De meest verre planetaire verkenning in de geschiedenis vereiste een aanzienlijke hoeveelheid zorgvuldige planning en voorbereiding, evenals een beetje geluk.
"We begonnen in paniek te raken tegen de tijd dat we 2013 binnenkwamen, vooral eind 2013, " zegt Hal Weaver, projectwetenschapper op de New Horizons-missie naar Pluto en verder. "We realiseerden ons: 'Oh mijn god, we hebben het volgende doelwit voor New Horizons nog niet ontdekt.'"
In juni 2014 kwam de Hubble-ruimtetelescoop te hulp en zag een kleine lichtstraal langzaam door de lucht bewegen in de regio waar het ruimtevaartuig van New Horizons naartoe ging. De missie, met als hoofddoel het verkennen en karakteriseren van Pluto, bood een unieke kans om een ander planetair object te zoeken in het verre 'derde gebied' van het zonnestelsel, de Kuipergordel. New Horizons werd gelanceerd in januari 2006 en kwam pas na negen jaar later in juli 2015 dichter bij Pluto. Als het team geen nieuw doelwit voor het ruimtevaartuig kon vinden, zou het waarschijnlijk tientallen jaren duren voordat een ander ruimtevaartuig worden goedgekeurd, gebouwd en gevlogen naar de buitengebieden van het zonnestelsel.
"Het gaat zo lang duren voordat er weer een missie is, we voelen een verantwoordelijkheid om ervoor te zorgen dat we onder elke rots keken, " zegt Weaver.
Nu is het doelobject, bekend onder de naam van het Minor Planet Centre, 2014 MU69, voor het eerst onthuld. Het verre planetaire lichaam is een tweebobbig contactbinair getal, wat betekent dat het voorheen twee objecten waren die afzonderlijk werden gevormd en vervolgens heel voorzichtig met elkaar in botsing kwamen en aan elkaar versmolten. De grotere lob is ongeveer drie keer het volume van de kleinere, en 2014 MU69 heeft een roodachtige tint, waarvan wordt gedacht dat het het gevolg is van straling in het buitenste zonnestelsel. Uit de vroege afbeeldingen denkt het team dat het object bedekt kan zijn met kenmerken zoals heuvels, bergkammen en plateaus. MU69 2014 draait ongeveer om de 15 uur en het lijkt exotische ices zoals stikstof of methaan te bevatten, iets dat wetenschappers zullen proberen te bevestigen als meer gegevens over de samenstelling van 2014 MU69 de aarde bereiken.
Het eerste kleurenbeeld van Ultima Thule, genomen op een afstand van 85.000 mijl (137.000 kilometer) om 4:08 Universal Time op 1 januari 2019, benadrukt het roodachtige oppervlak. Links is een verbeterd kleurenbeeld gemaakt door de Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC), geproduceerd door de nabije infrarood, rode en blauwe kanalen te combineren. Het middelste beeld genomen door de Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI) heeft een hogere ruimtelijke resolutie dan MVIC met ongeveer een factor vijf. Rechts is de kleur op het LORRI-beeld gelegd om de kleuruniformiteit van de Ultima- en Thule-lobben te tonen. (NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute) Alan Stern, hoofdonderzoeker van de New Horizons-missie en Smithsonian Ingenuity Award Winner, zei tijdens een persconferentie in het Applied Physics Laboratory van Johns Hopkins University dat de ontmoeting met MU69 in 2014 "een technisch succes was boven alles wat ooit eerder in de ruimtevaart is geprobeerd".
"Het is echt zo groot als Washington, DC", zegt Stern over MU69 uit 2014, ongeveer 21 mijl aan de langste kant. “En het is ongeveer net zo reflecterend als tuinvuil, en het wordt verlicht door een zon die 1.900 keer zwakker is dan buiten op een zonnige dag hier op aarde. Dus we jaagden het eigenlijk op in het donker met 32.000 mijl per uur. ”
2014 MU69 heeft de bijnaam Ultima Thule gekregen van het New Horizons-team, een Latijnse uitdrukking die door de Romeinen wordt gebruikt om onontgonnen regio's in het noorden te beschrijven en, meer in het algemeen, een regio die buiten de bekende wereld ligt. De uitdrukking werd gebruikt door Virgil in het gedicht Georgics, en de term "Thule" heeft een lange literaire geschiedenis, die voorkomt in werken zoals het gedicht "Autumn" van James Thompson uit 1730, dat wordt geciteerd in het eerste hoofdstuk van Jane Brre's roman Jane Eyre . Versies van "Ultima Thule" verschijnen ook in het gedicht "Dream-Land" van Edgar Allan Poe en in de werken van Vladimir Nabokov.
