Ergens in de baan van Mercurius

Tijdens de recente vlucht van de space shuttle Columbia hebben astronomen naar Vulcanoïden gezocht. De laatste jaren is het aannemelijker geworden dat deze brokstukken uit de beginperiode van het zonnestelsel binnen de baan van Mercurius te vinden zijn.

Amerikaanse astronomen zijn opnieuw aan het uitzoeken of zich binnen de baan van Mercurius nog hemellichamen ophouden die uit de beginperiode van het zonnestelsel dateren. Het zal hierbij moeten gaan om objecten met een diameter van kleiner dan 100 kilometer, omdat grotere al eerder zouden zijn ontdekt. In feite hebben astronomen al meer dan een eeuw lang naar mogelijke hemellichamen binnen de baan van Mercurius gezocht, maar het waarnemen zó dicht bij de zon is alleen mogelijk als onze buurster – al dan niet kunstmatig – wordt verduisterd.

Theoretisch is het heel goed mogelijk dat zich vlak bij de zon nog onontdekte hemellichamen bevinden. Het planetenstelsel ontstond uit een roterende schijf van gas en stof die zich uitstrekte tot voorbij de baan van de buitenste planeet, Neptunus. In het centrum van die schijf ontstond de zon en op verschillende afstanden daaromheen vormden zich door samenklontering van materie de planeten. Dit proces was echter niet erg efficiënt en daardoor bleef er na afloop nog veel `puin' over: misschien wel 200 maal de massa van de aarde.

In de afgelopen 4,5 miljard jaar hebben de planeten er voor gezorgd dat een groot deel van dit puin is verdwenen. Sommige puinbrokken werden alsnog door een planeet opgeveegd, terwijl andere tijdens een nauwe passage naar de zon toe of van de zon af werden geslingerd. Heel effectief waren de reuzenplaneten – Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Deze laatste heeft er voor gezorgd dat het zonnestelsel nu tot op zeer grote afstanden is omringd door een wolk van vele miljarden ijsachtige puinbrokken: de komeetkernen.

ONDERLINGE BOTSINGEN

Er waren echter ook zones waar overgebleven puin met rust werd gelaten. De bekendste zone is die tussen de banen van Mars en Jupiter, waarin al meer dan tienduizend planetoïden zijn ontdekt. Dit zijn de grootste exemplaren van een populatie van ontelbare brokstukken en brokstukjes die daar rondcirkelen. Als gevolg van onderlinge botsingen komen er steeds nieuwe fragmenten bij, maar af en toe wordt ook een planetoïde op een koers naar de binnendelen van het zonnestelsel geslingerd, om alsnog in botsing met een planeet te komen.

In 1992 werd voorbij de baan van Neptunus het eerste lid van een tweede puingordel ontdekt. Tot nu toe zijn er al meer dan tachtig ijsachtige objecten gevonden die daar – buiten de invloed van Neptunus – ongestoord rondcirkelen. Ook deze objecten zijn slechts de grootste exemplaren van een populatie van ontelbare kleinere ijsdwergen en dwergjes die nog uit de beginperiode van het zonnestelsel dateren. Deze gordel wordt de Kuipergordel (of Edgeworth-Kuipergordel) genoemd.

De ontdekking van deze gordel heeft ook weer de vraag opgeroepen of zich binnen de baan van de binnenste planeet, Mercurius, nog objecten uit de beginperiode van het zonnestelsel bevinden. In feite was die vraag al in 1859 door de Franse astronoom Urbain Leverrier positief beantwoord. Leverrier had ontdekt dat Mercurius altijd wat sneller bewoog dan de berekeningen voorspelden en meende dat Mercurius werd gestoord door een onbekende planeet of groep van planetoïden. Maar hoewel er decennia lang naar zo'n Vulcanus en zulke Vulcanoïden werd gezocht, vond men niets.

In 1916 bleek dat het vreemde gedrag van Mercurius door de algemene relativiteitstheorie werd voorspeld en had men dus geen Vulcanoïden meer nodig. Maar toch bleven die in de hoofden van astronomen spoken, want het was best mogelijk dat zich in de verblindende stralen van de zon toch nog kleine objecten uit de beginperiode van het zonnestelsel verborgen hielden.

