Kraters onthullen dat de aarde in het verleden getroffen is door planetoïde-inslagen. En die kunnen zich ook in de toekomst voordoen. Maar kunnen we ze zien aankomen?

In het tijdsbestek 1980-1990 kwamen geologen en astronomen een prehistorische inslagkrater voor de kust van Yucatán (Mexico) op het spoor. De krater bleek even oud als de massa-extinctie van 66 miljoen jaar geleden waarbij ongeveer 75% van al het leven op aarde het leven liet, waaronder de dinosauriërs. Deze uitstervingsgolf wordt algemeen aan de Yucatán-inslag toegeschreven, waardoor het besef doorbrak dat onze kosmische omgeving invloed heeft op leven en evolutie op aarde. Inslagen van planetoïden en kometen op aarde hebben de evolutie niet alleen in het verleden op dramatische wijze beïnvloed, maar zulke inslagen zullen zich ook in de toekomst voordoen. Sindsdien wordt hard gewerkt om zoveel mogelijk potentieel gevaarlijke planetoïden en kometen te ontdekken, te volgen en te karakteriseren.

Dit artikel is oorspronkelijk verschenen in het blad ZENIT, waarin je elke maand alles kunt lezen over sterrenkunde, weerkunde en ruimteonderzoek.

NEA’s
Een planetoïde wordt Near Earth Asteroid (NEA) genoemd als zijn baan hem binnen 1,3 Astronomische Eenheden (AE: de gemiddelde afstand aarde-zon, 150 miljoen km) van de zon brengt. Near Earth Asteroids en Near Earth Comets (NEC) vormen samen de categorie Near Earth Objects. Het aan de Internationale Astronomische Unie (IAU) gelieerde Minor Planet Center is sinds 1947 het internationaal erkende registratiecentrum en archief van alle waarnemingen – waar ook ter wereld gedaan – van objecten kleiner dan planeten. Tot januari 1980 had het MPC de banen van 51 NEA’s en 44 NEC’s geregistreerd. Inmiddels zijn dat 21.465 NEA’s en 108 NEC’s (stand van 29 november 2019), waarvan de gegevens publiekelijk beschikbaar zijn op het internet. Dit dankzij het werk van NEO-waarnemers wereldwijd (beroeps en amateurs), het NASA/JPL Center for NEO Studies (CNEOS) en het ESA-SSA NEO Coordination Center (NEOCC). Omdat het aantal geregistreerde NECs minder is dan 1% van het aantal geregistreerde NEA’s, beperken we ons in dit artikel tot NEA’s (aardscheerders).


Tot 29 november 2019 werden 556 passages van NEA’s met afmetingen van 1 tot 325 meter binnen 1 maansafstand (d ≤ 1 Lunar Distance, LD: 384.400 km) geregistreerd, waarvan 30 passages met d ≤ 0,1 LD. De huidige ontdekkingsfrequentie van zulke nabije NEA-passages is momenteel ongeveer 75 per jaar. Zeven recente NEA-inslagen vonden plaats in 1908 (Tunguska), 2008 (2008 TC3, Soedan), 2013 (Chelyabinsk), 2014 (2014 AA, West-Afrika), 2018 (2018 LA, Botswana, zie Beekman 2018a; en Beringzee) en 2019 (2019 MO, Caribische Zee). De inslagen boven Soedan, Chelyabinsk en de Beringzee kwamen onverwacht. In de andere vier gevallen werden de NEA’s kort voor de inslag gedetecteerd.

Het cumulatieve aantal waargenomen Near-Earth Asteroids (NEA’s) per 18 november 2019. Afbeelding: CNEOS.