De uitdrukking en bijnaam voor 2014 MU69 heeft echter kritiek gekregen omdat "Ultima Thule" ook een mythische regio was in de vroege nazi-geschiedenis, gebruikt door de Duitse occultist Thule Society om een verloren land te beschrijven dat de geboorteplaats was van het "Arische ras". "Ultima Thule" is een onofficiële bijnaam voor 2014 MU69, en nu het object is verkend en gekarakteriseerd, kan de International Astronomical Union beginnen met het proces om het object een officiële naam te geven.
"De term Ultima Thule, die erg oud is, vele eeuwen oud, mogelijk meer dan 1.000 jaar oud, is een prachtige meme voor onderzoek, en daarom hebben we ervoor gekozen, " zei Stern op de persconferentie toen hem werd gevraagd naar de bijnaam. "En ik zou zeggen dat alleen omdat sommige slechteriken ooit van die term hielden, we ze niet door hem laten kapen."
Terwijl de Pluto flyby een opmerkelijke wereld van actieve geologie onthulde, met vloeiende gletsjers van exotische ijsjes zoals koolmonoxide en methaan, en torenhoge bergen van waterijs, wordt verwacht dat 2014 MU69 een venster zal bieden in de geschiedenis en evolutie van het zonnestelsel zelf . 2014 MU69 staat bekend als een klassiek Kuiper Belt-object, ijzige en rotsachtige lichamen buiten de baan van Neptunus die relatief cirkelvormige banen hebben, wat betekent dat ze in tegenstelling tot Pluto nooit de baan van Neptunus passeren. Op deze grote afstand, tussen ongeveer 40 en 50 astronomische eenheden, of ongeveer 3, 5 tot 4, 5 miljard mijl van de zon, vormen klassieke Kuipergordelobjecten een ongelooflijk primitieve populatie, vrijwel onveranderd sinds het begin van het zonnestelsel.
"Vanwege de huidige baan van [2014 MU69], denken we dat het 4, 6 miljard jaar in die positie heeft gestaan, in welk geval het sinds de oprichting in een diepvries is bewaard, " zegt Weaver.
Het feit dat het object een contactbinair getal is, stelt wetenschappers in staat om verder te bestuderen hoe materiaal aggregeert tot objecten zoals 2014 MU69 en blijft groeien en volledige planeten vormen. "Het is eigenlijk een genoegen om deze bijna perfect gevormde contactbinaire bestanden in hun oorspronkelijke habitat te zien, " zegt Jeff Moore, teamleider geologie en geofysica voor New Horizons. “Mensen hebben lang gespeculeerd over de processen… [van] hoe de oorspronkelijke oerklontjes samenkomen om zogenaamde planetesimals te vormen, dat zijn de dingen die op hun beurt de planeten maken. Maar om de dingen te zien die consistent zijn met de verklaringen die we hebben en theorieën die we hebben gehad over hoe deze dingen worden gevormd, is buitengewoon verheugend. "
Een illustratie van het vormingsproces van een contact binair object. (NASA / JHUAPL / SwRI / James Tuttle Keane) Meer dan 4 miljard mijl van de zon, 2014 MU69 dient als iets van een overblijfsel van het oorspronkelijke materiaal waaruit het zonnestelsel is gevormd. Stern noemde 2014 MU69, "waarschijnlijk de beste tijdcapsule die we ooit hebben gehad om ons zonnestelsel te begrijpen."
Het was pas in de jaren negentig bekend dat het gebied buiten Neptunus niet leeg is, maar eerder vol honderdduizenden objecten in een afzonderlijke zone van het zonnestelsel dat nu de Kuipergordel wordt genoemd, genoemd naar de Nederlands-Amerikaanse astronoom Gerard Kuiper, die voorspelde het bestaan van de regio decennia eerder. De ontdekking van Eris in 2003, een dwergplaneet in de Kuipergordel van ongeveer dezelfde grootte als Pluto, onthulde verder de betekenis van dit derde gebied en zijn invloed op de vorming en evolutie van alles wat rond de zon draait.
