Asteroiderne afslører Jordens opbygning

Solsystemets fødsel efterlod tre slags asteroider, der er levninger fra planetdannelsen og derfor en slags planetstumper. Hver asteroidetype giver indblik i en del af Jordens opbygning.

DERFOR SKAL DU LAESE ARTIKLEN

Jordens jernkerne ligger 2885 km under overfladen. Det er umuligt at grave så langt ned, men missionen til asteroiden Psyche gør det muligt at studere den. Asteroiden kan nemlig vaere kernen fra en miniplanet, der blev smadret ved en kollision.

IJules Vernes fortaelling “Rejsen til Jordens indre” rejser den halvgale professor Otto Lidenbrock sammen med sin modvillige nevø Axel og guiden Hans ind til Jordens centrum via en islandsk vulkan. Og efter mange farlige eventyr bliver trioen spyttet ud på jordoverfladen igen af en vulkan i Italien.

Der er nu gået mere end 150 år, siden Jules Verne skrev sin berømte science fiction-roman, men en rejse til Jordens indre er stadig ren fantasi. Det er kun lykkedes at bore 12 km ned under Jordens overflade, og vi kommer aldrig ind til kernen af jern og nikkel, så geologerne kan undersøge den på stedet og afsløre, praecis hvordan kernen blev dannet i den unge Jord. I stedet har forskerne vendt blikket ud mod rummet. Asteroiderne rummer nemlig stadig alle de byggesten, som skabte stenplaneterne Merkur, Venus, Jorden og Mars.

Gennem de seneste to årtier har astronomerne sendt sonder i kredsløb omkring stenasteroider, der har en sammensaetning svarende til Jordens kappe. Og også kulstofasteroiderne, der sandsynligvis forsynede Jorden med både vand og liv, har fået besøg.

Men vi har endnu aldrig besøgt en metalasteroide. Det råder NASA nu bod på ved at sende sonden Psyche ud på en 2,4 mia. km lang rumrejse til en asteroide af samme navn. Asteroiden Psyche består primaert af metal, og derfor mener astronomer, at den kan vaere kernen fra et planetkim – en miniplanet – der blev blottet, da planetkimet kolliderede med et andet.

Så da vi ikke som den fiktive professor Lidenbrock kan rejse ind til Jordens indre, giver rejsen til Psyche den hidtil bedste mulighed for at studere en jernkerne på klos hold.

Solsystemet var et skydetelt

Psyche er en kaempe med form som en kartoffel. Metalasteroiden har en laengde på 277 km og en gennemsnitlig bredde på 223 km, og den er så tung, at den rummer 1 pct. af al massen i asteroidebaeltet mellem Mars og Jupiter, som er hjemsted for over 1 mio. asteroider.

Asteroiderne er rester fra Solsystemets dannelse, og for at forstå, hvordan de forskellige typer af asteroider i dag afspejler Jordens indre, må vi rejse tilbage i tiden til Solsystemets dannelse.

Solen blev dannet for 4,6 mia. år siden

af en sky af støv og gas, som kollapsede til en stjerne. Resterne af skyen endte i en skive, som roterede omkring Solens aekvator. Her blev støvet først samlet i småsten, så i større kampesten og derpå i planetkim med op til Månens størrelse.

Taettest på Solen blev planetkimene både opvarmet udefra af sollyset og indefra af radioaktive henfald, så de små planeter smeltede fuldstaendigt. Det fik tunge metaller som jern og nikkel til at bevaege sig ind mod centrum og danne en flydende jernkerne, som blev omgivet af en kappe af lettere, smeltede stenmasser.

Laengere ude i Solsystemet kunne planetkimene sende deres radioaktive varme ud i det kolde rum. Derfor smeltede de ikke, og de såkaldte kulstofasteroider, der stammer fra disse planetkim, rummer stenplaneternes mest oprindelige byggesten i form af løst sammenkittet grus og sten.

I begyndelsen smadrede planetkimene i det indre Solsystem mod hinanden igen og igen, og de største planetkim voksede ved at tiltraekke resterne fra sammenstødene.

For 4,56 mia. år siden var de fire indre stenplaneter blevet dannet og havde stort set ryddet deres baner for mindre planetkim og deres rester i form af asteroider, som enten blev slynget lige ind i Solen eller ud i asteroidebaeltet mellem Mars og Jupiter.