Beschikbare baanberekeningen van de thans bekende NEA’s voorspellen 48 NEA-passages met d ≤ 1.00 LD tot het jaar 2200, dus slechts 0,25 per jaar (minstens een factor 4 × 75 = 300 te weinig). Maar hoe compleet is de NEA-inventaris momenteel? Van het geschatte aantal van 942 NEA’s met afmetingen groter dan een kilometer zijn er tot op heden 901 waargenomen (96%), met een inslagfrequentie van eens per half miljoen jaar. In de categorie van 140 m tot 1 km zijn er van het geschatte aantal van ongeveer 24.000 NEA’s 8.875 waargenomen (37%), met een inslagfrequentie van eens in de tienduizend jaar. In de categorie van 40 m tot 140 m zijn er van het geschatte aantal van ongeveer 500.000 NEA’s tot op heden ~ 6300 waargenomen (< 1%), met een inslagfrequentie van eens in de duizend jaar. Momenteel worden er jaarlijks ongeveer 2000 nieuwe NEA’s ontdekt, met afmetingen van een paar meter tot enkele kilometers. Het risico van catastrofale NEA-inslagen op aarde is niet zo zeer geassocieerd met de tot op heden bekende, maar met het gigantische aantal nog toe onbekende NEA’s.

“De NEA-inslag van 66 miljoen jaar geleden was niet de eerste in zijn soort, en ongetwijfeld ook niet de laatste”

Enkele inslagen
De Earth Impact Database vermeldt 160 erkende inslagkraters, met diameters van 10 tot 300 km en een ouderdom van 50.000 tot 2 miljard jaar. De jongste ontdekking, gepubliceerd in november 2018, betreft een ~30 km grote inslagkrater onder Hiawatha Glacier in Noord-West Groenland, onder een kilometerdikke laag ijs. Ieder van deze prehistorische NEO-inslagen had ongetwijfeld een dramatische invloed op zijn omgeving. Maar ook de relatief kleine NEO-inslagen sinds 1908 tonen aan dat onze plaats in het zonnestelsel niet zo veilig is als wij tot voor kort dachten. In het kader hieronder volgt een select overzicht van relevante NEO-inslagen.

(Relatief) recente inslagen op een rij
– 66 Mjr BC: de Chicxulub-krater (Mexico). Deze ~150 km grote en ~20 km diepe krater, deels begraven onder het Yucatán-schiereiland, werd veroorzaakt door de inslag van een NEA met een diameter van ongeveer 10 tot 15 km. De tijd van inslag correspondeert goed met de Krijt-Tertiairgrens (de K–T grens is de overgang tussen de geologische tijdperken Krijt (K) en Paleogeen (Pg)), iets minder dan 66 miljoen jaar geleden. De inslag veroorzaakte een wereldwijde verstoring van het aardse klimaat en het uitsterven van ruwweg 75% van alle levensvormen op aarde (massa-extinctie), inclusief de dinosauriërs. Was deze inslag onvermijdelijk? De aarde legt in haar baan om de zon een afstand gelijk aan haar eigen diameter af in ongeveer zeven minuten. Dus als de NEA die de massa-extinctie veroorzaakte zeven minuten eerder of later langs was gekomen, dan zou die de aarde gemist hebben. Dan waren de dinosauriërs toen niet uitgestorven en zouden wij er nu misschien helemaal niet zijn. De NEA-inslag van 66 miljoen jaar geleden was niet de eerste in zijn soort, en zeker ook niet de laatste.
– 50.000 B.C.: Meteor Crater (Arizona, VS). Meteor Crater werd veroorzaakt door de inslag van een ijzer-nikkel-NEA met afmetingen van 40 tot 50 m ~50,000 jaar geleden, heeft een diameter van 1,2 km en is 170 m diep.
– AD 1490: meteorietenregen in China. In februari-maart van het jaar 1490 regende het stenen van 1 kg tot 1,5 kg uit de hemel in het Chíng-yang-district van de provincie Shansi (China). Volgens toenmalige bronnen zouden hierbij meer dan 10.000 mensen zijn omgekomen.
– AD 1803: meteorietenregen in L’Aigle (Frankrijk). In de vroege middag van 26 april 1803 regenden meer dan 3000 meteorieten neer op de stad L’Aigle in Normandië.
– AD 1908: explosie boven Tunguska (Rusland). Op 30 juni 1908 explodeerde een NEA met een diameter van ~40 m op een hoogte van ~8,5 km in de omgeving van de rivier de Tunguska (Siberië), waarbij een energie van ~4 megaton TNT vrij kwam, die ~2.000 km2 bosoppervlak verwoestte.
– AD 2008: inslag van NEA 2008 TC3 boven Soedan. NEA 2008 TC3, met een diameter van ~4 m, werd slechts 19 uur voor inslag ontdekt en ontplofte vervolgens boven de Nubische woestijn in het noorden van Soedan. Direct na de NEA-ontdekking en nog vóór de explosie ontving het MPC 570 waarnemingen van dit object, verricht door 27 waarnemers wereldwijd. Na de inslag werden in de woestijn 280 meteorieten gelokaliseerd met een gezamenlijk gewicht van ruim 4 kg.
– AD 2013: inslag boven Chelyabinsk (Rusland). Op 13 februari 2013 explodeerde een NEA met afmetingen van 17-20 m en een massa van ~11.000 ton op een hoogte van ~23 km boven de stad Chelyabinsk (Rusland), waarbij een hoeveelheid energie van ~440 kT TNT vrijkwam. De drukgolf van de ontploffing arriveerde 88 sec. later in de stad, beschadigde meer dan 7.000 gebouwen en verwonde ~1600 personen als gevolg van gesprongen vensters (glaswonden). De NEA moet vlak voor de inslag van de 24ste magnitude zijn geweest en benaderde de aarde binnen 15° van de richting naar de zon met een snelheid van ~19 km/s.
– AD 2018: inslag boven de Beringzee. In december 2018 ontplofte een NEA met een energie van bijna 200 kT TNT (meer dan 10 keer de Hiroshima-bom) onverwacht boven de Beringzee.

