Mooi, maar gevaarlijk

De dodelijke schoonheid van kometen en planetoïden

Tom Gehrels en Eddy Echternach

De kans dat je als mens aan je einde komt door de inslag van een komeet of planetoïde lijkt astronomisch klein. Grote inslagen zijn immers betrekkelijk zeldzaam. Maar we vergeten dan dat de gevolgen van een grote inslag enorm kunnen zijn, wellicht zelfs wereldomvattend. Betrek je het grote aantal slachtoffers in de rekensom, dan ontdekt je dat elk mens een kans van 1 op 5000 loopt dat hij door een grote inslag aan zijn einde komt. Sterrenkundigen zijn druk bezig de risico's in kaart te brengen.

Hoe groot is de dreiging van planetoïden? (Illustratie: E. MacBryce)

Kometen en planetoïden zijn de overblijfselen van het ontstaan van ons zonnestelsel. Ze zijn gevormd uit hetzelfde gas en stof dat ook in grote wolken tussen de sterren van de Melkweg wordt waargenomen. De afzonderlijke stofdeeltjes zijn dermate klein dat je ze zelfs niet kunt zien als ze op je hand liggen; ze meten slechts ongeveer een duizendste van een millimeter. Maar uit grote hoeveelheden van dat gas en stof ontstaan complete sterren en is ook ons zonnestelsel voortgekomen. (Zie ook het mei-nummer van 1999 van Zenit; voor een technische beschrijving van het ontstaan van sterren en planeten, zie Mannings et al. 2000.)
In de zonnenevel ontstonden, behalve de zon zelf, grote aantallen objecten van de 1000-kilometerklasse, die we tegenwoordig kometen of planetoïden zouden noemen. Maar in hun meest primitieve vorm worden deze objecten aangeduid met de term planetesimalen. Uit een opeenhoping van vele van deze planetesimalen is ook de aarde ontstaan. Onze planeet is het resultaat van een bombardement dat in hevigheid toenam naarmate zijn massa en (dus) zijn aantrekkingskracht groter werd. Bij elke inslag kwam veel energie vrij, waardoor de temperatuur van de aarde opliep. Uiteindelijk was onze planeet waarschijnlijk vrijwel geheel gesmolten. Toen het materiaal in het binnenste gedeelte van de zonnenevel verbruikt was, kwam er een einde aan het bombardement.
Dit alles begon ongeveer 4,5 miljard jaar geleden. Wat volgde was een periode gedurende welke de aarde van buitenaf afkoelde en zich de aardkorst begon te vormen. Maar de rust was niet van lange duur. Want 3,8 miljard jaar geleden leidden gebeurtenissen verderop in het zonnestelsel voor een tweede golf van inslagen. Uit planetesimalen waren op grotere afstand van de zon de kernen van vier grote planeten ontstaan, en deze voltooiden hun ontwikkeling door hun omgeving schoon te vegen. Zo ontstonden de gasreuzen Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Tijdens hun ontstaan moeten de zware planeten flink hebben huisgehouden in hun deel van het zonnestelsel, en daarbij brokstukken alle kanten op hebben geslingerd -- óók in de richting van de binnenplaneten.
Uiteindelijk ontstond een tamelijk stabiele situatie, waarbij tussen 2,2 en 3,3 astronomische eenheden (AE) van de zon een gordel van overgebleven planetesimalen werd gevormd. Dat is nog grotendeels in het gedeelte van het zonnestelsel waar de zon nabij genoeg is om de aanwezige vluchtige stoffen weg te dampen. De planetesimalen in het binnenste gedeelte van de gordel -- die inmiddels planetoïden worden genoemd -- bestaan daardoor grotendeels uit siliciumhoudende materialen. Alleen in de buitenste regionen van de planetoïdengordel komen we wel veel objecten tegen die uit meer vluchtige, koolstofhoudende materialen bestaan.
Voor kometen, de andere groep overgebleven planetesimalen, moeten we aan de rand van het zonnestelsel zijn. Daar, op afstanden van 100.000 AE en meer, bevindt zich de koelcel van het zonnestelsel, die -- naar zijn theoretische voorspeller -- de Oortwolk wordt genoemd (zie Gehrels 1988 voor een beschrijving hoe professor Oort daar college over gaf). Zij vormen de restanten die door de reuzenplaneten naar de buitenwijken van het zonnestelsel werden geslingerd. De Oortwolk is ijl, maar enorm groot en bevat alles bij elkaar misschien wel 1013 kometen. Door de lage temperaturen op deze grote afstand van de zon, bestaan deze kometen behalve uit stof ook uit ijs en sneeuw. Het zijn losse opeenhopingen die voor een belangrijk deel uit koolstofverbindingen bestaan en daardoor heel donker van kleur zijn. Vandaar dat men kometen ook wel 'vuile sneeuwballen' noemt.

