op Hawaï, in New Mexico en Arizona houden elk geobserveerd object verder in de gaten, en radiotelescopen brengen hun baan nauwkeuriger in kaart. Ook de vorm en samenstelling van de asteroïden wordt onderzocht.

Radars zoals die van de Arecibo werken als volgt: je stuurt krachtige radiogolven de ruimte in en die botsen tegen het doelwit dat je wil bestuderen. De eigenschappen van het doelwit beïnvloeden de richting waarin hij terugkaatst: zijn vorm, grootte, draaiing en beweging, maar ook de manen die er eventueel in een baan omheen cirkelen. Hoe snel de golven terugkomen onthult precies hoe ver een asteroïde zich van de aarde bevindt.

Met al die informatie kun je voorspellen wat hun toekomstige traject is en of de aarde op hun pad ligt. Om er eentje uit koers te meppen is het ook nuttig om te weten welk kaliber die heeft. Is hij compact? Rond? Zacht als pindakaas? ‘Als de echo die terugkomt verschilt van wat we hebben uitgezonden, dan weten we dat dat komt door de eigenschappen van het doelwit’, vertelt Patrick Taylor van het Lunar and Planetary Science Institute.

Zo’n radarobservatie is dus net een foto. En dat is nodig, want planeetwetenschappers weten: als je één asteroïde hebt gezien, dan heb je er ook maar één gezien. Dankzij de precieze waarnemingen van de telescopen kunnen we de toekomst voorspellen én veranderen. Dat onderscheidt ons van de arme stakkers die ons voorgingen en die overgeleverd waren aan de grillen van het universum. ‘De dinosaurussen hadden geen ruimteprogramma’, zegt Rivera-Valentin. ‘Wij wel.’

Het verlies van Arecibo is dus een zware klap. Er is nog een andere planetaire radar in de Verenigde Staten: de Goldstone Solar System Radar in Californië. Maar die detecteert nog niet half zoveel NEA’s (‘Near-Earth Asteroids’) als Arecibo. Bovendien gaat er weleens iets stuk aan zo’n telescoop. Vlak voordat de Arecibo instortte, lag de Goldstone anderhalf jaar stil voor onderhoud. In zo’n tijdspanne kan er heel wat aan onze aandacht ontsnappen. ‘Er zal nu wel dieper nagedacht worden over de volgende generatie van ruimtewaarnemingen,’ aldus Taylor, ‘maar ik heb geen flauw benul hoe die eruit moet zien.’

Er zijn wel wat ideeën. Sommige wetenschappers willen een Arecibo 2.0 bouwen, door een aantal kleinere schotels te laten samenwerken als één groter geheel met hetzelfde gecombineerde radarvermogen. Aan het Green Bank-observatorium in West Virginia is die methode onlangs op de proef gesteld. De onderzoekers zonden een radarsignaal uit, en vingen de echo op met antennes verspreid over heel het land. De Very Long Baseline Array, zo heet dat waarnemingsnetwerk. Ze hopen dat het experiment de weg baant voor een meer uit de kluiten gewassen opstelling die krachtig genoeg is voor de asteroïdenjacht.

Het is nog maar de vraag of dat een geschikte opvolger kan zijn voor de Arecibo-radar. Uitzenden van één plek en de terugkerende signalen elders opvangen is bijzonder data-intensief. Alles in Green Bank doen is evenmin de oplossing, omdat het weer er roet in het eten kan gooien. ‘Geen van de opties die ik heb gezien, lijkt geschikt als het nieuwe werkpaard’, zegt Mike Nolan van de University of Arizona. Bovendien is er voor een hypothetische plaatsvervanger van de Arecibo nog geen geld opzijgezet.

Op 15 februari 2013 zoefde een asteroïde zo groot als een huis door de atmosfeer en ontplofte ze boven Tsjeljabinsk in Rusland. We wisten  meteen weer welk gevaar er dreigt in de ruimte.

