Fossiel van ijs en stof - George Beekman

Komeet wijst uit: oermaterie zonnestelsel was goed gemengd
Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden ontstonden uit een oernevel onze zon en zijn planeten. Nu is het stof geanalyseerd uit een van de fossielen uit die oertijd van het zonnestelsel, komeet Wild 2.

Afgelopen januari, na een tocht van zeven jaar door het zonnestelsel, keerde de landingscapsule van de Amerikaanse komeetverkenner Stardust heelhuids terug op aarde. Aan boord bevonden zich stofdeeltjes van komeet Wild 2, een bijna vijf kilometer grote bal van ijs en stof die in een baan tussen Mars en Jupiter om de zon draait. Komeet Wild 2 is de vierde komeet die ter plekke in de ruimte werd bestudeerd, maar de eerste waarvan ook materiaal naar de aarde is gebracht. Deze week berichten tweehonderd onderzoekers over de eerste analyses en de verrassende ontdekking dat de komeet materiaal bevat dat ooit uit het binnenste van ons zonnestelsel in wording kwam (Science, 15 december).
 

foto-onderschrift:
De Stardust-ruimtesonde viste in 2004 met een stofvanger minuscule stofdeeltjes van de komeet Wild-2 op uit de ruimte. De deeltjes werden ingevangen in een speciale aerogel. Daarin werden de deeltjes afgeremd, en ze vielen daarbij in meer of minder kleinere fragmenten uiteen.(links) Gemiddeld waren de sporen een millimeter lang. Boven komeet Tempel 1 gefotografeerd tijdens de Deep Impact-missie in 2005, van Wild 2 bestaan geen scherpe fotos


Buitenaards materiaal kon tot voor kort alleen worden bestudeerd in de maanstenen die de Apollo-astronauten in de jaren zestig en zeventig mee naar de aarde hadden genomen, en via meteorieten. Dat zijn meestal fragmenten van planetoïden, kleine hemellichamen tussen de banen van Mars en Jupiter, maar soms ook stukken gesteente die in het verleden van het oppervlak van de maan en Mars zijn afgeslagen. Al deze objecten ontstonden 4,6 miljard jaar geleden in de warmere delen van de oernevel - de schijf van gas en stof - rond de protozon.

Stardust moest voor het eerst materiaal gaan bemachtigen van objecten die in de verste en koudste delen van het zonnestelsel zijn ontstaan: de kometen. Want hoewel komeet Wild 2 momenteel tussen Mars en Jupiter om de zon draait, is hij ontstaan in het gebied voorbij de baan van Neptunus: daar waar in de oernevel ook veel ijs (van water en andere verbindingen) ontstond. Kometen zoals Wild 2 zijn pas heel recent via de aantrekkingskracht van Neptunus en Jupiter in een kleinere baan om de zon gedirigeerd.

Stardust werd op 7 februari 1999 gelanceerd en vloog op 2 januari 2004 op een afstand van 234 kilometer langs de kern van komeet Wild 2. Tijdens deze passage werden met een speciale stofvanger de vaste deeltjes opgevangen die uit de verdampende komeetkern vrijkwamen. Nadat deze schat op 15 januari 2006 op aarde was afgeleverd, werd hij naar de clean room van het Johnson Space Center in Houston gebracht, van waaruit een heel klein deel naar laboratoria overal ter wereld is gezonden. Daar wordt het komeetstof met de meest geavanceerde instrumenten - elektronen- en röntgenmicroscopen, spectrografen, synchrotrons, enzovoorts - geanalyseerd. Het meeste is bewaard voor later, want volgens de wetenschappers is het onderzoek eigenlijk nog maar pas begonnen.

De buit van Stardust bestaat uit naar schatting meer dan tienduizend deeltjes van enkele nanometers (miljardste meters) tot een paar honderd micrometer groot. Zij sloegen met een snelheid van zes kilometer per seconde in op het aërogel, een ultraporeus afremmateriaal, van Stardusts stofvanger. De afremming vond plaats in een microseconde tot minder dan een nanoseconde. Uit de remsporen, gemiddeld één millimeter lang, blijkt dat de deeltjes tijdens de inslag fragmenteerden. In het bovenste deel van het remspoor zit vaak gesmolten aërogel en gesmolten komeetstof, terwijl het onderste deel vaak ongesmolten komeetmateriaal bevat.