De planetoïden 951 Gaspra (links) en 243 Ida op dezelfde schaal afgebeeld. (Foto: Galileo/NASA/JPL)

Baanstoringen

Op aarde was inmiddels de eerste aanzet voor het ontstaan van leven gegeven, hetgeen ongeveer 500 miljoen jaar geleden resulteerde in de geleidelijk versnellende evolutie van hogere soorten. Er verschenen grote gewervelde dieren, zoals de dinosauriërs, die ongeveer 100 miljoen jaar over de aarde heersten. Maar 65 miljoen jaar geleden verdwenen ze opeens. Inmiddels is duidelijk geworden dat hun ondergang het gevolg was van de inslag van een ongeveer twaalf kilometer grote planetoïde of komeet. Waar kwam deze vandaan? Het tijdperk van de oorspronkelijke grote inslagen was toch allang voorbij?
De banen van de komeetkernen in de Oortwolk zijn normaal gesproken stabiel. Maar af en toe worden de banen verstoord door de zwaartekrachtsaantrekking van een ster of een grote interstellaire wolk die op betrekkelijk geringe afstand langs het zonnestelsel zou trekken. Een andere mogelijke storingsbron is het periodieke effect dat optreedt doordat het zonnestelsel op en neer golft door het vlak van het Melkwegstelsel (het zogeheten 'Shiva-effect'; zie het artikel van De Jager elders in deze Zenit, Smoluchowski et al. 1986, Rampino en Haggerty 1996, en het overzicht in Gehrels 1999).
Hoe het ook zij, uit modelberekeningen blijkt dat de baan van een komeet zodanig kan worden veranderd dat hij uit het zonnestelsel wordt geslingerd of juist in een elliptische baan terechtkomt die hem naar de binnenste regionen van het zonnestelsel voert. In het laatste geval kunnen we hem later waarnemen als een actieve komeet. Als een komeetkern de zon nadert, begint zijn ijs te verdampen tot gas dat onder hoge druk ontsnapt en daarbij stof meeneemt. Zo ontstaan de coma en de beide staarten van de komeet: de rechte gasstaart en de kromme stofstaart.
Een soortgelijke baanstoring kan optreden in de planetoïdengordel, waar de banen gewoonlijk ook stabiel en vrijwel cirkelvormig zijn. Maar hier is het dermate druk dat er botsingen kunnen optreden. En als zo'n botsing plaatsvindt in de regionen waar sprake is van een ritmische, resonante ontmoetingen met Jupiter -- de zwaartekracht van de andere planeten speelt overigens ook mee -- kunnen er ingewikkelde interacties optreden. De botsingsfragmenten kunnen ofwel uit het zonnestelsel worden geslingerd of juist in elliptische banen terechtkomen die hen naar de binnenste regionen van het zonnestelsel brengen.
Vraag en aanbod zijn hierbij in evenwicht. Wat na botsingen en verstoringen wordt aangeboden, wordt door de zwaartekracht van maan en planeten in dank aanvaard. (Het begrip 'dank' is natuurlijk maar betrekkelijk, want kometen brengen moleculen, maar een inslag kan rampzalige gevolgen hebben.) Hierdoor heeft een planetoïde die zich in de buurt van de vier binnenste planeten waagt een levensduur van niet meer dan een miljoen jaar. Uiteindelijk komt hij een keer in botsing met Mars, aarde of maan, Venus, Mercurius of zelfs de zon (zie Gehrels 1996).
Laten we de zaken nog eens op een rijtje zetten. De voorgangers van de huidige kometen en planetoïden waren nauw betrokken bij het ontstaan van onze planeet en onszelf. Zonder hen zou er geen aarde zijn geweest en wij dus ook niet. Bovendien hebben zij een belangrijke rol gespeeld bij het verloop van de evolutie. Uit fossiele resten blijkt dat er verscheidene keren massale uitstervingen hebben plaatsgevonden. Bij een van de inslagen werden ook de vraatzuchtige dinosauriërs weggevaagd, zodat de kleinere zoogdieren meer kans op ontwikkeling kregen. En daar zijn we dan.

De 0,9-m Spacewatch-telescoop tijdens nachtelijke waarnemingen.

Het ontstaan van Spacewatch

In 1969 ontstond het idee om de speurtocht naar kleine objecten in het zonnestelsel te bevorderen door een telescoop te bouwen waarmee uitsluitend naar kometen, planetoïden en kleine planeetmanen zou worden gekeken. Het was Aden Meinel, de toenmalige directeur van het Optical Sciences Center van de universiteit van Arizona, die bij een militair project een 1,8 meter grote optische spiegel in de wacht wist te slepen. Maar de tijd bleek nog niet rijp voor een speciale 'planetoïdentelescoop'; er waren gewoon te weinig mensen op dit onderzoeksterrein actief. Toen bleek dat de planetoïdentelescoop er voorlopig niet zou komen, leende Meinel de spiegel terug voor de Multi-Mirror Telescope (MMT). Daar heeft de spiegel een decennium lang dienst gedaan, in afwachting van het moment dat zij voor het interessantere planetoïdenonderzoek zou worden ingezet. In 1993 werd de spiegel teruggegeven: eindelijk kon de bouw van de 1,8 meter Spacewatch-kijker beginnen (Perry et al. 1998).
Het doel van het Spacewatch-programma is het ontdekken van kleine objecten in het zonnestelsel ten behoeve van hun statistische en dynamische geschiedenis. Dit onderzoek werd van oudsher gedaan met fotografische platen (Kuiper et al. 1958; van Houten et al. 1970, 1989, 1991), maar bij Spacewatch worden veel snellere detectors gebruikt: de charge-coupled devices (ccd's).
Om de ccd-techniek te kunnen ontwikkelen werd in 1981 een oude 0,9-m Newtontelescoop beschikbaar gesteld. Het was het oorspronkelijke hoofdinstrument van de Steward-sterrenwacht, die in 1921 was opgericht op de campus in Tucson. De kijker verhuisde in 1964 naar Kitt Peak en wordt nu de Spacewatch-telescoop genoemd. Op Kitt Peak, 80 km ten westen van Tucson, staan alles bij elkaar zo'n achttien telescopen, waarvan de meeste worden beheerd door het Kitt Peak National Observatory. De universiteit van Arizona heeft er zijn eigen plek waar een paar kijkers staan, zoals de 0,9-m en nu dus ook de 1,8-m Spacewatch-telescoop. Het Spacewatch-team moet niet alleen het 0,9-m instrument 18 à 20 nachten per maand in bedrijf houden, de verzamelde gegevens analyseren en publiceren, maar ook nieuwe waarneemtechnieken ontwikkelen en de 1,8-m telescoop aan de praat krijgen.

