Hoe planetoïde Vesta geen planeet werd

Astronomie

NASA-ruimtesonde Dawn is net bij planetoïde Vesta aangekomen, tussen Mars en Jupiter. Vesta is waarschijnlijk een onvoltooide planeet.

Eddy Echternach

Eindelijk. Na een reis van bijna vier jaar is de NASA-ruimtesonde Dawn aangekomen bij zijn eerste bestemming. De ruimtesonde, die op 27 september 2007 vanaf Cape Canaveral in Florida werd gelanceerd, cirkelt vanaf vandaag om de planetoïde Vesta. Aanvankelijk op een afstand van ongeveer 16.000 kilometer, maar dat zal stapsgewijs worden teruggebracht tot een paar honderd kilometer.

Vesta is één van de honderdduizenden rotsblokken van uiteenlopende afmetingen die in een brede gordel tussen de banen van Mars en Jupiter om de zon cirkelen. Deze ruim vijfhonderd kilometer grote ‘mini-planeet’, op 190 miljoen kilometer van de aarde en 330 miljoen kilometer van de zon, geldt als een overblijfsel uit de oertijd van het zonnestelsel. Het lijkt aannemelijk dat Vesta in haar ontwikkeling tot volwaardige planeet is blijven steken doordat zij zich domweg nooit met grote soortgenoten heeft kunnen verenigen. Vandaar dat wetenschappers haar beschouwen als een momentopname uit de begintijd van ons zonnestelsel. Ze hopen dat Vesta en haar soortgenoot Ceres, die in een 60 miljoen kilometer wijdere baan om de zon draait, meer inzicht kunnen geven in de manier waarop de aarde en haar zusterplaneten zijn ontstaan.

Geofysicus Chris Russell van de Universiteit van Californië in Los Angeles, die de wetenschappelijke leiding heeft over het Dawn-project, omschrijft Vesta zelfs als een ‘tijdmachine’ die ons een kijkje gunt op ‘het oudste planeetoppervlak in het zonnestelsel’. Het is overigens geen exclusief Amerikaanse project: twee Duitse en twee Italiaanse instituten hebben de ruimtesonde helpen ontwerpen en bouwen.

Enkele kleine planetoïden in de planetoïdengordel zijn al eens van dichtbij door ruimtesondes bekeken, maar dat gebeurde steeds heel vluchtig – letterlijk in het voorbijgaan. Dit onderzoek aan Vesta wordt veel grondiger aangepakt: Dawn zal ongeveer een jaar lang om het ruim vijfhonderd kilometer grote hemellichaam blijven draaien.

Aan boord van de ruimtesonde bevinden zich behalve twee camera’s ook twee spectrometers, waarmee de samenstelling van oppervlaktegesteenten kan worden vastgesteld. Daarnaast zal, door kleine fluctuaties in de baanbeweging van Dawn te meten, het zwaartekrachtsveld van Vesta onderzocht worden. Dat laatste levert informatie op over het inwendige van de planetoïde. Daaruit laat zich afleiden hoe (on)gelijkmatig de materie in het inwendige van de planetoïde verdeeld is.

Onvoltooide planeet

Uit het onderzoek moet blijken of Vesta inderdaad een onvoltooide planeet is. Volgens de huidige inzichten zijn de planeten en de kleinere objecten in ons zonnestelsel ontstaan door het samenklonteren van de stof- en ijsdeeltjes in het restant van de oernevel waaruit ook de zon is voortgekomen. Dat samenklonteringsproces leidde in eerste instantie tot brokstukken met afmetingen van ruwweg een kilometer, die door onderlinge botsingen een steeds grotere omvang bereikten. In acht gevallen ontstond op die manier een volwaardige planeet die, anders dan kleinere hemellichamen, het resterende puin uit haar naaste omgeving opveegde.

Deze planeetvorming, die zich ongeveer 4,5 miljard jaar geleden afspeelde, kwam echter niet overal tot een goed einde. De zone voorbij de baan van de planeet Mars bleef door de zwaartekrachtsinvloed van de reusachtige buurplaneet Jupiter zodanig in beroering, dat de vorming van een negende planeet mislukte. Gezien de geringe hoeveelheid materiaal die op het ‘bouwterrein’ is achtergebleven, ongeveer vier procent van de massa van onze maan, zou het waarschijnlijk ook geen indrukwekkend exemplaar zijn geworden.

