Romsonden Dawn ankommer Vesta

Lørdag går romsonden Dawn inn i bane rundt den nest største asteroiden Vesta. Kartleggingen av asteroiden vil gi oss etterlengtet kunnskap om Solsystemets begynnelse og om dannelsen av Jorda og naboplanetene.  

Publisert
Illustrasjon av Dawn med asteroidebeltet som bakgrunn.  I bakgrunnen er Vesta til venstre og Ceres til høyre. (Foto: (Illustrasjon: NASA-JPL, WK Hartmann, UCLA))
Illustrasjon av Dawn med asteroidebeltet som bakgrunn. I bakgrunnen er Vesta til venstre og Ceres til høyre. (Foto: (Illustrasjon: NASA-JPL, WK Hartmann, UCLA))

I forbindelse med at romsonden Dawn går inn i bane rundt Vesta har forskning.no bedt Reidar Trønnes om å skrive en sak om prosjektet.  

Ionemotor

- Utprøvet på testferden “Deep Space 1”, 1998- 2001.

- Drivstoffbeholdningen rekker til rundt 50 000 timer (70 prosent av reisetiden)

- Motorkraften i løpet av 8-års Dawn-ferd tilsvarer kraften fra 3-trinns Delta-raketten som sendte Dawn ut i rommet.

- Lasten av Xenon-drivstoff er 425 kg, omtrent en tredel av romsondens totalvekt på 1250 kg.

Edelgassen Xe blir ionisert av elektroner i et magnetfelt. De positive Xe-ionene blir deretter akselerert gjennom et 1.3 kilovolts elektrostatisk felt, og skytes ut som en ionestråle bak romsonden.

Den elektriske kraften som brukes til ionisering og til elektromagnetiske felter produseres av solcellepaneler på de to vingene.Sondens vingespenn er på 20 meter.

I nærheten av Jorda og Ceres produserer solcellene mer enn henholdsvis 10 og 1 kilowatt.


Trykk på forstørrelsesglasset for større versjon.

Reiserute, 2007-2015


Trykk på forstørrelsesglasset for større versjon.

Vestas topografi

Fargekodet topografi basert på data fra Hubble-teleskopet. Et gigantisk krater dekker den sørlige halvkulen.


Trykk på forstørrelsesglasset for større versjon.

Dawn-ferden har gått helt etter planen siden romsonden ble skutt opp i september 2007.

Ankomsten til Vesta er den viktigste milepælen i det amerikanske Discovery-prosjektet som startet for 19 år siden.

Kronår for planetstudier

2011-2012 blir kanskje også de mest verdifulle årene for utforskningen av den indre delen av Solsystemet siden årene 1969-72 med Apollo-ferdene til Månen. Dette har sammenheng med at romsonden MESSENGER også begynte sin ett år lange kartlegging i bane rundt den innerste planeten Merkur 18. mars i år.

Etter ett år i bane vil Dawn bryte ut av tyngdedfeltet til Vesta og reise videre til den største asteroiden Ceres.

Ankomst der er planlagt i februar 2015, med banekartlegging frem til juli 2015.

Ionemotor og navigasjon

Montering og klargjøringen av Dawn på festeplatformen for det øverste og tredje trinnet av bæreraketten som sendte Dawn ut i verdensrommet. (Foto: NASA)
Montering og klargjøringen av Dawn på festeplatformen for det øverste og tredje trinnet av bæreraketten som sendte Dawn ut i verdensrommet. (Foto: NASA)

De tre ionemotorene ombord i Dawn gir meget svak skyvekraft, som bare svarer til tyngden av papirark på Jordas overflate.

Så svak skyvekraft er mulig fordi asteroidene har så svake tyngdefelt. I løpet av den åtte år lange ferden kan motorene være på i hele 50 000 timer, eller mellom 5 og 6 år, og justeringer av Dawns bane foregår derfor sakte over lange tidsrom. I tillegg går radiokommunikasjon over lange avstander sakte.

Radiobølgene bruker minst 23 minutter fra Jorda til Vesta, og tilbake til Jorda igjen, når avstanden fra Jorda til Vesta er på sitt korteste, eller rundt 204 millioner kilometer.

Den siste perioden med finjusteringer av banen startet 3. mai. I de siste ukene er motorene med jevne mellomrom blitt slått av for å fotografere stjernehimmelen og Vesta.

Disse bildene, i tillegg til radiosignaler, brukes til å finne ut romskipets posisjon slik at banen kan justeres.

De jordlignende planetene

Månen og Jordas naboplaneter Merkur, Venus og Mars, samt asteroidebeltet mellom Mars og Jupiter, regnes som Jordas nabolag og kalles det terrestriske området av solsystemet vårt.

Til sammen gir observasjoner av disse objektene verdifull informasjon om dannelsen og utviklingen av vår egen planet.

Vesta, Månen, Merkur og Mars har de eldste terrestriske planetære overflatene. Siden Jordas overflate totalt mangler bergarter fra de første 500 millioner år av solsystemets historie, er disse gamle naboplanetene og meteorittene fra Vesta, Månen, Mars og mange andre asteroider den viktigste kilden til informasjon om Jordas barndom.

Rekkefølgen Vesta, Månen, Merkur og Mars representerer økende størrelse og minkende gjennomsnittlig overflatealder.