I den naermeste del af asteroidebaeltet er stenasteroider, der stammer fra kappen i smadrede planetkim, almindeligst, og de var først til at få besøg af en sonde fra Jorden.

I 2005 gik den japanske sonde Hayabusa i kredsløb omkring stenasteroiden Itokawa, og fem år senere vendte sonden hjem med en mikroskopisk prøve. Analyserne bekraeftede, at stenasteroider er sammensat af de samme mineraler som Jordens kappe.

I 2020 droppede sonden Hayabusa-2 en kapsel med 5,4 gram asteroidestøv i en ørken i Australien. Prøven var hentet laengere ude i asteroidebaeltet fra kulstofasteroiden Ryugu, og til naeste år returnerer den amerikanske sonde OSIRIS-REx med 400 g støv og grus fra en anden kulstofasteroide, Bennu.

Observationerne under Hayabusa-2’s og Ryugus kredsløb viste, at de planetkim, som kulstofasteroiderne er rester af, rummer store maengder vand, og isaer Bennus overflade er også rig på organiske stoffer.

Forskerne mener derfor, at Jordens vand og kimene til livet netop kan stamme fra nedslag af kulstofasteroider.

Jordens kerne er utilgaengelig

Ved at studere asteroiderne er forskerne således godt i gang med at udforske de oprindelige byggesten, der dannede Jordens skorpe og kappe.

Men pendanten til Jordens indre jernkerne, metalasteroiderne, har endnu ikke fået besøg af en sonde.

Der er i gennemsnit 6371 km fra jordoverfladen ind til Jordens centrum, og kernen begynder i 2885 kilometers dybde. Den ydre kerne består isaer af flydende jern og nikkel, som via roterende bevaegelser genererer klodens beskyttende magnetfelt, mens den indre kerne består af fast metal på grund af det enorme tryk.

Kernen har indtil videre kun kunnet undersøges indirekte via seismiske målinger, og på grund af dens utilgaengelighed er planetforskerne ekstremt interesserede i at naerstudere den store metalasteroide Psyche.

Asteroiden kan nemlig vaere en jernkerne fra et smadret planetkim og rumme en skatkiste af informationer om, hvordan Jorden og de tre andre stenplaneter – Merkur, Venus og Mars – fik deres jernkerner i Solsystemets barndom.

Det skete ifølge teorien på samme måde som i planetkimene ved, at stenplaneternes indre smeltede, hvorpå de tunge metaller bevaegede sig ind i kernen. Og metalasteroiden kan afsløre detaljer om den proces, som det ikke er muligt at undersøge på Jorden.

Psyche bliver mere mystisk

Da NASA gav grønt lys for Psyche-missionen i 2017, havde planetforskerne gennem et par årtier vaeret overbeviste om, at den store metalasteroide var en nøgen metalkerne fra et smadret planetkim.

Forskerne mente nemlig, at 90 pct. af asteroidens masse var rent metal. Og det var der gode argumenter for.

Først og fremmest reflekterer Psyches overflade radarbølger langt kraftigere end både stenasteroider og kulstofasteroider, og det viser, at overfladen isaer består af jern og nikkel, som svarer til Jordens kerne.

Men sidste år krakelerede det simple billede, da Lauri Siltala fra Helsinkis universitet i Finland og Mikael Granvik fra Luleås universitet i Sverige offentliggjorde målinger på ti mindre asteroider, som kom taet på den store metalasteroide i årene mellem 1974 og 2019.

Mødet med svaervaegteren aendrede de små asteroiders baner, men ikke så meget, som det ville have vaeret tilfaeldet, hvis Psyche var en massiv jernklump.

De to planetforskere beregnede nu asteroidens vaegtfylde til 3,9 g pr. kubikcentimeter, hvilket svarer til halvdelen af jerns vaegtfylde. Det tyder på, at kun mellem 30 og 60 pct. af Psyches masse består af jern og nikkel.

Derfor har forskere nu fremsat nye teorier om Psyches oprindelse og udvikling.

Den førende teori går ud på, at metalkernen fra et smadret planetkim tiltrak sten og grus fra den sønderslåede kappe og derved fik en tynd skorpe af sten og metal, som hurtigt størknede.

Jernvulkaner fra den stadig glohede metalkerne spyede derpå strømme af

Ingeniører monterer sondens fire nyudviklede ionmotorer, der udnytter braendstoffet så effektivt, at de kun bruger en femtedel af, hvad traditionelle ionmotorer bruger.