Het wordt dus nog een heuse zoektocht, maar de vraag is vooral wie de verantwoordelijkheid moet nemen. Sommige deskundigen zijn van mening dat planetaire defensie een te grote last om dragen is voor de wetenschap. Het gaat niet om het verkennen van de ruimte, maar om het verdedigen van de aarde, en dat is geen voer voor wetenschappers. Ze vragen zich luidop af of zo’n taak niet van de overheid is.

Bij het Amerikaanse ministerie voor Defensie denken ze alvast na over hoe ze met de NASA kunnen samenwerken. De fonkelnieuwe Space Force biedt mogelijkheden. Die organisatie binnen Defensie houdt zich in hoofdzaak bezig met de veiligheid van satellieten, maar ze houdt ook in de gaten wat er zich allemaal tussen de aarde en de maan beweegt. Dat wordt steeds belangrijker naarmate er meer commerciële ruimteactiviteiten plaatsvinden. De langeafstandsradars waarmee die monitoring gebeurt, kunnen in principe ook asteroïden detecteren.

Maar vooralsnog is er geen enkele Amerikaanse overheidsinstelling specifiek belast met het afwenden van asteroïden. Toch doet het ministerie voor Energie er al jaren onderzoek naar. Cathy Plesko van het nationaal laboratorium van Los Alamos verzeilde bij het onderwerp toen ze de inslagkraters op Mars bestudeerde. De computermodellen waarmee ze werkte kunnen ook vertellen hoe een asteroïde reageert wanneer iets ertegenaan botst – in plaats van wanneer die asteroïde zelf ergens op inslaat.

In 2013 kreeg haar onderzoek de wind in de zeilen. In februari van dat jaar gierde een 20 meter grote asteroïde door de atmosfeer. Op zowat 30 kilometer hoogte spatte de meteoriet uiteen in de buurt van de Russische stad Tjseljabinsk. Bij de knal die een kracht had van 450 kiloton TNT raakten 1.600 mensen gewond. Tien jaar na Shoemaker-Levy kreeg de wereld nog maar eens een schot voor de boeg.

Samen met de NASA probeerde Plesko’s team uit te pluizen hoe we het volgende écht grote gevaarte uit de ruimte kunnen tegenhouden. Het eerste wat we moeten weten, is waar die dingen uit bestaan. ‘Zijn het hopen puin? Een soort modderklonten? Of stukken ijzer? Er zit heel wat variatie op’, vertelt Plesko. Dat maakt het moeilijk om simulaties te maken. Als je een vliegtuig in een computermodel stopt, dan weet je precies hoe zwaar alles is en welke vorm het heeft. Maar van asteroïden en kometen hebben we geen overzichtelijk lijstje met technische specificaties.

Het team bestudeert alle mogelijke opties om verschillende soorten asteroïden weg te houden van de aarde. Een daarvan is de zogeheten zwaartekrachttractor: je brengt een zo zwaar mogelijk ruimtevaartuig zo dicht mogelijk in de buurt van een gevaarlijke ruimtesteen. ‘Die trekt de asteroïde of komeet langzaam uit zijn oorspronkelijke koers’, legt Plesko uit. Maar zo’n tractor moet tientallen jaren blijven trekken en de technologie daarvoor is pas klaar over honderd jaar, schat ze.

Je kunt er ook satellieten op af sturen die de asteroïde met laserstralen een andere richting uit duwen, of die er met brute kracht op inbeuken voor ze op de aarde knalt. Of je kunt er met een spiegel zonnestralen op richten, ze met raketten verplaatsen, of één kant wit verven om de thermische eigenschappen te wijzigen. Zelfs kernwapens worden bestudeerd, al zorgen de brokstukken van zo’n explosie weer voor andere problemen. Bovendien is er een internationaal verbod om massavernietigingswapens in de ruimte te brengen. ‘We gaan er niet licht over’, benadrukt Plesko.

