Rumsonde tæt på asteroide: Kan man læse Solsystemets historie i et støvkorn?
ANALYSE: Rumsonder fra Japan og NASA skal indsamle nogle få gram støv fra asteroider – men hvor meget kan man lære af se på et støvkorn?
rumsonde prøver støv partikler

OSIRIS-REX er NASAs rumsonde, der skal samle prøver fra asteroiden Bennu. (Illustration: NASA)

Den Japanske rumsonde Hayabusa 2 er nået frem til asteroiden Ryugo og er ved at gøre klar til at indsamle materiale, som skal sendes tilbage til Jorden i december 2020. 

I dag forsøger japanerne at få rumsonden helt tæt på asteroiden for at sende et par små robot-biler ned på overfladen, hvor de med en hoppe-mekanisme skal bevæge sig rundt og udforske asteroiden.

Missionen kan følges live på Hayabusa 2's Twitter-profil, og løbende lægges billeder fra rumsonden på Hayabusa 2's hjemmeside.

Tilsvarende nærmer den amerikanske rumsonde OSIRIS Rex sig asteroiden Bennu. Når den når frem i december, bliver dens hovedopgave også at indsamle lidt stof fra overfladen og bringe det tilbage til Jorden i september 2023.

Man vil være tilfreds, hvis de to sonder tilsammen bringer et par hundrede gram støv tilbage, selv om NASA drømmer om at kunne få hele to kilo med hjem. Men i alle tilfælde bliver det verdens dyreste støvkorn, så hvad er det, man håber at kunne lære?

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Det drejer sig om Solsystemets begyndelse

Der er naturligvis en grund til, at man gerne vil studere støvkorn fra en lille asteroide. De små asteroider har nemlig ikke ændret sig i måske milliarder af år, da de er alt for små til at gennemgå de geologiske processer, vi kender fra Jorden.

Der er derfor en god mulighed for, at det støv, vi får hjem, ikke har ændret sig, siden asteroiden blev dannet for omkring 4,5 milliarder år siden.

Her på Jorden er det umuligt at finde klipper, der stammer helt tilbage fra Jordens og Solsystemets dannelse. De er nemlig for længst blevet geologisk omdannet.

Begge asteroider er ganske små. Ryugo har en diameter på omkring 900 meter, mens Bennu er bare 500 meter stor. Vi skal i øvrigt være glade for, at Bennu ikke er større, for der er en lille risiko for, at den i løbet af de næste få hundrede år kan kollidere med Jorden.

Det er noget af en opgave at indsamle støv fra så små asteroider. De har næsten ingen tyngdekraft, så det er meget svært at lande på dem – det mindste skub, og rumsonden driver bort fra asteroiden igen.

Den metode, man har valgt for begge rumsonder, er at lade dem svæve nogle få meter oppe, og så på en eller anden måde få nogle støvkorn op fra overfladen til selve sonden.

Hvordan man fanger et støvkorn

Nu kan man jo ikke bruge en støvsuger i det lufttomme rum, men der er heldigvis et par andre måder.

Hayabusa har endda hele to metoder. Den ene er at svæve lavt hen over overfladen og så skyde en fem gram tung kugle af metallet Tantalum ned i overfladen med en fart på 1.000 kilometer i timen. Det sammenstød vil slynge en del støv højt op, og så sidder Hayabusa parat med en slags tragt, der kan indfange støvet. Det er kun disse få gram støv, der bringes med hjem.

Hayabusa skal også undersøge, hvad der findes under overfladen på Ryugo – måske klippestykker, der ikke er påvirket af strålingen fra rummet.

Det sker ved at sende et 2,5 kilo tungt kobberprojektil fyldt med 4,5 kilo plastisk sprængstof ned mod overfladen. Projektilet frigøres fra Hayabusa i en højde på 500 meter og svæver så i løbet af godt 40 minutter ned på grund af den meget svage tyngdekraft.

Lige over overfladen eksploderer sprængstoffet og driver projektilet ned mod overfladen med en fart på over 7.000 kilometer i timen. Det skaber et pænt stort krater, og der slynges store og små sten til alle sider.