De Vulcanoïden kwamen opnieuw in de belangstelling nadat in 1977 rond Uranus en in 1979 rond Jupiter een ring was ontdekt. De Amerikaanse astronoom Kenneth Brecher rekende toen in Nature voor dat ook het belangrijkste lid van het zonnestelsel, de zon, een puinring zou kunnen hebben. De bestanddelen van zo'n ring zouden een diameter van ten minste 20 kilometer moeten hebben om daar 4,5 miljard jaar lang te kunnen blijven rondcirkelen. Aan de andere kant konden de rotsblokken niet veel groter zijn dan 100 kilometer, omdat ze anders al eerder waren waargenomen. De extra warmtestraling die in 1966 en 1973 rond de totaal verduisterde zon was gemeten, zou mede van zulke objecten kunnen komen.

In die tijd hadden astronomen de Vulcanoïden ook weer even nodig om iets vreemds aan het oppervlak van Mercurius te kunnen verklaren. Opnamen die in 1974 waren gemaakt uit de Mariner 10 leken er op te wijzen dat deze planeet kort na zijn ontstaan een groter aantal inslagen uit de ruimte had ondergaan dan de maan en Mars. Het `normale' bombardement op de binnenplaneten was veroorzaakt door puinbrokken die zo'n 4 miljard jaar geleden door met name Jupiter naar de binnendelen van het zonnestelsel waren geslingerd. Het extra bombardement op Mercurius kwam misschien van objecten die zich binnen zijn baan bevonden en misschien was een deel daarvan ook nu nog aanwezig.

De meest recente belangstelling voor mogelijke Vulcanoïden is mede te danken aan de resultaten van eindeloze berekeningen door computers aan de beweging van objecten in het zonnestelsel onder invloed van hun wederzijdse aantrekkingskracht. De Canadese astronoom Matthew Holman ontdekte twee jaar geleden dat zich tussen de banen van Uranus en Neptunus een zone bevindt waarin rotsblokken 4,5 miljard jaar lang uit de greep van die planeten zouden kunnen blijven. Hier zou zich nu nog een gordel van planetoïden kunnen bevinden met een totale massa van die van de hoofdgordel tussen Mars en Jupiter.

De Britse fysici Wyn Evans en Serge Tabachnik hebben onlangs met behulp van dit soort computerberekeningen twee stabiele zones in de binnendelen van het zonnestelsel ontdekt. De ene ligt tussen de banen van de aarde en Mars, waar een deel van de oorspronkelijke planetoïden misschien buiten de invloedssfeer van beide planeten is gebleven. Volgens deze astronomen zouden drie recent ontdekte planetoïden in deze zone voorbeelden van zulke niet-verstoorde objecten kunnen zijn (Nature, 6 mei).

De tweede zone bevindt zich binnen de baan van Mercurius, op afstanden tussen 15 en 30 miljoen kilometer van de zon. Objecten met een diameter tussen de 200 meter en 100 kilometer zouden in deze zone – wanneer ze daar tenminste ooit zijn ontstaan – ongestoord kunnen hebben rondcirkelen. Doordat deze zone net zoals de Kuipergordel door slechts één planeet wordt begrensd, behoort hij tot de meest stabiele in het zonnestelsel. Maar vanaf de aarde gezien ligt hij op slechts 6 tot 12° van de verblindende zonneschijf.

WARMTESTRALING

Tijdens de vlucht van de space shuttle Columbia, eind juli, hebben astronomen van het Southwest Research Institute in Boulder opnieuw naar tekenen van Vulcanoïden binnen de baan van Mercurius gezocht. Zij deden dat met SWUIS, een speciaal ontwikkelde wijdhoekcamera die de hemel tot op heel dicht bij de zon kan waarnemen en in de ruimte uiteraard ook geen last heeft van het strooilicht van de aardatmosfeer. Met SWUIS is gekeken naar de mogelijke warmtestraling van Vulcanoïden. De resultaten van de waarnemingen worden echter niet voor het einde van dit jaar verwacht, zo laat principal investigator Alan Stern desgevraagd weten.

Stern gaat overigens ook in het data-archief van de Europese zonnesatelliet SOHO naar afzonderlijke Vulcanoïden zoeken. SOHO is een verre satelliet die constant op de zon is gericht. Een van zijn instrumenten is een wijdhoekcamera waarin de zonneschijf door een rond maskertje wordt `verduisterd': de LASCO-coronagraaf.