Voor wetenschappers bieden deze planetaire halffabrikaten een uitgelezen kans om het proces van planeetvorming nader te onderzoeken. Verreweg de meeste planetoïden zijn klein en vormeloos. Alleen de drie grootste hebben zo veel massa, dat hun eigen zwaartekracht sterk genoeg was om de materie tot een min of meer bolvormig geheel samen te trekken. Het feit dat deze drie die bolvorm ook hebben weten vast te houden, wijst erop dat zij sinds hun ontstaan redelijk intact zijn gebleven. Bij Vesta is dat overigens een klein wonder, want rond haar zuidpool is een krater met een middellijn van 460 kilometer te zien – kolossaal groot voor een hemellichaam dat amper 530 kilometer meet. Hier heeft zich ruwweg een miljard jaar geleden een kleinere planetoïde in haar korst geboord, waarbij naar schatting een procent van Vesta’s gesteente de ruimte in werd geblazen.

Voor het onderzoek aan Vesta is die grote krater juist een meevaller: hierdoor kan Dawn diep in het inwendige van de planetoïde kijken. Wetenschappers zijn zo benieuwd naar wat daar te ontdekken valt, dat het vluchtplan van de ruimtesonde er helemaal op is afgestemd. Bij aankomst van Dawn bevindt het zuidpoolgebied van de planetoïde zich in de volle zon, waardoor de nog naamloze krater goed bekeken kan worden.

De verwachting is dat langs de binnenrand van de krater de gelaagde opbouw van Vesta te zien zal zijn. Er zijn namelijk aanwijzingen dat de planetoïde, net als een volwaardige planeet, uit lagen van verschillende dichtheden bestaat. De hoeveelheid radioactieve materialen die zij bij haar ontstaan heeft meegekregen, moet zo veel inwendige warmte hebben opgewekt, dat haar gesteenten smolten. Als dat inderdaad zo is, zouden de zwaarste bestanddelen, waaronder ijzer, naar de kern van Vesta zijn gezakt, terwijl de lichtste naar de oppervlakte stegen.

De eerste aanwijzing dat het inderdaad zo is gegaan, werd ruim veertig jaar geleden ontdekt. Door het met een telescoop opgevangen licht van Vesta met een spectroscoop te ontleden, kon worden vastgesteld dat de samenstelling van haar oppervlaktegesteente vergelijkbaar is met die van basalt, gestolde lava. Dat impliceert dat de korst van de planetoïde ooit gesmolten is geweest. Daarnaast vertoont de samenstelling van die korst sterke overeenkomsten met die van enkele kleinere planetoïden en van een bepaald type meteorieten waarvan er honderden op aarde zijn gevonden. Aangenomen wordt dat dit fragmenten van Vesta zijn, die bij de inslag waarbij haar grote zuidpoolkrater is ontstaan, de ruimte in zijn geblazen.

Van Vesta naar Ceres

Anders dan haar ruim negenhonderd kilometer grote soortgenoot Ceres bevat Vesta weinig of geen (bevroren) water. Het lijkt erop dat zij wat dat betreft overeenkomsten vertoont met de binnenste planeten van ons zonnestelsel, terwijl Ceres – die zich verder van de zon bevindt – meer wegheeft van de ijsmanen van bijvoorbeeld Jupiter. Onduidelijk is nog of dit ook door het verschil in afstand tot de zon komt. Het is ook mogelijk dat Vesta enkele miljoenen jaren eerder is gevormd dan Ceres en daardoor bij haar ontstaan meer kortlevende radioactieve elementen bevatte. Daardoor zou het inwendige van Vesta heter, en dus droger, kunnen zijn geworden.

Om de onderlinge verschillen tussen beide hemellichamen beter te onderzoeken, zal Dawn na de verkenning van Vesta naar Ceres worden gedirigeerd. Of de ruimtesonde die bestemming in 2015 volgens plan gaat bereiken, zal er nog om spannen. Eind juni ontstond er tijdens de nadering van Vesta namelijk een storing in de elektronica van de motor die de ruimtesonde voortstuwt door xenonatomen te ioniseren en met hoge snelheid weg te schieten. Dat is verholpen door het backupsysteem in te schakelen, maar zolang de precieze oorzaak van het mankement niet vaststaat, zal er enige onzekerheid over de betrouwbaarheid van de ionenmotor blijven.

Zie ook http://dawn.jpl.nasa.gov en http://www.dawn.mps.mpg.de