Hoewel het gemakkelijk kan zijn om te denken aan de planeten in het zonnestelsel die zich vormen in de banen waarin ze zich tegenwoordig bevinden, weten astronomen nu dat dit niet het geval was. De gigantische planeten migreerden naar binnen en terug naar buiten terwijl het zonnestelsel vorm kreeg, de banen van al het andere beïnvloedde en zelfs sommige objecten volledig uit het zonnestelsel wierp.
"Tijdens de eerste tientallen miljoenen jaren van de geschiedenis van het zonnestelsel gaan Jupiter en Saturn in deze rare dans die veel chaos veroorzaakte in de banen van alle gigantische planeten, " zegt Weaver. 'Jupiter is mogelijk bijna net zo dichtbij gekomen als de baan van Mars en is daarna weer naar buiten gegaan. We denken dat Neptunus en Uranus daadwerkelijk van plaats zijn veranderd. ... En dat bracht de pot in het zonnestelsel in beweging en eindigde uiteindelijk met wat we vandaag hebben. '
Terwijl de pot roerde, geloven astronomen dat sommige objecten in de Kuipergordel zoals 2014 MU69 naar binnen werden gegooid op elliptische banen die dicht bij de zon passeren voordat ze terugvliegen naar verre rijken. Tegenwoordig noemen we deze objecten kometen, en wanneer je dichtbij de zon komt, worden de ijsjes aan de oppervlakte verhit en sublimeren in gas, waardoor een "coma" of bal van gas wordt gevormd die de rotsachtige kern van de komeet omgeeft, de kern genoemd.
"Telkens wanneer we kometen zien, moeten we onthouden dat ze post-toasties zijn, " zegt Moore. “Ze zijn gefrituurd en gecraqueleerd en gemalen door de zon, en het zijn zwaar beschadigde voorbeelden van voormalige Kuipergordelobjecten. Dus als we naar buiten kunnen gaan en een ongerept Kuiper Belt-object kunnen zien, vertellen we ons nu dat contactbinaire bestanden zich echt vormen, en misschien zien we, wanneer we kometen zien, kleinere versies van zeer zwaar beschadigde contactbinaire bestanden. ”
Op dit moment is slechts ongeveer een procent van de gegevens die zijn opgeslagen op New Horizons ontvangen door het wetenschapsteam ter plaatse. Het ruimtevaartuig verzendt gegevens naar de aarde voor de komende 20 maanden en onthult meer over de topografie en samenstelling van de 2014 MU69. Ondertussen zal New Horizons zijn vlucht naar de rand van het zonnestelsel voortzetten op ongeveer 30.000 mph - maar zijn dagen van verkenning zijn nog niet voorbij.
"Het ruimtevaartuig is in topconditie", zegt Stern, eraan toevoegend dat New Horizons voldoende vermogen heeft in zijn radio-isotopen thermo-elektrische generator (RTG) om nog 15 tot 20 jaar te werken. Het vaartuig kan wetenschapsactiviteiten voortzetten tot ongeveer 2, 5 keer de huidige afstand tot de zon, en het heeft genoeg brandstof over om zijn stuwraketten af te vuren om van koers te veranderen naar een ander object. (Het New Horizons-team moest meerdere baancorrecties uitvoeren in de aanloop naar de flyby met 2014 MU69.) Terwijl het naar de rand van het zonnestelsel blijft vliegen, zal New Horizons in de gaten houden of er extra planetaire lichamen kunnen studeren, hetzij door ze observeren door zijn telescopische camera's of, als we geluk hebben, door in de buurt van een ander object te vliegen.
"De sleutel tot de wetenschap die we doen is of het objecten op afstand bestudeert met onze telescopen, of dat die wetenschap in de Kuipergordel ook nog een flyby omvat, " zegt Stern. "En ik kan je vandaag geen antwoord geven, omdat we het niet weten."
Voor nu kijkt het team uit naar de resterende gegevens over het ruimtevaartuig om meer te weten te komen over MU69 2014, de meest verre en oude wereld die ooit is onderzocht.
