Met een stuwraket die niet zou misstaan in ‘Star Trek’ reist de sonde Psyche naar een kosmische ijzerklomp

1. Nasa verzamelde onlangs al materiaal afkomstig van planetoïde Bennu en stuurde die ruimtesonde vervolgens door naar planetoïde Apophis. Waarom wil de organisatie nu óók nog naar planetoïde Psyche?

Rotsblokken als Bennu en Apophis zijn de overgebleven klonten uit de beslagkom waarin 4,5 miljard jaar geleden de aarde en overige planeten zijn ontstaan. Met het ongerepte beslag in hun binnenste, kunnen deze rotsblokken de geschiedenis van ons zonnestelsel helpen blootleggen.

Psyche bestaat echter voor zo’n 30 tot 60 procent uit ijzer en verschilt daarmee behoorlijk van reguliere rotsen als Bennu. IJzeren planetoïden als Psyche ontstonden wat later in de kosmische tijdlijn en kunnen dus juist weer een andere periode van onze kosmische geschiedenis helpen inkleuren.

Wanneer ruimtestenen samenklonteren tot protoplaneten, een soort planeten-in-wording, verandert de samenstelling van hun binnenste. Tijdens het samenklonteren wordt een protoplaneet zodanig heet dat de bestanddelen in zijn binnenste smelten. Omdat metalen zoals ijzer zwaarder zijn, zakken die vervolgens naar het midden van de protoplaneet.

Dit is de reden dat planeten zoals de aarde een ijzeren kern hebben. Ook grotere planetoïden zoals Vesta, de op twee na grootste ruimtesteen in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter, hebben een ijzeren kern.

Maar Psyche – die buitelt door diezelfde planetoïdengordel – bestaat als gezegd voor een flink deel uit metaal. Met een diameter van ruim 200 kilometer is Psyche ongeveer half zo groot als Vesta. Hij heeft een onregelmatige aardappelachtige vorm.

Astronomen vermoeden dat deze ijzerklomp een door botsingen blootgelegde kern is van een (proto)planeet die vroeg in de geschiedenis van het zonnestelsel aan stukken werd geslagen en het rotsachtige materiaal aan de buitenkant kwijtraakte.

En omdat wetenschappers nu eenmaal niet zo gemakkelijk naar de ijzeren kern van onze eigen aarde kunnen boren – die bevindt zich zo’n 2.900 kilometer onder het aardoppervlak, terwijl het diepteboorrecord voorlopig stokt op iets meer dan 12 kilometer – biedt Psyche een uitgelezen kans om een soortgelijke omgeving te verkennen.

En dan is er ook nog de mogelijkheid dat wetenschappers, wanneer de sonde in 2029 op z’n bestemming arriveert, ontdekken dat de aannames over Psyche niet kloppen.

Zo lijkt het vanaf aarde bijvoorbeeld alsof op Psyche weinig ijzeroxides voorkomen, verbindingen die op de vier aardachtige planeten (Mercurius, Venus, Aarde en Mars) juist veel voorkomen. Dit suggereert dat deze specifieke ijzerklomp misschien toch een andere, meer unieke kosmische geschiedenis kent.

2. Wat voor soort onderzoek gaat de ruimtesonde uitvoeren?

De sonde Psyche, inclusief zonnepanelen grofweg zo groot als een tennisveld, bevat meerdere instrumenten om de eigenschappen van de planetoïde Pysche in kaart te brengen. Vanaf augustus 2029 tot en met november 2031 gaat hij verschillende metingen verrichten.

Zo gaat een zogeheten magnetometer op de sonde kijken of Psyche wellicht nog een resterend magneetveld heeft. Omdat ook planeten zoals de aarde een eigen magneetveld hebben, zou dit een stevige aanwijzing vormen voor de theorie dat de planetoïde de kern van een kapotgeslagen protoplaneet is.

Verder bevat de sonde spectrometers en camera’s die de chemische samenstelling van de planetoïde, de daarin aanwezige mineralen, en de leeftijd en vorm van het oppervlak in kaart kunnen brengen.

Tot slot bevat de sonde radiocommunicatieapparatuur. Aan de hand van het antwoord op de vraag hoelang de radiosignalen onderweg zijn, kan men op aarde nauwkeurig de baan van de sonde rond Psyche bepalen. En met die gegevens kan de invloed van de zwaartekracht van de planetoïde op de sonde worden berekend.

Uit die zwaartekracht kan men vervolgens ook de massa en draaiing van de planetoïde afleiden en zo (indirect) nog meer leren over de structuur van het binnenste van deze kosmische ijzerklomp.

3. Doet de ruimtesonde nog iets anders?

Met de sonde reist een test mee van een nieuw communicatiesysteem voor in de diepe ruimte, ver voorbij de baan van de maan. Het doel daarvan is om gemakkelijker HD-beelden en video’s van verre kosmische bestemmingen terug naar aarde te kunnen zenden.

Daartoe gebruikt het systeem laserlicht in plaats van radiosignalen. Nasa hoopt die technologie onder meer in te zetten wanneer de organisatie in de verre toekomst astronauten stuurt naar buurplaneet Mars.

Volgens Nasa moet die nieuwe communicatiemethode gegevens uiteindelijk zo’n tien tot honderdmaal sneller kunnen verplaatsen. Omdat het een test is, wordt die apparatuur tijdens deze missie overigens nog niet gebruikt voor het verzenden van de meetgegevens en beelden die de sonde van z’n kosmische bestemming maakt.

Ook test Nasa tijdens deze missie een nieuw soort ruimtemotor, een zogeheten Hall-effect-stuwraket. Het is voor het eerst dat die specifieke technologie in de diepe ruimte wordt getest. Eerder vloog alleen de in 2003 gelanceerde Europese missie Smart-1 met soortgelijke motoren naar de maan.

De nieuwe stuwraket zet energie verzameld met de zonnepanelen van de sonde om in magnetische velden aan de achterkant. Met die magnetische velden stoot hij geladen deeltjes (meer specifiek: xenonionen) uit met voldoende snelheid om stuwkracht te genereren.

Het effect daarvan oogt sciencefictionachtig: achter de motor ontstaat een fotogenieke blauwige gloed die niet zou misstaan in fictieve ruimteverhalen als Star Wars of Star Trek.

De stuwkracht van de motor is overigens bescheiden: het is grofweg net zoveel kracht als een AA-batterij op een handpalm uitoefent. Maar in de kosmische diepte, waar wrijving door het vacuüm vrijwel ontbreekt, is dat al voldoende voor een gestage, maar continue versnelling van het ruimtevaarttuig tot uiteindelijk zo’n 200.000 kilometer per uur ten opzichte van de aarde.