Speuren naar risicovolle aardnabije planetoïden

planetoidenDe continue dreiging uit de ruimte is op een willekeurige heldere avond al zichtbaar. Van ‘vallende sterren’, kleine meteoroïden die met enkele tientallen kilometers per second de atmosfeer invliegen, tot grotere brokstukken die vuurbollen veroorzaken en waarbij soms metersgrote stukken steen verdampen. De aarde veegt objecten met verschillende afmetingen op die in onze directe omgeving rondvliegen. Voor deze meteoroïden geldt dat hun diameter en snelheid van invloed zijn op de penetratiediepte in de atmosfeer. Planetoïden met een doorsnede van enkele tientallen meters kunnen de gang door de atmosfeer overleven en op het aardoppervlak inslaan. Het preventief in kaart brengen van deze risicovolle objecten kent enkele succesverhalen, maar laat ook zien hoe zeer we onze kwetsbaarheid onderschatten.
Door Sebastiaan de Vet

Meer dan 1500 aardscheerders staan te boek als potentieel gevaarlijke objecten.

Aardnabije planetoïden
Meteorieten illustreren de constante dreiging vanuit de ruimte. Vijfentwintig jaar geleden sloeg een meteoriet door het dak van een huis in Glanerbrug en deze zomer precies 90 jaar geleden dienden een drietal vuurbollen zich aan in het luchtruim boven Zeeland. De meteorieten die nabij de Zeeuwse plaatsen Ellemeet en Serooskerke neerkwamen, zijn zeer waarschijnlijk afkomstig van de planetoïde Vesta. Ze zijn het product van een grote inslag op Vesta, waarbij

brokstukken de ruimte in werden geslingerd. Een deel van deze ‘Vestoïden’ kwam door baanstoringen uiteindelijk op een botsingskoers met de aarde. Diverse meteoroïden ondergingen een vergelijkbaar lot en sommige meteorietsoorten lijken gekoppeld aan planetoïden waarvan enkele in de afzienbare toekomst bezoek krijgen van de ruimtesondes OSIRIS-REx (101955 Bennu) en Hayabusa-2 (1999 JU3). Hoofddoel van beide missies is het terugbrengen van gesteentemonsters naar de aarde.

Als kleine fragmenten met regelmaat op aarde belanden, dan bestaat ook het risico dat aanzienlijk grotere objecten de atmosfeer van onze planeet invliegen. John Lewis, emeritus hoogleraar van de Universiteit van Arizona concludeert in zijn boek Rain of Iron and Ice dat meteorietinslagen een volstrekt verwaarloosbaar risico vormen in vergelijking met de inslag van één enkel groot object of de explosie ervan in de lucht.
In de directe omgeving van de aarde komen enkele duizenden objecten voor die met hun baan binnen 0.983 en 1.3 Astronomische Eenheden (AE, 1 AE = de afstand van de aarde tot de zon, 150 miljoen km) van de zon liggen. Deze groep worden de aardnabije planetoïden of aardscheerders genoemd (naar het Engelse Near Earth Asteroids) en kunnen in drie hoofdtypen ingedeeld worden (zie tabel 1).
Meer dan 1500 aardscheerders staan te boek als potentieel gevaarlijke objecten (figuur 2): planetoïden met een diameter van minimaal 100 meter die de aarde tot op 0,05 AE (7,48 miljoen kilometer) kunnen naderen. Dat betekent echter niet dat ze de komende eeuw ook daadwerkelijk in botsing met de aarde zullen komen.

