Het aftellen is begonnen. Dinsdag krijgt Pluto – ooit de negende planeet – voor het eerst bezoek van de aarde. Wat zal ruimtesonde New Horizons aantreffen? Een voorproefje in negen bedrijven.
1. Pluto’s paspoort
Tot 1930 wist niemand van zijn bestaan. Daarna heeft het nog tientallen jaren geduurd voordat er méér van Pluto bekend was dan zijn naam en zijn positie. Dankzij betere telescopen is daar de laatste decennia gelukkig veel verandering in gekomen. Maar voor Pluto zelf heeft dat minder goed uitgepakt – die is zijn status als negende planeet in het zonnestelsel kwijtgeraakt.
Pluto, weten we nu, is een relatief kleine, stijf bevroren bal van steen en ijs in de buitenste regionen van het zonnestelsel. Met een middellijn van ongeveer 2300 kilometer is hij een stuk kleiner dan de maan. Hij draait elke 6 dagen, 9 uur en 17 minuten om zijn as, en wordt vergezeld door één relatief grote maan en minstens vier kleintjes.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Het opmerkelijkste aan Pluto is echter zijn baan om de zon. Die ligt 17 graden scheef ten opzichte van de banen van de andere planeten, en is zeer langgerekt: de afstand tot de zon varieert tussen de 4,44 en 7,31 miljard kilometer. Over één omloop doet hij 248 jaar, dus sinds zijn ontdekking is er pas één derde Pluto-jaar verstreken.
2. Planeet X
In 1781 ontdekte William Herschel de planeet Uranus. Kleine afwijkingen in de baan van Uranus leidden in 1846 tot de ontdekking van Neptunus, door Johann Galle, op basis van zwaartekrachtsberekeningen van Urbain Le Verrier. Maar eind negentiende eeuw leken er nog steeds minieme afwijkingen te zijn. De Amerikaan Percival Lowell startte daarom een zoektocht naar de onbekende Planeet X.
Pas op 18 februari 1930, lang na Lowells dood, werd Planeet X gevonden, door Clyde Tombaugh. De ontdekking werd op Lowells geboortedag (13 maart) wereldkundig gemaakt. Venetia Burney, een elfjarig schoolmeisje uit Oxford, stelde voor om het koude, donkere hemellichaam te noemen naar de Romeinse god van de onderwereld. Als symbool voor de planeet koos men voor een gestileerde combinatie van een P en een L – de eerste twee letters van ‘Pluto’, maar tevens de initialen van Percival Lowell.
Al snel bleek echter dat Pluto nooit Lowells Planeet X kon zijn: te klein en te licht. De ontdekking van Pluto was dus toeval. De eerder gemelde baanafwijkingen van Uranus en Neptunus bleken niet te bestaan.
3. IJsdwergen
De Nederlandse planeetdeskundige Gerard Kuiper speculeerde in 1950 al over een gordel van kleine hemellichamen buiten de baan van Neptunus. Kuiper realiseerde zich niet dat de eerste ‘bewoner’ van die gordel al gevonden was; hij nam nog aan dat Pluto minimaal 5000 kilometer groot was.
Pas in 1992 werd voor het eerst een kleine ‘ijsdwerg’ in de Kuipergordel ontdekt, 1992 QB1 geheten. Kort daarna volgden er meer. Inmiddels is het aantal bekende Kuipergordelobjecten gestegen tot ver boven de duizend. De meeste zijn een paar honderd kilometer in middellijn, maar er zitten ook enkele grotere exemplaren tussen. Eris, ontdekt in 1995 door astronoom Mike Brown van het California Institute of Technology, is zelfs even groot als Pluto.
De ijsdwergen in de Kuipergordel zijn overblijfselen uit de ontstaansperiode van het zonnestelsel, 4,6 miljard jaar geleden. Komeetachtige brokstukken begonnen wel samen te klonteren, maar er ontstond nooit een grote planeet.
Onderzoek aan de omloopbanen van ijsdwergen heeft nieuwe inzichten opgeleverd over de vroege evolutie van het zonnestelsel. Zo is bijvoorbeeld ontdekt dat de banen van de vier reuzenplaneten lang geleden dichter bij elkaar lagen dan nu.