Deze drie ccd-opnamen tonen de ontdekking van planetoïde 1992AD met de Spacewatch-telescoop. Het object in het midden van elk beeldveld verplaatst zich ten opzichte van de vaste sterren.

Dit laatste instrument zou aanvankelijk een klassieke 1,8-m/F2,7 reflector worden. Maar door chronisch geldgebrek moest de telescoop korter worden gehouden, om op de kosten van de koepel te kunnen bezuinigen. Het resultaat is een 'opgevouwen kijker' met een vlakke secundaire spiegel met een middellijn van 76 cm. Deze laatste veroorzaakt zes procent extra lichtverlies, maar men moest de telescoop nu eenmaal betaalbaar zien te houden. Bijkomend voordeel is dat de kortere kijker minder windgevoelig is, wat het lichtverlies misschien wel goedmaakt.
Bij de 0,9-m Spacewatch-telescoop is een ccd-systeem ontwikkeld, waarvan het hart inmiddels wordt gevormd door een Tektronix-chip met 2048 bij 2048 pixels. De detectietechniek maakt gebruik van de eigenschap van de ccd-chip om ladingen pixelrij voor pixelrij op te schuiven. Hierdoor kan de hemel worden afgetast, terwijl de telescoopaandrijving uit staat (McMillan et al. 1986). Een ster doet er 146,53/cosd seconden (d is de declinatie van de ster) over om de hele breedte van de ccd af te leggen. Daarbij geldt het principe van de 'emmerbrigade' bij het blussen van een brandje: het licht wordt foto-elektrisch omgezet in een lading, die van pixel naar pixel wordt doorgegeven naar de laatste rij. Vanuit deze laatste verzamelrij, het zogeheten eindregister, worden de gegevens overgebracht naar een computersysteem.
Elk hemelgebied wordt driemaal achtereen afgetast; tijdens een waarneming van een half uur wordt zo een strookje van zeven bij een halve graad afgewerkt. Ondertussen houdt de computer een nauwkeurige boekhouding bij van de objecten die door de ccd gezien zijn. En dat kunnen er per half uur wel 50.000 of meer zijn, omdat grensmagnituden tot 21,9 haalbaar zijn. Door de drie achtereenvolgende scans onderling te vergelijken, kan de computer vaststellen of er een bewegend object bij zat.
Uit de beweging van zo'n object, dat meestal een planetoïde zal zijn, kan met behulp van een eenvoudig principe haar afstand worden bepaald. Dat laat zich het best illustreren met een vliegtuig dat over je heen vliegt. Als het vliegtuig zich boven je bevindt, heeft hij een grote hoeksnelheid. Maar naarmate hij in de verte verdwijnt, neemt zijn hoeksnelheid steeds verder af, dit ondanks het feit dat zijn werkelijke snelheid onveranderlijk is gebleven. Hetzelfde geldt ook voor planetoïden. Als een planetoïde ver verwijderd is, heeft hij een kleine hoeksnelheid: hij verplaatst zich maar langzaam langs de hemel. De schijnbare verplaatsingssnelheid is omgekeerd evenredig met de afstand; de methode werkt het best omstreeks het gebied nabij oppositie (Rabinowitz 1991, Jedicke 1996).

Planetoïden die dichtbij de aarde komen verplaatsen zich gewoonlijk snel langs de hemel. Hier is het spoor te zien van Apollo-planetoïde 1992JD.