Hayabusa skal bruge de 40 minutter, som nedturen varer, til at smutte over på den anden side af den lille asteroide for ikke at blive ramt af stenene fra nedslaget. Her venter Hayabusa to uger, og flyver derpå tilbage til krateret, hvor man nu vil søge at indsamle nogle prøver fra klipper, som altså nu er dukket frem på overfladen.

Planen for Osiris Rex er at blæse kvælstof ned på overfladen, hvilket skulle kunne blæse småsten på et par centimeter op til rumsonden, hvor de så kan indsamles. Der er kvælstof nok til tre forsøg på at indsamle prøver.

rumsonde prøver støv partikler

En illustration a rumsonden Hayabusa 2, der skal indsamle prøver på asteroiden Ryugu. (Illustration: JAXA)

Hvad vi kan lære af et par støvkorn

Både japanerne og amerikanerne har prøvet at indsamle støvkorn før, og man kan kun forbløffes over, hvor meget man kan lære af ganske små prøver.

For otte år siden bragte Hayabusa 1 nogle mikroskopiske støvkorn hjem fra asteroiden Itokawa. Tilsammen har de 1.500 mikroskopiske korn nok ikke engang vejet et gram, men det forhindrede ikke forskerne i en grundig analyse med elektronmikroskoper og alverdens moderne udstyr.

Man fandt stort set de mineraler, der var forventet, og analysen tydede på, at Itokawa engang har været en del af en større asteroide på måske 20 kilometer. Itokawa er altså med sin udstrækning på bare 500 meter kun en lille rest af en oprindeligt meget større asteroide.

Denne større asteroide har, som så mange andre asteroider, været udsat for et så stort sammenstød, at den er slået i mange mindre stykker. Og nu er det endda lykkedes at datere dette sammenstød.

Ud fra bare fire af de mikroskopiske støvkorn lykkedes det at foretage dateringer ved at se på isotoper af uran og bly. De fortæller, at mineralerne på Itokawa er dannet ved Solsystemets begyndelse for 4,6 milliarder år siden, og at et større sammenstød har fundet sted for 1,5 milliarder år siden.

De første støvkorn fra kometer

I 2004 fløj den amerikanske rumsonde Stardust forbi kometen Wild 2 i en afstand på bare 237 kilometer.

Da kometen ikke er mere end fem kilometer i diameter, og rumsonden fløj forbi med en fart på 22.000 kilometer i timen, skulle man tro, at det var umuligt at indsamle støvkorn.

Det lykkedes alligevel at få fat i nogle støvkorn og få bragt dem tilbage til Jorden.

Forklaringen er, at kometen er omgivet af en slags atmosfære, kaldet komaen, der består af gasser og små partikler fra kometen. Men at indfange små støvkorn, der rammer rumsonden med en fart på seks kilometer i sekundet, er ingen simpel opgave.

Støvkornene blev indfanget af noget såkaldt aerogel, hvor 99,8 procent af rumfanget består af tomrum, og resten er et siliciumbaseret materiale. Aerogel kan bedst sammenlignes med en meget porøs svamp.

Netop fordi aerogel er så porøs, kan det opfange støvkorn uden helt at ødelægge dem, selvom sammenstødet er ret voldsomt. Støvkornene trænger simpelthen langt ind i det porøse stof, hvor de bliver bremset ned. Her kan de findes med et mikroskop og tages ud til analyse.

I januar 2006 fløj Stardust forbi Jorden og sendte en kapsel med de kostbare støvkorn ned til landing i staten Utah. Selv fløj Stardust videre mod kometen Temple 1, men det er en anden historie …

hente prøver australien

Japanske forskere i Australien henter en rumkapsel med støv fra rummet, som blev sendt tilbage mod Jorden af den første Hayabusa-rumsonde. (Foto: JAXA)

Støvkorn ændrer vore kometteorier

Forskerne kastede sig naturligvis over de små korn, og der gik mindre end et år, før man kunne præsentere de første resultater – og de var mildest talt overraskende.

Man fandt mineraler, men flere af dem var af en type, der kun kan dannes ved høje temperaturer. Det var helt uventet, og vi venter stadig på en forklaring.

Ifølge lærebøgerne er kometer nemlig dannet ude i det ydre solsystem, hvor temperaturen er meget lav. I gamle dage beskrev man en komet som et snavset isbjerg, i dag vil vi nok nærmere sige en isholdig støvbold.