Het inslagrisico
Het risico dat wij op de korte termijn lopen, op de tijdschaal van een mensenleven, komt voornamelijk van NEA’s met afmetingen van 20 tot 40 meter. Kleinere NEA’s, hoewel groter in aantal, verbranden bij inslag geheel in de aardatmosfeer; grotere NEA’s komen minder vaak voor.


Een NEA met Tunguska-afmetingen (~40 m) scheert een aantal keren per jaar binnen de maansafstand langs de aarde en slaat ongeveer eens in de 500 jaar in. Een NEA met Chelyabinsk-afmetingen (~20 m) scheert bijna eens per week langs de aarde binnen de maansafstand en eens per twee jaar binnen de gordel van de geostationaire satellieten (~36.000 km). Ongeveer 10 miljoen NEA’s met Chelyabinsk-afmetingen hebben banen die de aardbaan snijden; hun inslaginterval is van de orde van 50 jaar. Zie de tabel hieronder voor de gevolgen van NEA inslagen als functie van hun afmetingen.

Gemiddelde gevolgen van NEA inslagen als functie van hun afmetingen. Afbeelding: Yeomans, 2013, p. 115.

NEO-surveys
NEO waarneemstations bevinden zich voornamelijk in de VS en worden gefinancierd door NASA, daarin geleid door de George E. Brown Object Survey Act uit 2005, een initiatief van het Amerikaanse Congres. Die wet eist van NASA om vóór het jaar 2020 90% van alle NEO’s met afmetingen groter dan 140 m te ontdekken, te volgen en te karakteriseren om vast te stellen hoe groot de kans op inslagen van deze NEO’s is. Karakterisering (bepaling van hun fysische eigenschappen) is essentieel voor een goed begrip van het effect van NEO-inslagen en wordt verkregen met fotometrie, spectroscopie, radarwaarnemingen en metingen ter plaatse, zoals momenteel op de NEA’s Ryugu en Bennu plaatsvinden door de sample return-ruimtemissies Hayabusa2 en OSIRIS-REx.
De meest productieve NEO-surveys zijn de Amerikaanse Catalina Sky Survey (CSS, sinds 1999) en het Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS, sinds 2011). De NEO-survey NEOWISE opereert vanuit de ruimte.
CSS is onderdeel van het Lunar and Planetary Laboratory van de University of Arizona (Tucson, VS). De drie CSS-telescopen staan op het Santa Catalina-gebergte ten noorden van Tucson en behoren tot het Steward Observatory van de University of Arizona: een 1,5 m reflector, een 1,0 m reflector en een 0,7 m Schmidt-telescoop. Tot 2013 werd samengewerkt met de aanverwante Siding Spring Survey en diens 0,5 m Uppsala Schmidt-telescoop op het Siding Spring Observatory in Australië. De CSS 1,5 m survey-telescoop is een f/1,6 reflector met een 10.560 × 10.560 pixels CCD-detector in het primaire focus. Per nacht kan een gezichtsveld van 1000 vierkante graden worden waargenomen met een grensmagnitude van V ≈ 21,5 met een belichtingstijd van 30 sec. per opname.