De computer kan ook overweg met objecten die al gedurende de belichtingstijd van 146,53 seconden een spoor trekken. Maar het menselijk oog is nog beter in staat om zulke zwakke lichtspoortjes op te merken, en tijdens de scan kijkt de waarnemer dan ook altijd aandachtig mee. Daarbij wordt gelijk gelet op de verschijning van zwakke kometen. Het is boeiend om te zien hoe al die sterrenstelsels, meteoren, kunstmanen en gaswolken zo aan je voorbij trekken!
De derde scan is het spannendst, omdat dan de nieuwe ontdekkingen van de bewegingsdetectie bekend worden gemaakt. Als deze ontdekkingen de volgende dag worden geanalyseerd, blijkt ongeveer een derde op een onduidelijkheid of een statistische vergissing te berusten. Het aantal fouten kan worden beperkt door de computer niet meer op de allerzwakste signaaltjes te laten reageren, maar dat gaat natuurlijk ook ten koste van de ontdekking van de allerzwakste objecten.
Het werkschema van een Spacewatch-waarnemer kan behoorlijk vol zijn. In de winter moet zij of hij om een uur of zes 's middags in de koepel zijn, en stopt het waarnemen pas om ongeveer 6.30 uur 's ochtends. En gedurende al die tijd moet hij waakzaam zijn: tijd voor pauzes is er nauwelijks. Om 7 uur 's ochtends begint de computer met het analyseren van de resultaten, door de kiekjes op te vragen die de afgelopen nacht zijn gemaakt. Dat kunnen er op een goede winternacht wel 3000 zijn. De waarnemer heeft dan overdag een paar uur nodig om de echte ontdekkingen eruit te halen, wat behoorlijk opwindend kan zijn als er een bijzonder object tussen zit. Een komeet bijvoorbeeld, of een aardscheerder of juist een van die verre planetoïden die tussen de banen van Saturnus en Uranus bewegen.
Het komt voor dat er in zo'n lange nacht 2100 opnamen zijn overgebleven en 700 echte planetoïden gevonden zijn. Meestal gaat het dan om planetoïden van de hoofdgordel, en meestal ook zijn het objecten die nog nooit eerder zijn gezien. De Spacewatch-telescoop heeft een grensmagnitude van omstreeks 21,9 en kan daarmee tot in de planetoïdengordel nog planetoïden vinden die in andere gedeelten van hun baan gevaarlijk dicht bij de aarde kunnen komen ('aardscheerders'). De gemeten posities worden per elektronische post naar het Minor Planet Center in Cambridge, Massachusetts, gestuurd voor nauwkeuriger baanberekening. Bij het MPC houdt men verder een immense elektronische catalogus bij van de ontdekkingen die met alle telescopen ter wereld zijn gedaan.
Sinds 1995 neemt Spacewatch dezelfde gebieden met tussenpozen van ongeveer vijf dagen waar. Die tussentijd stelt de onderzoekers in staat om nauwkeurigere baanbepalingen te doen dan na de tussenpoos van een uur die de oorspronkelijke waarnemingen van elkaar scheidt mogelijk is. Tot op heden is Spacewatch het enige waarneemprogramma dat geregeld verbeterde baanbepalingen en statistische onderzoekingen doet. In 1998 ging het om ongeveer 25.000 planetoïden per jaar, maar door verbeteringen van de kijker en de toepassing van meervoudige en snellere detectors zou dat aantal binnenkort wel eens flink kunnen oplopen. De kijker wordt verbouwd zonder secundaire spiegel, 'versneld' van F/5 tot F/3,2 en van een grotere ccd voorzien.

Opengewerkte tekening van de nieuwe 1,8-m Spacewatch-telescoop.

Resultaten van Spacewatch

Het gaat natuurlijk niet alleen om het ontdekken van nieuwe objecten en het verbeteren van baangegevens. Het meest belangrijk zijn de wetenschappelijke conclusies die je uit al dat onderzoek kunt trekken. Al in 1990 werd vastgesteld dat er verrassend veel meer aardscheerders met middellijnen van minder dan 100 meter waren dan men vooraf had ingeschat. Bij de grotere aardscheerders verliep het aantal ontdekkingen zoals op basis van de eerder verzamelde gegevens mocht worden verwacht.
De verwachting voor het aantal kleine planetoïden was opgesteld met behulp van lineaire extrapolatie van de aantallen grotere exemplaren. De vuistregel was dus: er zijn tien keer zo veel planetoïden van 100 meter als van 1 kilometer en nog eens tien keer zo veel exemplaren van 10 meter. Maar de regel blijkt niet op te gaan voor die kleinere planetoïden: het aantal van 10 meter blijkt veertig keer zo talrijk te zijn als op basis van lineaire extrapolatie verwacht werd (Rabinowitz 1993, 1997; zie ook Scotti et al. 1991). Dat overschot is ook in overeenstemming met de waarnemingen die door militaire verkenningssatellieten zijn gedaan (Tagliaferi et al. 1994); een paar keer per jaar dringen objecten van de 10-meterklasse de aardatmosfeer binnen.
De interpretatie van het overschot kende een moeilijke start. Maar toen de ruimtesonde op weg naar Jupiter de planetoïden Gaspra en Ida had waargenomen, bleek dat ook hun oppervlak de sporen van grote aantallen kleine inslagen vertoont (Chapman et al. 1996). Als bron voor de kleine inslaande objecten worden ook wel de kometen genoemd; de 'mini-planetoïden' zouden afkomstig kunnen zijn van het oppervlak en het inwendige van actieve kometen (Ceplecha 1997). Maar Rabinowitz (1997) heeft het waarschijnlijk wel bij het juiste eind als hij zegt dat de fragmenten het gevolg zijn van allerlei botsingsverschijnselen tussen planetoïden.
Een ander belangrijk resultaat van het Spacewatch-programma is de ontdekking van drie objecten, (5145) Pholus, 1993 HA2 en 1995 GO, die een halve lange baanas van ongeveer 22 AE, een excentriciteit van ongeveer 0,6 en een inclinatie van bijna 20° hebben. En steeds worden er nieuwe objecten ontdekt op deze afstand tot de zon, waar toevallige ontmoetingen met (bijvoorbeeld) Uranus grote gevolgen kunnen hebben op de vorm van de baan. Het verrassende aan deze objecten is dat uit spectro-fotometrisch onderzoek is gebleken dat Pholus en HA2 veel roder zijn dan de andere hemellichamen in ons zonnestelsel, hetgeen op de aanwezigheid van organisch oppervlaktemateriaal duidt. De drie zijn duidelijk anders dan (2060) Chiron, die lang zo rood niet is en een meer cirkelvormige baan tussen Saturnus en Uranus volgt. Maar Chiron is dan ook een buitenbeentje: zijn nummer geeft aan dat het een planetoïde is, maar uit waarnemingen blijkt dat hij rond zijn kleinste afstand tot de zon kometenactiviteit vertoont. Chiron en de andere zijn lid van een nieuwe gordel van planetoïden buiten de baan van Saturnus die inmiddels 'centauren' worden genoemd.
Uit statistisch onderzoek door Jedicke en Herron (1997) is gebleken dat de centaurpopulatie misschien wel net zo groot is als die van 'de' planetoïdengordel. De centauren zijn wellicht een soort overgangsgroep tussen de planetoïden in het binnenste gedeelte van het zonnestelsel en verre kometen (Bailey et al. 1992, zie ook Marsden en Steel 1994, en Valtonen et al. 1995). Door David Jewitt en andere sterrenkundigen op Hawaï is een aantal jaren geleden op grotere afstand van de zon nóg zo'n overgangsgroep ontdekt. Inmiddels zijn ongeveer honderd van deze transneptuniaanse objecten of 'ijsdwergen' ontdekt, die tot de buiten de baan van Neptunus gelegen Kuipergordel zouden behoren. De afgelopen vijf jaar is het bekende aantal objecten in het zonnestelsel enorm toegenomen!

