In 2021 stuurt NASA ruimtesonde Lucy erop af. De sonde zal zes Trojanen en een planetoïde uit de planetoïdengordel onder de loep nemen.

Terwijl Jupiter zijn rondjes rond de zon draait, wordt deze achtervolgd en voorafgegaan door een enorme zwerm planetoïden. Deze worden ook wel Trojanen genoemd en we hebben ze eigenlijk nog nooit van dichtbij bekeken. Maar daar komt verandering in. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie stuurt er namelijk in oktober 2021 de ruimtesonde Lucy op af. Tijdens een missie die maar liefst twaalf jaar duurt, zal deze sonde de geheimen van zes Trojanen – behorende tot drie verschillende typen – en een planetoïde uit de planetoïdengordel onthullen.

Het doel
Lucy is niet alleen de eerste ruimtesonde die de Trojanen van dichtbij gaat bekijken. Het is ook de eerste ruimtesonde die tijdens één missie zoveel verschillende hemellichamen bezoekt. De verwachtingen zijn hooggespannen. Als alles volgens plan gaat zal de ruimtemissie een schat aan informatie opleveren over de geschiedenis van ons zonnestelsel en mogelijk zelfs de oorsprong van leven en organisch materiaal op aarde. De Trojanen die voor of achter Jupiter hun baantjes rond de zon draaien zijn hoogstwaarschijnlijk namelijk restanten van het materiaal waaruit de buitenste planeten van ons zonnestelsel zijn gevormd. Je kunt ze dan ook wel zien als tijdcapsules die ons een inkijkje kunnen geven in de omstandigheden waaronder het zonnestelsel z’n 4 miljard jaar geleden vorm kreeg en verraden welke (organische) materialen er reeds in het jonge zonnestelsel te vinden waren.


Wat weten we tot nu toe?
Hoewel we de Trojanen nog nooit van dichtbij hebben bekeken, hebben we de afgelopen jaren – met dank aan krachtige telescopen – wel iets meer informatie over deze mysterieuze planetoïden kunnen verzamelen. Afgaand op subtiele verschillen in kleur en vermoedelijke samenstelling hebben onderzoekers ze bijvoorbeeld onderverdeeld in verschillende klassen. De meeste planetoïden behoren tot de D-klasse, een aanzienlijk kleiner aantal tot de P- of C-klasse. De donkerrode planetoïden uit de P- en D-klasse lijken sterk op de objecten die we aantreffen in de Kuipergordel. Planetoïden die tot het C-type behoren, vinden we juist weer vaak in de buitenste regionen van de planetoïdengordel (tussen Mars en Jupiter). Lucy zal alle drie de typen onder de loep nemen en ons zo in staat stellen om ze met elkaar te vergelijken.

Een artistieke impressie van Lucy, op jacht naar Trojanen. Afbeelding: NASA / SwRI.

Dat er behalve verschillen ook overeenkomsten tussen de verschillende klassen Trojanen zijn, staat – dankzij observaties met telescopen – al vast. Zo weten we reeds dat alle Trojanen donker van kleur zijn. “Ze reflecteren slechts vier tot vijf procent van het licht dat op ze valt,” stelt Keith Noll, nauw betrokken bij de Lucy-missie. Aangenomen wordt dat die donkere kleur te verklaren is door de overvloedige aanwezigheid van donkere koolstofverbindingen. “Donkere objecten kunnen organische (dat wil zeggen: koolstof bevattende) stoffen op hun oppervlakken hebben,” stelt onderzoeker Amy Simon. “Als veel van de Trojanen die we onderzoeken die organische stoffen bezitten, wijst dat erop dat de bouwblokken voor leven in het jonge zonnestelsel veelvuldig voorkwamen.” Naast koolstofverbindingen zouden de Trojanen ook wel eens rijk kunnen zijn aan een ander belangrijk ingrediënt voor leven: water. Dergelijke ontdekkingen zouden grote implicaties kunnen hebben voor ons begrip van het ontstaan van het leven op aarde; onze planeet kan namelijk wel eens herhaaldelijk getroffen zijn door primitieve objecten die qua samenstelling op deze Trojanen leken en naast organische materialen ook water naar de aarde brachten.