Pan-STARRS op Hawaii. Afbeelding: Rob Ratkowski.

Pan-STARRS is een observatorium van de University of Hawaï gelegen op Mount Haleakala (Maui, VS). Pan-STARRS heeft twee telescopen, PS1 en PS2, elk met een spiegel van 1,8 m diameter. Deze telescopen observeren gelijktijdig hetzelfde gebied aan de hemel. Elke spiegel heeft een gezichtsveld van drie graden en een CCD-camera met 1,4 miljard pixels. De resolutie aan de hemel bedraagt 0,3 boogseconden. Voor NEO-waarnemingen overziet men een gezichtsveld van 6000 vierkante graden per nacht. Met een belichtingstijd van 30 à 60 sec. kan Pan-STARRS objecten waarnemen tot een magnitude van V ≈ 26.
NEOWISE maakt gebruik van de NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ruimtemissie. De sonde werd gelanceerd in december 2009 en maakte in vier infrarood-golflentebanden (3,4, 4,6, 12, 22 μm) een survey van de hele hemel, tot in september 2010 de koelvloeistof was uitgeput. De missie werd tot februari 2011 vervolgd als NEOWISE bij 3,4 en 4,6 μm, waarna de ruimtesonde in winterslaap werd gebracht. NEOWISE werd in september 2013 uit haar winterslaap gewekt en heeft tot midden oktober 2019 meer dan 860.000 infraroodwaarnemingen aan het MPC geleverd van 35.277 verschillende objecten in ons zonnestelsel, waaronder 1044 NEO’s en 179 kometen.

Geen zorgen om Apophis
Zo af en toe duiken er planetoïden op die mensen (in eerste instantie) zorgen baren. Apophis is er eentje van. Apophis is een NEA met diameter van 370 meter, waarvan de eerste waarnemingen in december 2004 een golf van bezorgdheid veroorzaakte. Het leek erop dat Aphopis met een kans van 2,7% op vrijdag 13 (!) april 2029 met de aarde in botsing zou komen. Vervolgwaarnemingen leidden al spoedig tot minder zorgwekkende voorspellingen, maar het duurde nog tot 2013 voordat waarnemingen met de Goldstone-radartelescoop een al te groot risico uitsloten: de inslagkans in 2029 is hooguit 1 op 500.000. Recente berekeningen voorspellen dat Apophis die dag op 31.356 km langs de aarde zal scheren, zichtbaar met het blote oog als een object van magnitude +3,1. Niettemin is deze unieke close encounter van groot wetenschappelijk belang; plannen voor waarneemcampagnes zijn in de maak. Een inslag van een NEA met Apophis-afmetingen kunnen we eens in de 80.000 jaar verwachten.
Een datum van grotere zorg is 16 maart 2880 wanneer NEA 1950 DA (afmetingen: 1,39 × 1,46 × 1,07 km) met een inslagkans van 1 op 8330 (0,012%) langs de aarde zal scheren.