Ongeveer vijftien procent van de komeetdeeltjes sloeg in op het aluminium frame van de stofvanger. Hierin ontstonden kratertjes met gesmolten en soms niet gesmolten komeetmateriaal. Via deze kratertjes, waarvan sommige kleiner dan honderd nanometer zijn, kon de grootteverdeling van de inslaande projectieltjes worden bepaald. En hieruit kon weer de totale massa van de komeetdeeltjes op de gehele stofvanger worden afgeleid: ruwweg één milligram. De meeste massa zat in de paar deeltjes die groter waren dan honderd micrometer.

In het komeetstof zijn verbindingen gevonden, waaronder koolstofverbindingen, die niet in de oernevel rond de zon kunnen zijn ontstaan. Zij maken deel uit van de nog primitievere grondstof van deze nevel, die ooit ontstond door samenballing van het zeer ijle gas in de ruimte tussen de sterren.

De meeste komeetdeeltjes bevatten echter verbindingen die wel in de oernevel zijn ontstaan. Dat zijn met name olivijn- en pyroxeensilicaten, de mineralen die het bulkmateriaal van planeten en planetoïden vormen. Het verrassende is echter dat vele deeltjes ook mineralen bevatten, zoals forsteriet en enstatiet, die alleen bij hoge temperaturen kunnen zijn gevormd. Eén deeltje wijst zelfs op een productie bij een temperatuur van meer dan 1100 graden Celsius, een hitte die alleen ver binnen de baan van Mercurius heerst.

Volgens de onderzoekers impliceert dit alles dat verbindingen die in de binnenste delen van het zonnestelsel-in-wording werden gevormd naar buiten toe zijn verplaatst en zich vermengden met de verbindingen die aan de grenzen van het protozonnestelsel ontstonden - en wel vóór de tijd dat zich in dit koude gebied kometen gingen vormen. De hoge-temperatuurverbindingen in komeet Wild 2 zijn een soort zwerfkeien: ze ontstonden niet in het milieu waarin ze werden aangetroffen.

Hoewel verder onderzoek betere schattingen zal opleveren, menen de onderzoekers dat minstens tien procent van de niet-vluchtige komeetmassa uit de binnendelen van de zonnenevel is gekomen. Tot nu toe werd aangenomen dat het materiaal dat op verschillende afstanden van de protozon ontstond vrij goed van elkaar gescheiden is gebleven.

Dit proces van vermenging was overigens al eerder gesuggereerd, zonder dat er bewijzen voor waren. Zo voorspelde de Amerikaanse astronoom Frank Shu in 2001 dat zelfs vrij grote deeltjes door een zogeheten röntgenwind uit een gebied dicht bij de protozon zouden kunnen worden weggeblazen, om vervolgens buiten de schijf van oermaterie om naar de rand van het zonnestelsel-in-wording te worden verplaatst.

De Franse astronome Dominique Bockelée-Morvan voorspelde in 2002 dat zon transport via turbulente bewegingen zelfs door de zonnenevel heen zou kunnen plaatsvinden. De berekeningen lieten toen zien dat de oernevel rond de zon al in de loop van tienduizend jaar goed kon worden dooreen geroerd.

Dit onverwachte bewijs in de submicroscopisch kleine stofdeeltjes van komeet Wild 2 is volgens de astronomen ook van fundamenteel belang bij het onderzoek naar de processen die eertijds tot het ontstaan van de planeten - inclusief de aarde - hebben geleid. Het betekent immers dat de vaste stoffen die op verschillende afstanden rond de zon in de oernevel werden geproduceerd niet alléén op die afstanden bleven ronddraaien. Als de oernevel goed dooreen werd geroerd, zouden de objecten die op verschillende afstanden van de zon ontstonden méér van dezelfde grondstoffen hebben meegekregen dan tot nu toe werd gedacht. En die kennis is dan te danken aan deze nanometer-grote stofdeeltjes.

De verbindingen in komeet Wild 2 zijn een soort zwerfkeien