Tabel1Kinetische energie
Wanneer we praten over de mogelijke schade die de inslag van een aardnabije planetoïde kan veroorzaken, dan is het sleutelwoord ‘kinetische energie.’ Op 15 februari 2013 explodeerde boven de Russische stad Chelyabinsk een object met een doorsnede van ongeveer 20 meter met een kracht van 500 kiloton TNT (zie het artikel van Läslo Evers elders in dit nummer). Deze energie is vergelijkbaar met ‘Ivy King’, de grootste uraniumsplijtingsbom die de VS in 1952 tot ontploffing bracht. Vanwege die vergelijking met de krachtigste kunstmatige explosies wordt de energie van een inslag in kiloton of megaton TNT uitgedrukt. Een planetoïde waarvan de diameter twee keer zo groot is als die van Chelyabinsk, draagt tijdens een inslag al een kinetische energie over in de orde van ongeveer 4 megaton TNT. Als deze planetoïde niet uit steen maar uit ijzer bestaat, dan neemt de energie toe tot ca. 14-20 megaton (zie tabel 2). De inslagkrater die bij deze kinetische energie ontstaat, is verglijkbaar met de Amerikaanse Barringerkrater (zie De Pionier elders in dit nummer). Als een dergelijk object Nederland zou raken, dan ontstond een krater met een omvang in de ordegrootte van de Amsterdamse binnenstad binnen de omgrenzing van de Prinsengracht. Bij Barringer vormde zich zo een gapend gat van 1,2 kilometer doorsnede en 183 meter diep: ongeveer twee keer de hoogte van toren van de Amsterdamse Westerkerk.
Planeetonderzoeker David Kring van het LPI-instituut berekende de omgevingseffecten van de Barringerinslag. Een inslag bepekt zich namelijk niet alleen tot de vorming van kraters en het uitwerpen van de inslagdekens zoals die duidelijk te zien zijn rond de kraters Tycho en Copernicus op de maan. Devuurbol van de inslag strekte zich uit tot 10 km, de drukgolf was dodelijk voor dieren tot 16 km en tot een afstand van 30 km raasde de wind met orkaankracht. In onze vergelijking met Amsterdam reiken deze effecten tot respectievelijk Amstelveen, Haarlem en Utrecht.
De recente luchtexplosie boven Chelyabinsk heeft de dreiging uit de ruimte internationaal op de kaart gezet. In de Verenigde Staten is er daarom al enige jaren een mandaat van het Congres van kracht om de inslagrisico’s van enkele duizenden objecten in kaart te brengen. Ook in Europa is met zich hiervan bewust, wat geleid heeft tot het Space Situational Awareness-programma van de ruimtevaartorganisatie ESA. SSA wil de gevaren vanuit de ruimte zoveel mogelijk in kaart brengen, zowel van potentieel gevaarlijke aardscheerders als van rondvliegend ruimteafval dat een bedreiging vormt voor satellieten. De belangrijkste én meest uitdagende stap die daarin gezet moet worden, is de daadwerkelijke detectie van aardscheerders die mogelijk in botsing kunnen komen met de aarde.

Tabel2Het succes van zoekprogramma’s en amateurs
Van alle detectiemethoden is het actief zoeken met telescopen het meest effectief gebleken. Radarastronomie kan waardevolle eigenschappen van planetoïden meten, zoals de rotatiesnelheid en zelfs de grootte van het Yarkovsky-effect (de verandering van de baan van een planetoïde als gevolg van de zonne- instraling op het object). Toch verbleekt het aantal bestudeerde objecten met radar (< 400) bij de grote hoeveelheid aardnabije planetoïden die met optische telescopen zijn waargenomen (> 10.000, waarvan > 5.500 risicovolle aardscheerders die mede afkomstig zijn uit de andere populaties planetoïden in ons zonnestels dan alleen de Apollofamilie). De sterke groei in het aantal opgespoorde planetoïden komt voor rekening van een aantal succesvolle, langlopende zoekprogramma’s zoals LINEAR, SPACEWATCH en recenter de Catalina Sky Survey en Pan-STARRS (figuur 2).
Enkele van deze programma’s maken gebruik van de oplettende ogen van amateursterrenkundigen. De Nederlandse amateurastronoom Marco Langbroek ontdekte op foto’s van SPACEWATCH uit 2005 de Amorplanetoïde 2005 GG8. Langbroek slaagde er recentelijk in voor een tweede keer een nieuwe aardscheerder te ontdekken (2015 CA40) die enkele dagen daarna zijn dichtste nadering maakte, op 6,3 keer de afstand aarde-maan, (zie Zenit mei 2015, p. 20-23). De korte tijd tussen ontdekking en de scheervlucht langs de aarde is typerend voor de grote uitdaging in het zoeken naar risicovolle aardscheerders. Want hoe minder tijd er verstrijkt tussen de ontdekking van de planetoïde en de dichtste nadering tot de aarde, hoe korter de waarschuwingstijd voor een eventuele inslag. Zo zijn er meer voorbeelden waarbij het moment van detectie en dichtste nadering dicht op elkaar liggen. De vier meter grote planetoïde 2008TC3 werd slechts 19 uur voor zijn inslag waargenomen. Op 7 oktober 2008 brak dit object op 37 kilometer hoogte boven Sudan in kleinere stukken uiteen. Enkele maanden later werden ter plekke 600 meteorieten gevonden met een gezamelijke massa van 10,5 kg. Op 2 januari 2014 was het weer raak, 21 uur na ontdekking drong de metersgrote planetoïde 2014AA de atmosfeer van de aarde binnen.