De kern van de komeet Halley, zoals gefotografeerd door de ruimtesonde Giotto. (Foto: ESA).

De risico's van kometen en planetoïden

Het feit dat je ontdekt dat er veel meer kleine planetoïden zijn dan je dacht, maakt het leven op aarde er natuurlijk niet gevaarlijker op. Die planetoïden waren er altijd al. Maar langzamerhand worden we ons bewust dat de huidige rust wel eens van beperkte duur zou kunnen zijn. Zo af en toe zijn we getuige van de val van een meteoriet, zoals op 28 januari 1976 te Dhajala bij Ahmedabad in India. Na de luidruchtige aankomst van het object gaf de plaatselijke onderwijzer zijn leerlingen een vrije dag, zodat ze de omgeving konden afstruinen. Hoewel het een steenmeteoriet was, kenden de kinderen de plaatselijke woestijn zo goed, dat ze wel tien brokstukken wisten te vinden.
Maar er zijn ook stille getuigen van grotere inslagen, zoals de grote Barringerkrater bij Flagstaff in het noorden van Arizona. Deze is ongeveer 40.000 jaar geleden ontstaan door een ongeveer 35 meter groot metaalrijk object. De kinetische energie die daarbij vrijkwam was ongeveer driehonderd maal zo groot als die van de ontploffing van de atoombom die in augustus 1945 Hiroshima verwoestte. Een soortgelijke inslag vond plaats in 1908, bij Toengoeska in Siberië, alwaar een ontploffing hoog in de atmosfeer plaatshad die tot in Londen werd gehoord. Ook hierbij kwamen bijna 300 'Hiroshima's' aan energie vrij, maar voor zover bekend zijn daarbij geen slachtoffers gevallen. Dat zou heel anders zijn geweest als de explosie zich had voorgedaan boven een stad als Amsterdam. De inslag zou er geen spaan van hebben heel gelaten.

Overzichtsfoto van de bekendste aller inslagkraters: de Barringer-krater in Arizona. (Foto: dr. D.J. Roddy/USGS)

Nog groter is de Ries-krater, op twee uur rijden van Frankfurt (zie ook Zenit, mei 1994, blz. 202-205). Vanuit de kerktoren in Nördlingen kun je zien dat het dorp in de kom van een ongeveer twintig kilometer grote krater is gebouwd. Een algemene regel is dat de middellijnen van krater en projectiel zich ongeveer verhouden als 20:1. Het object dat de Ries-krater veroorzaakte moet dus ongeveer een kilometer groot zijn geweest. Uit onderzoek aan het gesteente bij de kraterrand blijkt dat de krater ongeveer 15 miljoen jaar geleden moet zijn ontstaan. Veertig kilometer westelijker is er nog een tweede, kleinere krater, die net zo oud is en mogelijk door de inslag van een satelliet van het hoofdobject is veroorzaakt.
De grootste planetoïden die in de buurt van de aarde komen hebben een middellijn van ongeveer tien kilometer. Dat is een interessant gegeven, omdat de grootste exemplaren in de planetoïdengordel honderden kilometers groot zijn: als een van die objecten ooit op aarde was ingeslagen, zou de planeet forse schade hebben opgelopen en zouden alle vormen van leven zijn uitgeroeid. Zoals gezegd volgen de planetoïden van de hoofdgordel stabiele banen, die onderlinge botsingen evenwel niet kunnen voorkomen. De resulterende brokstukken kunnen grote afstanden afleggen en door de zwaartekrachtsinvloed van Jupiter uit het zonnestelsel worden geslingerd of juist richting aarde worden afgebogen. De vaststelling dat aardscheerders niet groter zijn dan een kilometer of tien lijkt ons idee te bevestigen dat het om de brokstukken van botsingen in de planetoïdengordel gaat. Ook de grootteverdeling is hiermee in overeenstemming: een factor 10 kleiner betekent een factor 100 talrijker en die verhouding is in overeenstemming met het proces van catastrofale botsingen.