Tweejaarlijks gaan deskundigen wereldwijd in een soort gaming community aan de slag met een fictief rampscenario. Dat van 2019 draaide rond een rots van een paar honderd meter met een kans van een op honderd dat die over zeven jaar inslaat. Op dag drie van het rollenspel wisten de deelnemers dat hij recht op de stad Denver afkwam. Daarna brak er een brok af die koers zette naar het hart van New York. Het probleemoplossend vermogen van de gamers wordt danig op de proef gesteld: hoe buigen we de asteroïde af, welk gebied moet worden geëvacueerd, wat met chemische fabrieken en kerncentrales, … ‘Zo’n oefening maakt snel duidelijk hoeveel tijd het kost om iets te doen’, zegt Plekso. Maar dat betekent niet dat het onbegonnen werk is.

Om dat te bewijzen schoot een wetenschappelijke testmissie uit de startblokken: DART (Double Asteroid Redirection Test). Met dat experiment wil de NASA aantonen dat we een asteroïde van koers kunnen doen veranderen. Andy Rivkin leidt het onderzoeksteam van de missie. Hij begon asteroïden te bestuderen toen hij fundamenteel onderzoek voerde naar de oorsprong van het zonnestelsel. ‘Welke vraag je ook probeert te beantwoorden, je komt altijd weer uit bij asteroïden’, vertelt hij.

Eind dit jaar zet het DART-ruimtetuig aan boord van een SpaceX-raket koers naar de planetoïde Didymos en zijn maan Dimorphos. Het moet op die maan inbeuken en zo de baan ervan veranderen, waardoor Didymos op zijn beurt anders om de zon gaat wentelen. Een asteroïde van het kaliber van Dimorphos – de maan weegt 4,8 miljard kilogram – kan op aarde behoorlijk wat schade aanrichten. De wetenschappers hopen te zien hoeveel kinetische energie er bij de botsing wordt overgedragen. De techniek werkt evengoed bij solitaire asteroïden, maar een systeem met twee hemellichamen biedt de onderzoekers een handig voordeel: ze kunnen makkelijk meten hoezeer de baan van de maan wijzigt, want ze kunnen simpelweg volgen hoe die voor Didymos langs beweegt.

Nauwelijks een maand voor de aanvaring eind 2022 krijgen de wetenschappers het koppel voor het eerst te zien – als één miezerige pixel. ‘Naar die ene pixel moeten we DART leiden’, legt systeemingenieur Elena Adams uit. ‘En dan boem, zijn we hem kwijt. Wat de bedoeling is, want dat betekent dat de boel ontploft is. Dat je daarvoor betaald krijgt, om een ruimtetuig van 250 miljoen dollar op te blazen!’, schatert ze.

Het team hoopt dat de Goldstone-radar en een batterij ruimtetelescopen de vertoning mee gadeslaan. De computermodellen die met alle vergaarde informatie gebouwd worden, moeten wetenschappers zoals Plesko helpen om uit te dokteren hoe we moeten reageren als er ooit echt een asteroïde op ons afstevent. ‘Programma’s zoals DART zijn een soort verzekering voor het geval er toch een probleem opduikt’, zegt Rivkin.

Rivkin is blij dat planetaire defensie niet meer als een grap wordt beschouwd, maar we hoeven ons ook niet nodeloos ongerust te maken. ‘Als mensen hun slaap laten voor asteroïden, dan hoop ik dat het is omdat ze gefascineerd zijn door alle coole wetenschap’, zegt hij. Het is dankzij die wetenschap dat we ons een beetje kunnen ontworstelen aan de grillen van de kosmos. ‘Voor het eerst krijgen we als soort de kans om een natuurramp te voorkomen’, zegt Plesko. ‘Orkanen en aardbevingen kunnen we niet tegenhouden. Maar een planetenkiller? Als puntje bij paaltje komt denk ik echt dat we dat kunnen.’