De James Webb ruimtetelescoop kan in vijf jaar tijd duizenden asteroïden in kaart brengen zonder kostbare observatietijd te gebruiken, laat TU-alumnus Lenka Husárová zien.
Aardscheerders zijn een terugkerende bron van zorg. (Beeld: NASA)

De James Webb ruimtetelescoop kan in vijf jaar tijd duizenden asteroïden in kaart brengen zonder kostbare observatietijd te gebruiken, laat TU-alumnus Lenka Husárová zien.

Read in English

Weet je nog van Chelyabinsk in februari 2013? Dashboardcamera’s in het Russische Magnetogorsk (in de Oeral) filmden hoe een withete bol een dikke streep trok door de vroege ochtendhemel. Bewakingscamera’s in Chelyabinsk, 300 kilometer verderop, bleekten helemaal uit toen de meteoriet overkwam. Even later volgde de schokgolf die alle ramen uit de Sovjetflats blies. Een zinkfabriek stortte in nadat die door brokstukken was geraakt. Met 17 meter diameter en een gewicht van 10 duizend ton was de meteoor van Chelyabinsk een krachtige herinnering aan het gevaar dat rotsblokken vanuit de ruimte voor aardbewoners kan opleveren. Dinosaurussen overleefden destijds de inslag niet, maar die asteroïde was dan ook zo’n duizend keer groter.

Een triomf van technologie

Een jonge onderzoekster en haar professor die de wereld waarschuwen voor het gevaar van honderdduizenden brokken steen, ijs en metaal op weg door ons zonnestelsel. Dat klinkt als een filmscript. In dit geval gaat het over ir. Lenka Husárová (werkzaam op het Gallileo grondstation voor satellieten nabij München) en haar afstudeerdocent professor Bernhard Rainer Brandl, een astronoom met een aanstelling aan de TU Delft en aan de Universiteit Leiden. Samen met dr. Stephanie Cazaux (faculteit Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek) en dr. Michael Mueller (SRON en Rijksuniversiteit Groningen) werken ze aan een origineel maar serieus voorstel gericht op de James Webb ruimtetelescoop. Die werd eind vorig jaar gelanceerd en stuurde onlangs de eerste geslaagde foto over een afstand van 1,5 miljoen kilometer – een triomf van technologie.

Tekening van de uitgeklapte James Webb ruimtetelescoop. De gele spiegel is afgeschermd van de zon door hightech isolatiemateriaal. (Beeld: NASA)

Infrarood telescoop
NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) is ontworpen voor waarnemingen in infrarood- of warmtestraling. Ver weg van de aarde met de rug naar de zon en daarvan geïsoleerd met een stapel ultieme isolatiedekens, tuurt de ruimtelescoop naar de verste uiteinden van het heelal. In de astronomie betekent verder weg ook terug in de tijd. Door de expansie van het heelal is het licht van ver verwijderde objecten opgeschoven naar infrarood. De JWST is gebouwd om 13,5 miljard jaar terug te kijken in de tijd, naar de babydagen aan de rand van het heelal, naar de eerste sterren en melkwegstelsels die oplichtten in de duisternis die tot dan toe had geheerst.

Waar de JWST verblijft in relatie tot de zon, aarde en asteroïdengordels. (Beeld: Space Telescope Science Institute, STScI)

Maar dichter bij huis valt ook veel te beleven, zeggen Husárová en collega’s. In 2018 studeerde ze af op het idee om de ruimtetelescoop waarnemingen te laten doen in ons eigen zonnestelsel. Vanaf het (tweede Lagrange) punt waar de telescoop verblijft heeft die uitstekend zicht op de belangrijkste asteroïdengordel. “Dat is waar je de meeste asteroïden vindt”, zegt Husárová vanuit München. “De telescoop heeft een hoge gevoeligheid, dus je kunt er misschien ook de Trojanen mee zien (twee andere groepen van asteroïden die hun baan met Jupiter delen, red). En natuurlijk kun je ook asteroïden zien die dichter rond de aarde draaien. Dat zijn degene die in kunnen slaan op aarde. En dan zijn er nog de kometen met lange banen die van tijd tot tijd terugkeren. Dus ja, er is altijd een kans dat je een asteroïde vindt die in de toekomst op ramkoers raakt met de aarde.”