Planetdannelsen

Solsystemet utviklet seg fra en diskosformet og roterende sky av støv og gass rundt den nyfødte Sola for 4568 millioner år (Ma) siden.  Alderen på Sola og den unge soltåken er godt og nøyaktig målt. Planetveksten foregikk deretter i tre trinn:

1. Sammenklumping av støvmateriale til 1-10 km store planetesimaler (varighet: < 10 000 år)

2. Tyngdemessig tiltrekning mellom planetesimalene og rask vekst av 10-1000 km store planetfostre eller protoplaneter (varighet: < 0,5 Ma)

3. Siste periode med kjempekollisjoner mellom protoplaneter (varighet: 80-120 Ma). Kollisjonene ble mindre hyppige og større etter hvert som de fire terrestriske planetene, og særlig Venus og Jorda, trakk til seg mesteparten protoplanet-massen.

Allerede under trinn 2 kunne protoplanetene gjennomgå stor-skala smelting på grunn av oppvarming fra svært radioaktive og kortlevete isotoper. Hver av kjempekollisjonene under det tredje trinnet utløste store smelteepisoder.

Stor-skala oppsmelting førte til utskilling av jern-dominerte smelter og tyngdebasert separasjon av jernkjernene. Det vi vet om at de terrestriske planetene hadde store magmahav der også steinmaterialet smeltet, er resultat av utforskningen av Månen under Apollo-programmet. 

Les mer om Apollo-programmet her

Vesta, Vestoidene og tilhørende meteoritter

Utskyting av Dawn på toppen av en 3-trinns Delta-2 bærerakett, 27. september, 2007. (Foto: NASA)
Utskyting av Dawn på toppen av en 3-trinns Delta-2 bærerakett, 27. september, 2007. (Foto: NASA)

Vesta, som har en diameter på omkring 500 km, er den eneste store og tilnærmet intakte asteroiden som har utviklet seg i retning av en virkelig gjennomsmeltet og lagdelt planet.

Mens Vesta overlevde kjempekollisjonene uten å bli fullstendig fragmentert, finnes minst 14 ulike typer av mindre asteroider som består av nesten bare av jernkjerne-materiale.

Selv om Vesta unngikk gjennomgripende oppdeling og eksponering av sin jernkjerne, er den omgitt av mange små asteroider som kalles Vestoidene. Disse stammer trolig fra et kjempekrater som dekker mesteparten av Vestas sørlige halvkule.

Banene til Vesta og Vestoidene er slik at de selv ved mindre kollisjoner lett kan avgi materiale til jordkryssende baner. Så langt er det registrert 996 meteoritter av HED-typen (howarditter, eucritter og diogenitter) som trolig kommer fra Vesta og Vestoidene.

De vanlige eucrittene er basalter fra overflaten, mens diogenittene er pyroksenitter som har krystallisert i magmakamre i skorpen. Howarditt er er bruddstykke-bergart (breksje) med de to andre typene. De fleste eukrittene er også i stor grad knusningsbergarter fra overflatekollisjoner.

Dessuten kommer kanskje de 167 registrerte mesosiderittene fra Vesta. Dette er blandinger av stein og jern som trolig stammer fra en kollisjon mellom en jerndominert asteroide og Vestas overflate.

De viktigste grunnene til at HED-gruppen (og mesosiderittene) knyttes til Vesta omfatter:

- identisk innbyrdes kjemisk og isotopisk sammensetning for disse meteorittene.

- påfallende likhet i den infrarøde strålingen som reflekteres fra Vesta og fra meteorittene.

En annen sentral observasjon, som tyder på at Vestas jernkjerne er intakt, er at ingen av de 1049 registrerte jernmeteorittene har sammensetning som viser kjemisk slektskap til noen av HED-meteorittene.

Naturhistorisk museum ved Universitet i Oslo har 6 HED-meteoritter, inkludert den norske Viksdalen-meteoritten som falt i 1992. Museet har også 7 mesosideritter.

Instrumenteringen hos Dawn

Dawn skal undersøke Vesta og Ceres med et kamera og ulike typer spektometre (måleinstrumenter for elektromagnetisk stråling) som vil gi et godt innblikk i geologi og elementfordeling. Kartleggingen vil omfatte:

1. Full overflatedekning med bilder i 7 fargekanaler for Vesta og 3 kanaler for Ceres.

2. Full dekning med infrarød spekrometri i 3 vinduer: 350-900, 800-2500 og 2400-5000 nanometer. Dette vil gi informasjon om mineralfordelingen på overflaten.

3. Full dekning med nøytron- og gammastråle-spektroskopi for å bestemme overflatekonsentrasjonene av hovedelementene O, Mg, Al, Si, Ti og Fe, sporelementene Gd og Sm, de radioaktive grunnstoffene K, U og Th og de flyktige grunnstoffene H, C og N.

4. Nøyaktig registrering av romsondens bane for å bestemme tyngdefelt og massefordeling mellom skorpe, mantel og kjerne.

Dataene fra Dawn kan sammenholdes med våre detaljerte studier av HED-meteorittene og mesosiderittene. Resultatene vil forhåpentligvis bringe oss et langt skritt fremover i forståelsen av vårt eget solsystem.

Med den parallelle kartleggingen av Merkur,Vesta og Ceres, kan vi se frem til en 4-5-års periode med rik planetær datainnhøsting.

Det er også en liten mulighet for at Dawn-ferden kan forlenges til en annen asteroide, som Pallas. Men beholdningen av Xenon-drivstoff for ionemotorene er begrenset, og det vil trolig ikke være lønnsomt å bryte ut av Ceres-banen for å fortsette videre.

Referanser:

http://dawn.jpl.nasa.gov/

http://en.wikipedia.org/wiki/Dawn_Mission

http://en.wikipedia.org/wiki/4_Vesta

http://en.wikipedia.org/wiki/Vesta_family

http://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid_Ceres

http://folk.uio.no/rtronnes/Publ-pop-science-articles-Norw/Planet-Solsyst/