I dag kredser Wild 2 i en bane mellem Mars og Jupiter, men beregninger viser, at dens oprindelse skal søges meget længere ude i Solsystemet – så den burde ikke indeholde 'højtemperatursmineraler'.

Problemet er aldrig rigtig blevet løst, men den mest populære teori er, at vi det er endnu et eksempel på, hvor kaotisk dannelsen af Solsystemet har været. Solsystemet er opstået fra en stor sky af gas og støv, som kredsede om den unge sol, og dengang har det åbenbart været muligt for støv fra den varme indre del af skyen at blande sig med materiale fra den kolde ydre del.

Detaljerne kendes ikke, og der er også andre muligheder. Voldsomme sammenstød mellem partikler kan lokalt have skabt høje temperaturer langt ude i Solsystemet, men som sagt er vi stadig ret meget på bar bund.

Vi får nok ikke nogen løsning, før der er analyseret støvkorn fra rigtig mange kometer.

Verdens mest sjældne mineral

Studiet af støvkorn fra rummet er nu blevet en vigtig forskningsgren.

Det er kun få, heldige forskere, der kommer til at analysere støv indsamlet af rumsonder. De fleste, og især de unge forskere, må 'nøjes' med det støv, der daler ned i atmosfæren fra rummet, og som kan indsamles af balloner i højder på 20-30 kilometer, eller samles op fra meteorer fundet her på Jorden.

Men udstyret med et godt elektronmikroskop, udstyr til at måle isotopsammensætningen og andre instrumenter, kan man nu komme langt.

I tidsskriftet Planetary Report fortæller den Japanske forsker Keiko Nakamura-Messenger, hvordan hun til sin ph.d.-afhandling ved hjælp af et elektronmikroskop identificerede et hidtil ukendt mineral i en støvpartikel med formlen MnSi – altså en forbindelse mellem Mangan og Silicium.

Det støvkorn, hun analyserede, indeholdt kun få tusinde atomer af mineralet, men alligevel er det nu blevet godkendt som et ægte mineral af den Internationale Mineralogiske Association.

Det kan helt uden overdrivelse beskrives som det hidtil mest sjældne mineral, som er kommet på listen.

støvpartikel rummet indsamle

Her ses en støvpartikel fra rummet helt tæt på gennem et elektronmikroskop. (Foto: Wikimedia Commons)

De tomme påskeæg

Et andet eksempel viser de problemer, man står over for, når nogle af støvkornene samles op her på Jorden fra meteorer. Man finder ofte nogle små hule partikler kaldet nanoglobuler, der i et elektronmikroskop godt kan ligne tomme påskeæg.

De indeholder organiske stoffer, som, man hidtil har ment, er forurening fra Jorden. Japanske Keiko Nakamura-Messenger var så heldig at få fat på et meteor, som var faldet ned i British Colombia i Canada midt om vinteren. Meteoret blev fundet meget hurtigt, så det var næsten ikke forurenet.

Her fandt Keiko masser af 'tomme påskeæg', og hun kunne analysere isotopsammensætningen af de organiske stoffer.

Den viste sig at passe med de fotokemiske processer, der vil finde sted i en kold sky langt ude i rummet, og det er nu taget som et tegn på, at disse partikler er dannet langt ude i rummet – og dermed at Jorden gennem hele sin historie har fået tilført organiske stoffer fra rummet.

Det er en opdagelse, der helt sikkert har betydning for vor forståelse af livets udbredelse i rummet – men den historie skal vi have langt flere data for at kunne fortælle.

Universet i et støvkorn

Naturligvis kan vi ikke ud fra analysen af nogle få støvkorn aflæse hverken universets eller Solsystemets historie, men de har nu alligevel vist sig at være meget vigtige brikker i det store puslespil for at forstå den lange vej, der har ført frem til det solsystem, vi kender i dag

Nu får vi nye brikker til puslespillet fra analysen af støvet fra asteroiderne Ryugo og Bennu, så de kommende måneder kan derfor blive meget spændende.

Man kan vist ikke sige andet end 'stay tuned'.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs nyt om fusionsenergi, som DTU med forsøgsreaktoren på billedet nedenfor - en såkaldt tokamak - nu er kommet lidt nærmere.