“De meeste asteroïden die de JWST zal bestuderen draaien braaf hun rondjes om de zon in de gordel tussen Mars en Jupiter”, legt haar afstudeerhoogleraar Brandl uit. “Maar heel soms kan er een uit haar baan getikt worden en als meteoriet op de aarde terecht komen.”

‘Wij willen camerabeelden afspeuren op langstrekkende asteroïden’ 

Observaties van de verste uiteinden van het heelal en van rotsblokken die relatief vlak voor de camera langstrekken gaan hand in hand, zegt Husárová. Eén van de instrumenten aan boord van de JWST is de MIRI (Mid Infra Red Instrument) die bestaat uit een camera en een spectroscoop (medium resolutie spectrometer of MRS). Het instrument MIRI is afgestemd op net ontwakende sterren miljarden lichtjaren verwijderd, maar ook op nauwelijks zichtbare kometen en objecten aan de rand van ons eigen zonnestelsel.

“Wanneer de spectrometer in gebruik is, staat de camera ook aan”, weet Husárová. “De meeste onderzoekers zijn geïnteresseerd in de spectrometer omdat die informatie geeft over de chemische samenstelling van een ster of van de atmosfeer van een planeet. De camera staat dan wel aan, maar wordt niet gebruikt. Wij willen die camerabeelden afspeuren op langstrekkende asteroïden. Daarvoor moeten de onderzoekers wel aanvinken dat ze de cameragegevens ook willen downloaden.” Die beelden kunnen dan gebruikt worden voor wat Husárová noemt ‘serendipiteuze detectie’ van asteroïden.

Lege ruimte
Asteroïden zijn inactieve en relatief kleine hemellichamen, overblijfselen uit de begintijd van ons zonnestelsel. De meeste (miljoenen) zijn kleiner dan 100 meter in doorsnee, maar er zijn er ook met een diameter van honderden kilometers. Er zijn intussen meer dan een miljoen asteroïden geregistreerd in een NASA-database en dat aantal neemt gestaag toe.

Husárová denkt er een bescheiden zevenduizend aan toe te voegen in vijf jaar tijd. Dat is niet veel. “Er zijn miljoenen asteroïden, en je kunt ze allemaal voor de camera langs zien trekken”, legt ze uit. “Maar de ruimte is zo enorm groot en leeg dat je er uiteindelijk niet heel veel in beeld krijgt in een periode van vijf jaar. Mijn berekening komt uit op de waarneming van tweehonderd bekende en bijna zevenduizend onbekende of ‘nieuwe’ asteroïden.” Een ‘waarneming’ betekent de bepaling van de positie en/of de baan (bij meerdere waarnemingen), de diameter en de tint (‘albedo’) die een idee geeft van de samenstelling (rots is zwart en ijs is wit).

Fijn om te weten wat er boven je hoofd hangt

Het is fijn om te weten wat er boven je hoofd hangt. Maar zelfs als je niet bezorgd bent over het voortbestaan van de mensheid is het goed om meer van asteroïden te weten, zeggen Husárová en Brandl. De chemische samenstelling en de ruimtelijke verdeling van asteroïden kunnen ons meer vertellen over de oorsprong van ons zonnestelsel. En wie weet kunnen ze ons in de toekomst van materialen voorzien die op aarde schaars (geworden) zijn. Naast ijzer, nikkel en kobalt staat ook goud op de lijst van asteroïden metalen.

De onderzoekers hopen hun voorstel dit voorjaar te publiceren. Daarin vragen ze astronomen die gebruikmaken van de ruimtetelescoop om MIRI-camerabeelden te downloaden voor waarneming van asteroïden. “Het kost geen extra waarnemingstijd. Het is alleen een kwestie van het vakje ‘camera’ aanvinken zodat die data meegestuurd worden”, benadrukt Husárová.

Je kunt alleen maar hopen dat zij en Brandl meer aandacht krijgen dan student Kate Dibiasky and professor Randall Miny in de Amerikaanse sci-fi parodie Don't look up.