ManicouagankraterAchter de feiten aan
De inslagen van 2008TC3 en 2014AA kort na hun ontdekking illustreren dat de detectiecapaciteit, vooral voor kleine objecten, nog steeds laag is. In het najaar van 2014 kwam een kritisch rapport uit van de inspecteur-generaal van NASA Paul Martin. Hij concludeert in zijn rapport dat de ruimtevaartorganisatie met een detectiescore van tot dusverre 10% van de risicovolle aardnabije planetoïden (met een diameter > 140 meter) niet in staat is de door het Congres opgelegde norm te halen om 90% van deze populatie vóór 2020 op te sporen. Dat klinkt zorgwekkend en misschien is het percentage onrealistisch hoog, maar een groter gevaar gaat uit van de kleinere objecten die NASA met haar zoekprogramma’s (nog) niet kan detecteren. Analyses van infrageluid, gemeten met de microbarometers van het CTBTO-luisternetwerk, geven een ontnuchterende kijk op de hoeveelheid ruimtepuin dat op jaarbasis de atmosfeer binnenkomt: ruwweg 30 ± 9 bolides met een energie van 0,1 kiloton (zie ook het artikel van Läslo Evers elders in dit nummer). In het tijdvlak 2000-2013 werden bovendien 26 bolides gedecteerd met een energie van 1-600 kiloton, het tienvoudige van het aantal inslagen waar wetenschappers tot dan toe van uitgingen. De 500 kiloton zware luchtexplosie boven Chelyabinsk was er één van en illustreerde zo op pijnlijke wijze dat dergelijke explosies in de atmsofeer een veel directer risico vormen dan de inslagen van aanzienlijk grotere objecten. Die richten weliswaar meer schade aan, maar hun inslagfrequentie is beduidend lager. John Lewis lijkt daarmee nieuw gehoor te krijgen voor zijn pleidooi. Voor metersgrote objecten zoals 2008TC3 en
2014AA is duidelijk dat ze geen omvangrijke schade veroorzaken als ze de aarde raken. Een relevant vraag is daarom waar we de grens kunnen trekken voor een acceptabel risico. NASA richt zich vooralsnog op objecten van minimaal 100-150 meter als detectiegrens vanwege de regionale schade bij een inslag. Als we het echter wenselijk vinden om objecten van enkele tientallen meters, zoals Chelyabinsk, te detecteren met een waarschuwingstijd van bijvoorbeeld een jaar, dan zijn de kosten voor de nieuw te ontwikkelen technische infrastructuur navenant.

De 500 kiloton zware luchtexplosie boven Chelyabinsk

illustreerde op pijnlijke wijze dat dergelijke explosies in de

atmsofeer een veel directer risico vormen dan de

debanenfig2

























aardnabijefig3Sentinel
Nieuw licht aan de horizon

De uitdaging van het detecteren is nu ook aangegaan door non-gouvernementele organisatie, zoals de B612 Foundation. De stichting, vernoemd naar de planetoïde B612 uit het verhaal Le Petit Price van Antoine de Sait-Exupery, staat onder leiding van oud-NASA-astronaut Ed Lu. Samen met enkele andere oud-astronauten waaronder de Apollo-veteranen Bill Anders (Apollo 8) en Rusty Schweickart (Apollo 9) nam hij dit initiatief na de Asteroid Deflection Workshop van NASA in 2001. Ze beoogen in 2018-2019 de Sentinel-ruimtetelescoop te lanceren in een Venus-achtige baan om de zon (figuur 4). Dankzij deze baan kan de infraroodtelescoop over een periode van 6-10 jaar in lange aaneengesloten periodes zoeken naar planetoïden die zich in het infrarood aftekenen tegen de koude achtergrond van de ruimte. Planetoïden die grotendeels binnen de baan van de aarde om de zon draaien, zijn uitermate moeilijk op te sporen omdat ze, vanuit de aarde gezien, altijd min of meer in de buurt van de zon staan. Door de baan van Sentinel binnen de aardbaan te plaatsen, kan de satelliet meer aardnabije planetoïden zien in het ‘donkere’ hemelgebied dat tegenover de positie van de zon ligt. Naast planetoïden met een diameter van honderd meter, zou
Sentinel in staat moeten zijn talloze exemplaren van enkele tientallen meters te vinden waarvan nu naar grove schatting hooguit 1% in kaart is gebracht. Particuliere en commerciële ontwikkelingen in de ruimtevaartsector lijken met deze nieuwe ruimtemissie nu ook de overstap te maken naar specialistische wetenschappelijke niches waar voorheen alleen de grote publieke ruimtevaartorganisaties zich aan waagden.

Over de schijver:
Dr. Sebastiaan de Vet is als planeetonderzoeker verbonden aan de Universiteit van Amsterdam. Hij onderzoekt de landschapsparallelen tussen de aarde en Mars en houdt zich bezig met meteorietonderzoek. Daarnaast geeft hij bij de opleiding Future Planet Studies en in zijn collegereeks bij de Universiteit van Nederland aan het grote publiek uitleg over het onderzoek aan, en de gevaren van inslagen van meteorieten en aardnabije planetoïden.

 

 

Weersverwachting

Foto van de dag

Tweets over sterrenkunde

Contact

Stip Media

Louise de Colignystraat 15 

1814 JA Alkmaar

+3172 531 49 78

info@zenitonline.nl