Overzichtskaartje van het Toengoeska-gebied, waarboven in 1908 waarschijnlijk een fragment van een komeet explodeerde. (Foto: dr. J. Pike, Federation of American Scientists)

Modelberekeningen van verschillende wetenschappelijke onderzoeksgroepen wijzen erop dat planetoïden met middellijnen van een kilometer of meer een mondiale holocaust kunnen veroorzaken; de kleinere, zoals die van Arizona en Toengoeska, geven 'slechts' regionale verwoestingen. Van die objecten van een kilometer en meer zijn er waarschijnlijk ongeveer 1700. Dat aantal is nog onzeker, maar statistisch onderzoek zal binnen afzienbare tijd een betrouwbaarder cijfer opleveren (Rabinowitz et al. 1994). Objecten van deze grootteklasse slaan gemiddeld ongeveer eens per 330.000 jaar op aarde in. Dat lijkt geruststellend weinig, maar we moeten ons wel realiseren dat dit slechts een statistische uitkomst is. De kans dat het morgen gebeurt is net zo groot of klein als dat het pas over 330.000 jaar gebeurt.
Ook is van belang om de inslagenergie in gedachten te houden. Bij inslagen wordt veelal gebruik gemaakt van de al eerder genoemde kinetische energie, de energie die een voorwerp heeft door de combinatie van zijn massa en snelheid (E = (1/2) mv²). De gemiddelde meteoriet heeft een snelheid van 20 kilometer per seconde en een dichtheid van 3 gram per kubieke centimeter. Met behulp van deze getallen kun je berekenen dat de inslag van een planetoïde met een middellijn van een kilometer overeenkomt met een miljoen 'Hiroshima's' oftewel met de explosie van 13.000 miljoen ton TNT.

Een van de weinige bekende gevallen waarbij iemand door een meteoriet werd verwond: de onfortuinlijke was Annie Hodges uit Sylacauga (Alabama). Het voorval speelde zich af op 30 november 1954.

Wat zijn de gevolgen van zo'n inslag? Wat bedoelt men eigenlijk met 'mondiale holocaust'? Het extreme voorbeeld is de gebeurtenis die 65 miljoen jaar geleden, op de grens van het Krijt en het Tertiair, de bron is geweest van het iridiumrijke afzettingslaagje dat overal op aarde wordt aangetroffen. Iridium is een element dat op het aardoppervlak niet veel voorkomt, maar in meteorieten wél. Als zwaarder materiaal zakte het naar het centrum van de aarde, toen onze planeet nog betrekkelijk jong en vloeibaar was. De gedachte dat het iridium afkomstig zou zijn van een kosmische inslag, ligt dus voor de hand. En inmiddels is waarschijnlijk ook de krater gevonden die bij de inslag is ontstaan. Deze krater, die genoemd is naar het nabijgelegen dorp Chixculub op het Mexicaanse schiereiland Yucatan, is bedolven onder een dikke laag modder en ligt grotendeels in zee. Hij heeft een middellijn van 180 kilometer, maar het ringenstelsel eromheen strekt zich tot op 400 km van het centrum uit. Bij de inslag van het naar schatting 12 kilometer grote object zouden enorme hoeveelheden stof zijn opgeworpen die deels in de stratosfeer terechtkwamen. Daar schermde het stof misschien wel een half jaar lang het zonlicht af, en ondertussen regende de rest neer om het paar centimeter dikke afzettingslaagje te vormen. Onder dit laagje vindt men talrijke resten van dinosauriërs, erboven blijkt driekwart van de toen bestaande plant- en diersoorten te zijn verdwenen.

In 1980 ontdekten Walter en Luis Alvarez een (donker) iridiumrijk laagje in het kalksteen van de Italiaanse Apennijnen.

Toekomstig onderzoek

We weten nu dus in grote lijnen wat planetoïden en kometen zijn, hoeveel ervan zijn en hoe vaak ze op aarde inslaan. Maar het onderzoek naar de precieze aard van deze feiten is nog in volle gang. De aanzet tot dit onderzoek werd in 1980 gegeven door het klassieke artikel van Alvarez e.a. (1980, op de hielen gevolgd door Smit en Hertogen, 1980) en verder verspreid tijdens een bijeenkomst in Colorado een jaar later. De resultaten van de onderzoeken die volgden kan men nalezen in Gehrels (1994). In dit boek geven 120 auteurs in 46 hoofdstukken een overzicht van hun resultaten betreffende de detectie van planetoïden en kometen, hun aantallen en kenmerken, modelberekeningen aan inslagen en de verschillende technieken die gebruikt kunnen worden om deze inslagen te vermijden. Inmiddels is er weer het nodige bijgeleerd, en er is ook een vervolg beschikbaar (Remo 1997).
De belangrijkste taak waar de onderzoekers nu voor staan is het opsporen van de 1700 aardscheerders, die mogelijk een gevaar voor de aarde kunnen betekenen. De volgende stap is het lang genoeg waarnemen van de baanbewegingen van deze objecten: we moeten weten waar ze zich bevinden en of ze ooit in botsing met de aarde kunnen komen.
Het is mogelijk dat het leeuwendeel van de 1700 aardscheerders binnen enkele tientallen jaren is opgespoord. Want Spacewatch is niet meer het enige professionele waarneemproject voor het elektronisch opsporen en waarnemen van planetoïden. En ook amateur-astronomen vinden met hun eigen ccd-apparatuur de afgelopen jaren steeds vaker nabije kometen en planetoïden. Het meest succesvolle project tot nu toe is dat van de Lincoln Laboratories, dat gebruik maakt van een nieuwe ccd die speciaal door hen is ontwikkeld.