Tijdlijn
Binnenkort zal met de bouw van Lucy worden gestart, waarna de sonde in oktober 2021 gelanceerd wordt. In 2025 ontmoet Lucy vervolgens een planetoïde uit de planetoïdengordel (Donaldjohanson), waarna de sonde tussen 2027 en 2028 de blik op vier Trojanen (te weten: Eurybates, Polymele, Leucus en Orus) richt. In 2033 volgt een onderzoek naar een dubbelsysteem, bestaande uit twee Trojanen (Patroclus en Menoetius) die om elkaar heen draaien.


Lucy
In 1974 stuitten antropologen in Ethiopië op de resten van een nieuwe mensachtige: Australopithecus afarensis. De vreugde is groot – temeer omdat het om een vrij compleet skelet lijkt te gaan – en dus wordt de ontdekking ’s avonds gevierd, terwijl herhaaldelijk het liedje ‘Lucy in the Sky with Diamonds’ uit de speakers knalt. Eén van de expeditieleden besluit het skelet daarop Lucy te dopen en die naam blijft hangen; tot op de dag van vandaag wordt met die naam naar die eerste vertegenwoordiger van A. afarensis verwezen. NASA ziet wel de nodige overeenkomsten tussen deze Lucy en de missie die zich vanaf 2021 naar de Trojanen van Jupiter beweegt en heeft daarom besloten de missie naar Lucy te vernoemen. Net zoals A. afarensis meer inzicht gaf in onze evolutionaire geschiedenis, zal Lucy de ruimtemissie naar verwachting meer inzicht geven in het ontstaan van leven in het algemeen. En de sonde doet dat onder meer door een bezoek te brengen aan Donaldjohanson: een planetoïde vernoemd naar de antropoloog die ‘de andere Lucy’ in 1974 in Ethiopië ontdekte.

Instrumenten
Om de zes planetoïden goed te kunnen onderzoeken, is Lucy uitgerust met verschillende instrumenten. Sommige ervan zijn – op enkele verbeteringen na – vrijwel identiek aan de instrumenten die te vinden zijn aan boord van New Horizons, de ruimtesonde die in 2015 langs Pluto en in 2019 langs Ultima Thule scheerde. Het gaat dan om de Long Range Reconnaissance Orbiter – een telescoop waarmee de planetoïden in beeld kunnen worden gebracht – en LRalph – een instrument waarmee onder meer de samenstelling en temperatuur van het oppervlak van de planetoïden kan worden vastgesteld. Met behulp van deze twee instrumenten en LTES (een instrument dat onthult hoeveel warmte er van het oppervlak van de planetoïden af komt) moet Lucy de kleur en samenstelling van het oppervlak van de planetoïden en de eigenschappen van het regoliet dat daarop rust, vaststellen en de verspreiding van mineralen, ijs en organische stoffen in kaart brengen. Daarnaast zullen de waarnemingen van Lucy hopelijk ook de massa en dichtheid van de planetoïden onthullen en – dankzij kraters en eventuele scheuren in het oppervlak – verraden welke samenstelling het materiaal net onder het oppervlak heeft. Ook kan Lucy eventuele ringen en maantjes rond de planetoïden opsporen en in kaart brengen.

Hier zie je de baan die Lucy naar de Trojanen brengt. Na lancering in 2021 zal de sonde twee keer langs de aarde scheren om vervolgens in de L4-zwerm langs Eurybates (wit), Polymele (roze), Leucus (rood) en Orus (rood) te vliegen. Dan volgt weer een scheervlucht langs de aarde, waarna Lucy koers zet richting de L5-zwerm waar de sonde Patroclus en Menoetius (een dubbelsysteem aangeduid met een roze stip) bezoekt. Onderweg naar de Trojanen in de L4-zwerm zal Lucy als bonus ook nog langs de planetoïde Donaldjohanson (wit) scheren.

Ook nadat de prachtige missie van Lucy in 2033 tot een einde is gekomen, blijft Lucy nog tussen de Trojanen hangen. De sonde blijft tussen de twee zwermen Trojanen heen en weer bewegen en zal dat – volgens berekeningen van NASA – zeker duizenden jaren vol kunnen houden zonder in botsing te komen met de planetoïden waarvan de sonde lang daarvoor de grootste geheimen heeft blootgelegd.