Toekomstige surveys
De huidige NEO-inventarisatie is marginaal, zoals hierboven gekwantificeerd. Daardoor is het nog niet mogelijk de risico’s van NEO-inslagen goed te bepalen. Twee ambitieuze projecten moeten op korte termijn enigszins soelaas bieden: LSST op aarde en NEOCam in de ruimte. De Large Synoptic Survey Telescope is een 8,4 m optische telescoop, in aanbouw op het Cerro Pachón-gebergte in het noorden van Chili en moet vanaf 2022 operationeel zijn. LSST zal echter slechts gedeeltelijk beschikbaar zijn voor NEO-waarnemingen. LSST wordt geacht om 62% van de potentieel gevaarlijke NEA’s groter dan 140 m in kaart te brengen in een tijdsbestek van 10 jaar. In 12 jaar zou dat mogelijk 90% kunnen worden.

De Large Synoptic Survey Telescope. Afbeelding: LSST.org.

Alleen met permanente, optische en infrarood observatoria in de ruimte zal het ontdekken, volgen en karakteriseren van NEO’s kunnen leiden tot een zo volledig mogelijke inventarisatie. Het NASA-JPL NEOCam-project behelst een 50 cm telescoop met een groothoek-infraroodcamera voor waarnemingen bij 4 tot 10 μm, met passief gekoelde detectoren tot 40 K. NEOCam zal opereren in het zon-aarde Lagrange punt L1 (ongeveer vier keer verder dan de maan) gedurende minimaal vier jaar, om 66 % van de NEA’s groter dan 140 m te inventariseren en zo mogelijk 90% in 10 jaar. Veertien jaar heeft het NEOCam-voorstel moeten concurreren met andere ruimteonderzoek-voorstellen. Totdat het besef doorbrak dat NEOCam niet alleen van groot wetenschappelijk, maar vooral ook van groot maatschappelijk belang is: de bescherming van aarde en mensen tegen NEO-inslagen. In september 2019 werd het project goedgekeurd en heet nu NEO Surveillance Mission. De lancering is op zijn vroegst in 2025.

Tot slot
NEO-inslagen zijn uniek onder de natuurrampen, omdat zij met grote nauwkeurigheid kunnen worden voorspeld, mits er een voldoende complete NEO-inventarisatie beschikbaar is. Omdat NEO-inslagen zich niets van nationale grenzen aantrekken, ligt internationale samenwerking in NEO-surveys voor de hand. De 100-jarige IAU kan hierin een belangrijke rol spelen. Er zullen grote investeringen gedaan moeten worden om een serie NEO-observatoria in de ruimte te installeren rond de zon tussen de banen van Venus en Mars, met als doel om 90% van alle NEOs groter dan 40 m te inventariseren. Alleen dan zal het mogelijk zijn om tijdig waarschuwingen uit te doen gaan voor NEO-inslagen van Tunguska-niveau en zwaarder. In Resolution 3B van de 28ste Algemene Vergadering van de IAU in 2012 wordt aanbevolen om een dergelijk International NEO Early Warning System te stichten. Als verzekeringspremie voor planeet Aarde tegen inslagen van Near Earth Objects, de ongeleide projectielen van de kosmos. In de woorden van oud-directeur van het NASA JPL Center for NEO Studies Donald K. Yeomans (2013, p. 153): “Near Earth Objects are among the smallest members of the solar system, but their diminutive size is in no way proportional to their importance… We better find them, before they find us.

ZENIT – actie voor bezoekers van Scientias
Je las zojuist een artikel dat recent in het blad Zenit is verschenen: een blad waarin je alles kunt lezen over sterrenkunde, ruimteonderzoek, weer en klimaat. Smaakt het naar meer? Dan hebben we goed nieuws voor je! Speciaal voor bezoekers van Scientias.nl heeft Zenit nu namelijk een heel leuke actie!

Jaarabonnement + gratis sterrenkundig jaarboek NU € 49,95
Krijg nu € 10,- korting op een ZENIT jaarabonnement en ontvang gratis een sterrenkundig jaarboek Meer informatie kun je hier vinden!