Kinderen van het dorpje Dhajala, in India, zoeken in de woestijn naar brokstukken van de meteoriet die hier in 1978 is gevallen.

Ted Bowell, die de leiding heeft over de Lowell Observatory Near-Earth Object Survey (LONEOS), is nu ook bezig met het opsporen van aardscheerders van een kilometer en meer. Het Near-Earth Asteroid Tracking (NEAT)-programma van Eleanor Helin van het Jet Propulsion Laboratory is in de weer met een ccd-systeem aan een telescoop op Maui (Hawaï) en de 1,2-m Schmidt-telescoop van de Palomar-sterrenwacht. En Steve Larson is met zijn Schmidt-telescoop van de universiteit van Arizona vooral bedreven in het opsporen van aardscheerders buiten het vlak van de ecliptica. Verder zijn er nog waarneemprogramma's bij het Observatoire de la Côte d'Azur, de sterrenwacht van Beijing, en ook de nationale sterrenwacht van Japan toont belangstelling. De geldkraan naar het effectieve programma van het Anglo-Australian Observatory is door de Australische regering dichtgedraaid, maar krijgt met steun van NASA wellicht een nieuwe kans.

Een inslag als deze heeft vrijwel zeker rampzalige gevolgen voor het leven op onze planeet. Wetenschappers onderzoeken momenteel de mogelijkheden om een planetoïde van dit kaliber op te sporen en te onderscheppen voor hij een bedreiging kan vormen. (Illustratie: Don Dixon/NASA)

Opsporing verzocht

Wat gaat er gebeuren als er inderdaad een gevaarlijke planetoïde wordt opgespoord? Ook over deze kwestie hebben deskundigen uit allerlei landen zich tijdens verschillende conferenties gebogen (zie ook Gehrels 1994). Onze kennis van de hemelmechanica en de rakettechniek lijkt ruimschoots voldoende om een projectiel naar zo'n aanstormende planetoïde te sturen. Maar hoe korter van tevoren de waarschuwing komt, des te onwaarschijnlijker wordt het dat we het object met een chemische explosie uit koers kunnen brengen. De enorme hoeveelheid energie die daarvoor nodig is, moet wellicht door kernwapens worden geleverd. Daarom is al in 1981 een beroep gedaan op kernwapendeskundigen om zich met deze problemen bezig te houden. In de verschillende landen is genoeg kennis aanwezig om binnen enkele maanden een afweersysteem van de grond te krijgen. Het zou in zekere zin heel bevredigend zijn als we deze verschrikkelijke wapens, die bijna tot onze ondergang hebben geleid, ooit zouden kunnen gebruiken om ons in leven te houden.

Dit artikel is een bewerkte versie van een artikel van Gehrels dat eerder verscheen in Meteorite! (1998). De Spacewatch-programma's worden ondersteund door de National Aeronautics and Space Administration (NASA), de Air Force Office of Scientific Research en door privé- en bedrijfsgelden.