4. Planeet-af
Mike Brown noemt zichzelf op Twitter ‘Plutokiller’. Dankzij de ontdekking van grote ijsdwergen als Eris begonnen astronomen zich te realiseren dat je Pluto met goed fatsoen geen volwaardige planeet kunt noemen. De grootste bewoners van de (rotsachtige) planetoïdengordel tussen de banen van Mars en Jupiter worden immers ook geen planeten genoemd.
Commissies van wijze mannen, in het leven geroepen door de Internationale Astronomische Unie (IAU), bogen zich jarenlang over de definitie van het begrip ‘planeet’. Het grote publiek – vooral in de Verenigde Staten – begon zich inmiddels zorgen te maken, en er kwamen heuse ‘Save Pluto’-campagnes op gang.
In augustus 2006 kwam de IAU met een bindend oordeel: in het zonnestelsel komen slechts acht planeten voor; Pluto doet niet meer mee. Als troostprijs werd voor Pluto de nieuwe categorie ‘dwergplaneet’ in het leven geroepen. Ook de grote planetoïde Ceres en drie andere grote ijsdwergen (Eris, Makemake en Haumea) zijn geclassificeerd als dwergplaneet.
5. New Horizons
De IAU-beslissing kwam ruim een half jaar na de lancering (op 19 januari 2006) van de Amerikaanse ruimtesonde New Horizons. Die vliegt op 14 juli, na een reis van negenenhalf jaar, op kleine afstand en met hoge snelheid langs Pluto en zal voor het eerst in de geschiedenis spatscherpe foto’s maken en gedetailleerde metingen verrichten.
‘New Horizons is kerngezond en ligt goed op koers,’ zegt hoofdonderzoeker Alan Stern van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. ‘We zijn er helemaal klaar voor. De radioverbinding met de aarde is weliswaar traag vanwege de grote afstand, maar binnen een dag na de flyby verwachten we al tientallen spectaculaire beelden.’
New Horizons heeft zeven wetenschappelijke instrumenten aan boord: diverse camera’s, spectrometers om de samenstelling van het oppervlak en de extreem ijle atmosfeer van Pluto te onderzoeken en detectoren voor stof en elektrisch geladen deeltjes. ‘We hebben ons op ruim 250 mogelijke problemen voorbereid’, zegt Stern. ‘Mijn grootste zorg is dat er iets mis gaat waar we niet aan gedacht hebben.’
6. Souvenirs
Net als de eerdere Pioneer- en Voyagerruimtesondes vliegt New Horizons het zonnestelsel uit. Aan boord zijn negen souvenirs van de aarde: een kleine capsule met wat as van de in 1997 overleden Pluto-ontdekker Clyde Tombaugh, een cd-rom met namen van 434.000 aardbewoners die deelnamen aan de campagne ‘Send Your Name to Pluto’, een cd-rom met foto’s van alle New Horizons-teams, munten (quarters) uit de staten Maryland (waar New Horizons is gebouwd) en Florida (waar de lancering plaatsvond), een klein stukje materiaal van het commerciële ruimteschip SpaceShipOne, twee versies van een Amerikaanse vlag en een oude Amerikaanse postzegel van 29 dollarcent waarop Pluto staat afgebeeld met de tekst ‘not yet explored’.
De Amerikaanse kunstenaar Jon Lomberg, die samen met astronoom Carl Sagan de plaquettes en grammofoonplaten ontwierp aan boord van de Pioneer- en Voyager-ruimtesondes, wil na de passage van Pluto digitale aardse foto’s en boodschappen uploaden naar het computergeheugen van New Horizons, als boodschap voor mogelijke buitenaardse beschavingen. Iedereen die wil, kan op newhorizonsmessage.com een bijdrage leveren.
7. Manen en ringen
De grote Plutomaan Charon (middellijn ongeveer 1200 kilometer) is in 1978 ontdekt door de Amerikaanse sterrenkundige Jim Christy. Hij draait in 6 dagen, 9 uur en 17 minuten rond Pluto – dezelfde tijd waarin de dwergplaneet om zijn eigen as draait. Pluto en Charon keren elkaar altijd hetzelfde halfrond toe. Uit metingen aan onderlinge bedekkingen en verduisteringen van de twee hemellichamen in de jaren tachtig is een ruw beeld verkregen van de verdeling van heldere en donkere gebieden op Pluto en Charon.