Literatuur
Alvarez, L.W., W. Alvarez, F. Asaro en H.V. Michel, 'Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction', Science 208, 1095-1108, 1980.
Anders, E., 'Fragmentation History of Asteroids'. Icarus 4, 399-408, 1965.
Bailey, M. E., J. E. Chambers, G. Hahn, J. V. Scotti, en G. Tancredi, 'Transfer probabilities between Jupiter and Saturn-family orbits: Application to 1992 AD = 5145' in Observations and Physical Properties of Small Solar System Bodies: Proc. 30th Liège Int. Astrophys. Colloq., Univ. Liège, Belgium. (J. Surdej and J. C. Gerard, red.), 285-287, 1992.
Ceplecha, Z., 'Influx of large meteoroids onto Earth', Proc. SPIE 3116, 134-143, 1997.
Chapman, C. R., J. Veverka, M. J. S. Belton, G. Neukum, G., en D. Morrison, 'Cratering on Gaspra', Icarus 120, 231-245, 1996.
Durda, D. A., R. Greenberg, en R. Jedicke, 'Collisional Models and Scaling Laws: A New Interpretation of the Shape of the Main-belt Asteroid Size Distribution', Icarus 135, 431-440, 1998.
Gehrels, T., 'On the Feasibility of Observing Small Asteroids with Galileo, Venera, and Comet-Rendezvous-Asteroid Flyby Missions', Icarus 66, 288 -- 296, 1986.
Gehrels, T., On the Glassy Sea, an Astronomer's Journey, New York: Am. Inst. Phys., 1988.
Gehrels, T., 'Scanning withe Charge-Coupled Devices', Space Sc. Rev. 58, 347-375, 1991.
Gehrels, T. (red.), Hazards due to Comets and Asteroids, Univ. Ariz. Press, Tucson, 1300 pages, 1994.
Gehrels, T., 'The Beauty and Danger of Comets and Asteroids', Suppl. J. Astrophys. Astron. 16, 1-34, 1995.
Gehrels, T., 'Collisions with Comets and Asteroids', Scientific American 274, 34-39, 1996.
Gehrels, T., 'Detecting Asteroids', Meteorite! 4, nr. 2, 18-20, en nr. 3, 18-21, 1998.
Gehrels, T., A Review of Comet and Asteroid Statistics. Earth, Planets, Space, in druk, 1999.
Herrick, S., 'Exploration and 1994 Exploitation of Geographos' in Asteroids, T. Gehrels (red.), Univ. Ariz. Press, Tucson, 1979.
Jedicke, R., 'Detection of near-Earth Asteroids based upon their Rates of Motion', Astron. J. 111, 970-982, 1996.
Jedicke, R., en J. D. Herron, 'Observational constraints on the Centaur population', Icarus 127, 494-507, 1997.
Jedicke, R., en T. S. Metcalfe, 'The Orbital and Absolute Magnitude Distributions of Main Belt Asteroids, Icarus 131, 245-260, 1998.
Kowal, C. T., Asteroids, their Nature and Utilization, Praexis Publ., Chichester, U.K., 2e druk 1996.
Kuiper, G. P., Y. Fujita, T. Gehrels, I. Groeneveld, J. Kent, G. Van Biesbroeck en C. J. van Houten, 'Survey of Asteroids', Astrophys. J. Suppl. 3, 289-428, 1958.
Lewis, J. S., M. S. Matthews, en M. L. Guerrieri (red.), Resources of near-Earth space, Univ. Ariz. Press, Tucson, 1993.
Marsden, B. G., en D. Steel, 'Warning times and impact probabilities for long-period comets' in Gehrels (1994), 221-239.
Mannings, V., A. Boss en S. Russell, Protostars and Planets IV, Univ. Ariz. Press, Tucson, in druk, 1999.
McMillan, R. S., J. V. Scotti, J. E. Frecker, T. Gehrels, en M. L. Perry, 'Use of a Scanning CCD to Discriminate Asteroid Images Moving in a Field of Stars', Proc. SPIE 627, 141-154, 1986.
Perry M, T. Bressi, R. McMillan, A. Tubbiolo en L. Barr, 'The 1.8 meter Spacewatch Telescope Motion Control System', Proc. SPIE 3351, 450-465, 1998.
Rabinowitz, D. L., 'Detection of Earth-approaching Asteroids in near real Time', Astron. J. 101, 1518 -- 1529, 1991.
Rabinowitz, D. L., 'The size distribution of the Earth-approaching asteroids', Astrophys. J. 407, 412-427, 1993.
Rabinowitz, D. L., 'Are main-belt asteroids a sufficient source for the Earth-approaching asteroids? Predicted vs observed orbital distributions', Icarus 127, 33-54, and 130, 287-295, 1997.
Rabinowitz, D., E. Bowell, E. Shoemaker, en K. Muinonen, 'The Population of Earth-crossing Asteroids' in Gehrels (1994), 285-312.
Rampino, M. R., en B. M. Haggerty, 'The "Shiva Hypothesis": Impacts, Mass Extinctions, and the Galaxy', Earth, Moon, Planets 71, 441-460, 1996.
Remo, J. (red.), Near-Earth Objects, Ann. New York Acad. Sc. Vol. 822, 1997.
Scotti, J. V., 'Computer aided near-Earth Object Detection' in Asteroids, Comets, Meteors, A. Milani et al. (red) 17-30, 1993.
Scotti, J. V., D. L. Rabinowitz, en B.G. Marsden, 'Near Miss by a Small Asteroid', Nature 354, 287-289, 1991.
Smit, J. en J. Hertogen, 'An extraterrestrial event at the Cretaceous-Tertiary boundary', Nature 285, 198-200, 1980.
Smit, J., 'Extinctions at the Cretaceous-Tertiary Boundary: the Link to the Chicxulub Impact' in Gehrels (1994), 839-878.
Smoluchowski, R., J. N. Bahcall, en M. S. Matthews (red.), The Galaxy and the Solar System, Univ. Ariz. Press, Tucson, 1986.
Stuhlinger, E., H. Alfvén, G. Arrhenius, R. Bourke, B. Doe, S. Dwornik, A. Friedlander, T. Gehrels, C. Guttman, D. Strangway en F. Whipple, Comets and Asteroids. A Strategy for Exploration, NASA TM X-64677, 1972.
Tagliaferi, E., R. Spalding, C. Jacobs, S. P. Worden en A. Erlich, 'Detection of Meteoroid Impacts by Optical Sensors in Earth Orbit' in Gehrels (1994), 199-220.
Valtonen, M. J., J. Q. Zheng, J. J. Matese en P. G. Whitman, 'Near-Earth populations of comets from the Oort Cloud and their impacts with planets', Earth, Moon, Planets 71, 219-223, 1995.
van Houten, C. J., I. van Houten-Groeneveld, P. Hergeten T. Gehrels, 'The Palomar-Leiden Survey of Faint Minor Planets', Astron. Astrophys. Suppl. 2, 339-448, 1970.
van Houten-Groeneveld, I., C. J. van Houten, M. Wisse-Schouten, C. Bardwell en T. Gehrels, 'The 1977 Palomar-Leiden Trojan Survey', Astron. Astrophys. 224, 299-302, 1989.
van Houten, C. J., I. van Houten-Groeneveld, M. Wisse-Schouten, C. Bardwell, D. W. E. Green en T. Gehrels, 'The Second Palomar-Leiden Trojan Survey', Icarus 91, 326-333, 1991.
Whipple, F., K. Atkins, G. Arrhenius, J. Brandt, B. Doe, T. Gehrels, N. Ness, T. Owen, S. I. Rasool, E. Stuhlinger en J. Wasson. The 1973 Report and Recommendations of the NASA Science Advisory Committee on Comets and Asteroids. A Program of Study, NASA TM X-71917, 1973.

Overgenomen uit Zenit, oktober 1999, blz. 417.