Charon bevat verhoudingsgewijs meer ijs dan Pluto. De maan ontstond lang geleden waarschijnlijk in de nasleep van een catastrofale botsing tussen Pluto en een andere ijsdwerg in de Kuipergordel. Die theorie wordt bevestigd door de ontdekking, in 2005 en 2011, van nog vier kleine Plutomaantjes, die Nix, Hydra, Kerberos en Styx zijn genoemd. Nix en Hydra zijn waarschijnlijk zo’n 100 kilometer groot; Kerberos en Styx niet meer dan 30 of 40 kilometer. Ze draaien alle vier op veel grotere afstand rond Pluto dan Charon.
Stern verwacht dat er nog meer kleinere ijsklompen om Pluto heen draaien. New Horizons zou die al enkele dagen of weken vóór de passage op 14 juli kunnen ontdekken. ‘Misschien wordt Pluto ook wel omgeven door een ring van ijs- en gruisdeeltjes,’ zegt hij. Onderzoek aan dat soort structuren zal meer informatie opleveren over ontstaan en evolutie van de Kuipergordel.
8. Water en leven
‘Is er leven op Pluto?’ zong Het Goede Doel in 1982. Onzin, dachten astronomen altijd, maar sinds kort lijkt het idee van micro-organismen in een ondergrondse Pluto-oceaan toch wat minder vergezocht. Veel ijswerelden in de buitendelen van het zonnestelsel blijken zo’n ondergrondse watervoorraad te hebben. Volgens planeetonderzoeker Bill McKinnon van Washington University in St. Louis kan er ook onder de ijskorst van Pluto een zilte oceaan schuilgaan. En waar water is, kan in principe ook leven voorkomen.
New Horizons zal in ieder geval gaan speuren naar ‘cryovulkanisme’ op Pluto en Charon – geisers van ijskristalletjes die indirect een kijkje bieden in het inwendige van de twee hemellichamen. Voyager 2 ontdekte in 1989 soortgelijke geisers op de grote Neptunusmaan Triton, en van Triton (die nog een slag groter is dan Pluto) wordt algemeen aangenomen dat het een ‘ingevangen’ ijsdwerg uit de Kuipergordel is. ‘De ontdekking van cryovulkanisme op Pluto zou spectaculair zijn,’ zegt New Horizons-onderzoeksleider Stern. ‘Aan de andere kant: de les van het planeetonderzoek is dat je je bij een eerste bezoek aan een onbekend hemellichaam maar beter kunt proberen voor te bereiden op het onverwachte.’
9. To boldly go…
Met de Plutopassage op 14 juli is de missie van New Horizons nog niet voltooid. Tussen 2016 en 2020 zal hij nog ‘scheervluchten’ uitvoeren langs twee kleinere ijsdwergen in de Kuipergordel. Met behulp van de Hubble Space Telescope zijn daarvoor al enkele kandidaten geselecteerd, hoewel er nog geen definitieve keuzes zijn gemaakt.
Daarna vliegt de ruimtesonde het zonnestelsel uit en de sterren tegemoet. Voyager 1 zal hij echter nooit inhalen: die bevindt zich inmiddels op bijna 20 miljard kilometer afstand en heeft een snelheid van 17 kilometer per seconde. De snelheid van New Horizons is ‘slechts’ 13 kilometer per seconde. Het zal nog tienduizenden jaren duren voordat de Plutoverkenner ook maar in de buurt van een andere ster komt. Eén ding staat echter vast: net als zijn vier voorgangers zal de ‘interstellaire’ ruimtesonde de mensheid met gemak overleven. Na de twee Pioneers en de twee Voyagers is New Horizons ons vijfde ‘flessenpoststuk’ in de eindeloze oceaan van de kosmos.
Dit artikel verscheen eerder in het juninummer van New Scientist. Dinsdag houden we u voortdurend op de hoogte van de Pluto-missie via een liveblog op onze website.
Lees ook: