Gevaar uit de ruimte

Meteoriet in Siberië stelt wetenschappers al honderd jaar voor raadsel
EOS Magazine, nr.7/8, 2008

30 juni 1908. 7.17 lokale tijd. In de moerassige Siberische regio Toengoeska verschijnt een felle blauwwitte kolom licht aan de hemel, veel feller dan de zon, gevolgd door een serie harde knallen. De explosie blaast 80 miljoen bomen in een gebied van ruim 2.000 vierkante kilometer tegen de grond. Honderd jaar na datum zoeken wetenschappers nog steeds naar een verklaring uit de ruimte.

Roy Keeris


Omgevallen bomen in Toengoeska. Bron: Leonid Kulik

De meteoriet van Toengoeska liet zich ook in de rest van de wereld opmerken. Een aardbeving van 5.0 op de schaal van Richter trekt over het continent en onder andere in Groot-Brittannië registreren meteorologen een drukgolf die zeker twee maal rond de aarde trekt. ’s Nachts kunnen mensen in Europa en west-Azië de krant nog lezen door stof van de explosie dat zich hoog in de atmosfeer verspreidt.

De meteorietinslag in Toengoeska is de grootste bekende inslag in de recente geschiedenis. De kracht moet ergens tussen 5 en 30 megaton TNT hebben gelegen. Dat is ongeveer duizend keer de kracht van de atoombommen die op Hiroshima en Nagasaki neerkwamen in 1945. Gelukkig gebeurde de ramp in vrijwel onbewoond gebied. Was het de meteoriet boven dichtbevolkt gebied neergekomen, dan was de ramp niet te overzien geweest. Van een stad en zijn omgeving zou niets over zijn gebleven en honderdduizend tot miljoenen mensen zouden de dood hebben gevonden.

Vast staat dat er in Toengoeska iets buitenaards is neergekomen. Maar wat er precies is gebeurd is nog steeds een raadsel. Zo is het nog onduidelijk wat voor object precies de atmosfeer doorploegde boven de moerassen van Toengoeska. Was het een komeet? Of een asteroïde? En ontplofte hij in de lucht of kwam er toch iets op de aardbodem neer?

Planetensimalen


Planetoïde Ida. Bron: NASA

Om dat te achterhalen, moeten we terug naar de ontstaansgeschiedenis van ons zonnestelsel. Onze zon ontstond 4,5 miljard jaar geleden doordat een wolk interstellair gas zich begon samen te trekken onder zijn eigen zwaartekracht. Hierbij ging de wolk steeds sneller om zijn as draaien. Rondom de zon ontstond zo een ring met stof- en gruisdeeltjes, de zogenaamde planetesimalen. Zij klonterden later samen tot de planeten die we nu kennen.

Net binnen de baan van de reuzenplaneet Jupiter lukte dit samenklonteren vermoedelijk niet goed. De zwaartekracht van de reuzenplaneet verstoorde dit proces. Zo bleven er tussen de banen van Mars en Jupiter rotsblokken rondzweven in een gebied dat nu bekend staat als de asteroïden- of planetoïdengordel. Asteroïden bestaan vooral uit zwaardere elementen, zoals ijzer en silicium. In totaal zijn er al zo’n 180.000 asteroïden ontdekt, maar er zijn er nog veel meer.

Lichte elementen zoals waterstof en helium werden tijdens de vorming van ons zonnestelsel door de zonnewind weggeblazen en kwamen vooral in het buitenste deel terecht. Daar ontstonden de grote gasplaneten. Nog verder weg van de zon was het zo koud dat de gassen bevroren. Daar vinden we tegenwoordig veel ijsachtige planeetjes, genaamd kometen. Ze bevinden zich in een wolk om ons zonnestelsel, genaamd de Oortwolk.

In tegenstelling tot de solide asteroïden, zijn kometen bros. Ze bestaan voornamelijk uit ijs en gruis. Een komeet is eigenlijk te vergelijken met een vuile sneeuwbal. Het ijs en het puin worden bij elkaar gehouden door de eigen zwaartekracht. Regelmatig komen kometen ons zonnestelsel binnen. Zodra een komeet in de buurt van de zon komt verdampt het ijs en spuit er stof en gruis naar buiten. Hierbij ontstaat een prachtige staart.

Zowel asteroïden als kometen kunnen een gevaar voor ons vormen. Sommige kruisen zo nu en dan de baan van de aarde. Als de aarde zich op zo’n moment toevallig ook op dat punt bevindt is er een kans dat het object de atmosfeer binnendringt. Als het groot genoeg is, kan het inslaan op de aardbodem.

Komeet of asteroïde?


Leonid Kulik

Terug naar Toengoeska. De Russische mineraloog Leonid Kulik ondernam als eerste enkele expedities naar het rampgebied. Geen gemakkelijke klus, want de rivieren en dichte wouden maakten het gebied erg ontoegankelijk. In 1927 merkte hij op dat de omgevallen bomen in het gebied naar één centraal punt wezen. Op die plek moest de explosie hebben plaatsgevonden.

Ondanks deze aanwijzing werd daar niets teruggevonden van de meteoriet. Een explosie van een komeet boven het aardoppervlak lag daarom in eerste instantie voor de hand. In 1930 opperde de Britse astronoom F.J.W. Whipple het idee dat er een kleine komeet in de atmosfeer explodeerde op een hoogte van ongeveer tien kilometer. Het ijs en stof zouden bij de explosie geheel zijn verdampt.

Dit was in die tijd ook een mooie verklaring voor de gloed die ’s nachts werd waargenomen in Europa en het westen van Azië. De langgerekte staart van de komeet zou daar namelijk de atmosfeer zijn binnen gedrongen. De stofdeeltjes in de staart weerkaatsten het zonlicht op grote hoogte, zodat ze vanaf de aarde zichtbaar werden als een licht schijnsel aan de nachtelijke hemel. Nu weten we dat de stofdeeltjes in dat geval in de atmosfeer zouden verbranden. Dan zouden er veel vallende sterren zijn verschenen aan de hemel!

In 1978 kwam de hypothese onder vuur. De Slovaakse astronoom L’ubor Kresák beweerde dat het object geen komeet was geweest, maar slechts een fragment daarvan. Een komeet verliest door het smelten namelijk voortdurend materie. Stofdeeltjes verspreiden zich geleidelijk over de hele baan van de komeet. Als de aarde door deze baan trekt, komen er stofdeeltjes in de atmosfeer terecht, waarbij ze verbranden. We zien dan meteoren of vallende sterren aan de hemel.


Komeet Encke. Bron: NASA

Elk jaar rond 30 juni kruist de aarde de baan van de komeet Encke die bezaaid is met gruis en puin. Elk jaar rond die datum verschijnen er meteoren aan de hemel die uit de richting van het sterrenbeeld Stier lijken te komen. Maar bij het verdampingsproces in de komeet breken ook geregeld grotere stukken af die in de baan belanden. Zo registreerde een seismisch netwerk tussen 20 en 30 juni 1975 op de maan een serie maanbevingen. Deze werden veroorzaakt door grote inslagen, mogelijk veroorzaakt door fragmenten van komeet Encke. Het zou goed kunnen dat de aarde op 30 juni 1908 toevallig ook een groot fragment is tegengekomen op zijn pad door de baan van Encke. In dat geval was het neerkomende object boven Toengoeska een uit de kluiten gewassen meteoor.

Geheel andere kritiek op de komeethypothese kwam van de Tsjech Zdenek Sekanina in 1983. Volgens de astronoom zou een komeet niet in staat zijn het aardoppervlak te naderen tot een afstand van tien kilometer. Het broze materiaal had veel hoger in de atmosfeer al verpulverd moeten zijn. Een object dat zo ver in de dampkring doordringt moet veel dichter en rotsachtiger zijn geweest dan een komeet of een fragment daarvan. Hij dacht daarom eerder aan een kleine asteroïde.

Een asteroïde is inderdaad een reële optie. In ons zonnestelsel zweven genoeg zware rotsblokken rond die zo’n inslag kunnen veroorzaken. De meeste asteroïden bevinden zich in een baan om de zon tussen de planeten Mars en Jupiter, maar ook buiten dit gebied zwerven ze rond. Sommige van hen naderen of kruisen geregeld de aardbaan. Af en toe moet er dus wel één inslaan op aarde. De vraag is alleen hoe vaak?

Cheko-meer


Cheko-meer. Bron: Google Earth.

In 1993 onderzocht een team Italiaanse onderzoekers van de Universiteit van Bologna materiaal uit de bomen in het gebied van de explosie. De wetenschappers troffen veel metalen deeltjes aan. Rond de jaarringen die overeenkomen met 1908 was de concentratie een stuk hoger. Na onderzoek bleek de samenstelling van de deeltjes uit die jaarringen overeen te komen met het materiaal waaruit asteroïden bestaan. In kometen komen ze zelden voor. Vermoedelijk gaat het dus toch om een asteroïde. Modelberekeningen hebben laten zien dat de asteroïde in dat geval zo’n 60 meter in diameter moet zijn geweest.

Maar Italiaanse onderzoekers vermoedden meer. Hun oog viel op een vreemd meer acht kilometer ten noordnoordwesten van het epicentrum. Op oude kaarten van voor 1930 komt het meer niet voor. Daar moet wel bij gezegd worden dat Russische autoriteiten het destijds niet zo nauw namen met de nauwkeurigheid bij het maken van de kaarten.

De Italianen brachten het Cheko-meer onder andere met geluidstechnieken in kaart en namen ook monsters uit de bodem. Vorig jaar maakten ze hun resultaten bekend in het tijdschrift Nature. Volgens de onderzoekers zou het meer goed een krater van een inslag kunnen zijn. Maar niet het hele object zou daar zijn ingeslagen. Na de grote explosie in de lucht zou er een flink fragment zijn overgebleven dat acht kilometer verderop terechtkwam. Dat vormde de krater dat zich met water vulde.

De ‘kuil’ waarin het meer ligt heeft de vorm van een trechter – zei het iets elliptisch – met vrij steile wanden. Het is een heel andere vorm dan andere meren in de buurt hebben, claimen de onderzoekers. Bovendien detecteerden de Italianen in het midden van het meer een massa met een hoge dichtheid ongeveer tien meter onder het bodemsediment.

Hard bewijs


Kaart van de Tunguska omgeving. Bron: Krinov: “The Tunguska Meteorite”

Andere experts in de wereld vielen direct over de bewering. Zo zouden elliptische kraters zeldzaam zijn en alleen ontstaan bij een inslaghoek kleiner dan tien graden. Volgens modellen is die hoek bij het Toengoeska-incident groter geweest. Ook zouden eventueel overgebleven brokstukken te klein en te traag zijn geweest om zo’n krater te doen ontstaan. Ook gek is dat er rond het meer nog bomen staan die ouder zijn dan honderd jaar. Die zouden bij een nabije inslag zeker tegen de vlakte zijn gegaan. De Italiaanse wetenschappers op hun beurt geven als verklaring dat het rotsblok met een lage snelheid een ‘zachte landing’ gemaakt zou kunnen hebben in het moerassige gebied.

“De Italianen hebben een interessante theorie”, vertelt Tanja Zegers, planetair geoloog aan de Universiteit Utrecht en projectcoördinator bij Mars Express, de huidige Mars Missie van de European Space Agency (ESA). “Maar om zeker te weten dat het gaat om een inslag gaat van iets buitenaards heb je hard bewijs nodig. Dat kunnen bijvoorbeeld mineralen zijn die alleen bij heel hoge druk ontstaan. Bij aardse processen komt de druk niet hoger dan 10 gigapascal. Bij een meteorietinslag kan de druk oplopen tot wel 60 gigapascal. Daarbij ontstaat bijvoorbeeld coesiet en stishoviet, varianten van kwarts die alleen bij extreem hoge drukken ontstaan.”

“Verstoring van het kristalrooster van kwartsmineralen in het gesteente is ook een veelgebruikt bewijs voor meteorietinslagen”, vervolgt Zegers. “Door de drukgolf van de inslag ontstaan lamellen in het kristalrooster die onder een microscoop goed zichtbaar zijn. Naar dit soort bewijzen zullen ze wel gaan zoeken.” Het team uit Bologna keert als het goed is deze zomer terug bij Lake Cheko om naar de dichte massa onder het meer te gaan boren.

Hard bewijs


Omgevallen bomen in Toengoeska. Bron: Leonid Kulik

In de jonge jaren van ons zonnestelsel – zo’n vier miljard jaar geleden – waren er veel meer kleine lichamen in het zonnestelsel dan nu. De jeugdige aarde kreeg destijds voortdurend te maken met inslagen. Deze periode staat bekend als het grote kosmische bombardement. In loop der tijd hebben de planeten het puin geleidelijk geruimd en is het aantal inslagen afgenomen. Op aarde zijn alle sporen van inslagen uitgewist door de geologische activiteit en verwering. Maar op de maan is geologisch weinig gebeurd. Daar kun je verder terugkijken in het verleden. Uit de verdeling van de kraters op de maan blijkt inderdaad dat het aantal inslagen de laatste vier miljard jaar flink is afgenomen.

Gelukkig is het nu een stuk veiliger in het zonnestelsel. Heel grote inslagen die wereldwijde gevolgen hebben zijn heel zeldzaam. De meteoriet die de dinosauriërs en veel ander leven uitroeide 65 miljoen jaar geleden, had een diameter van 10 kilometer. Gemiddeld komt de aarde eens in de 50 tot 100 miljoen jaar een object met een dergelijke omvang tegen.

Maar dat wil niet zeggen dat we achterover kunnen gaan leunen. Er zijn in ons zonnestelsel namelijk een hoop asteroïden en kometen met een kleinere omvang die op aarde lokaal een ramp kunnen veroorzaken. De kans op een inslag neemt toe als het object kleiner wordt. Kijken we naar objecten van één kilometer in doorsnede dan bedraagt de inslagfrequentie al eens in de 100.000 jaar. Zo’n inslag vernietigt misschien niet de hele mensheid, maar hij veegt wel een gebied zo groot als de Benelux compleet van de kaart.

Rotsblokken zoals de Toengoeska-asteroïde kunnen ze een grote stad compleet vernietigen. Naar schatting slaat er eens per duizend jaar één in op de aarde. Maar in deze kans zit een grote onzekerheid. Misschien is het eens in de 10.000 jaar, maar voor hetzelfde geld komt er gemiddeld elke eeuw zo’n rots neer!

Supercomputer


Computersimulatie meteorietinslag van Sandia. Bron: Randy Montoya

De Amerikaanse natuurkundige Mark Boslough kwam eind vorig jaar met nieuwe inzichten. Met de supercomputer in het onderzoeksinstituut Sandia in Albuquerque simuleerde hij de explosie boven het Siberische woud. Hij liet zien dat de asteroïde kleiner is dan eerder werd gedacht. In de simulatie wordt de kracht van de explosie meer naar de grond toe gebundeld. Om dezelfde verwoesting te veroorzaken moet de asteroïde kleiner zijn dan eerder werd aangenomen. Hou zou ongeveer 20 meter in doorsnede zijn geweest in plaats van 60 meter.

Daarmee neemt het kosmische gevaar iets toe. Asteroïden van 20 meter komen namelijk meer voor in het zonnestelsel dan asteroïden van 60 meter. Er zijn er tien tot vijftien keer zoveel van. Ook de kans op een Toengoeska-achtige inslag neemt dus toe met deze factor. Daar komt nog bij dat kleinere asteroïden lastiger te vinden zijn in de ruimte dan grote. Als het ooit mogelijk wordt om actie te ondernemen tegen dit soort ruimteprojectielen, zie je een rots van 20 meter doorsnede later aankomen dan één van 60 meter.

Dat is sowieso een probleem bij relatief kleine asteroïden. Door hun geringe afmetingen zijn ze pas te zien als ze de aarde al dicht naderen. De tijd om actie te ondernemen is dan erg kort. Wereldwijd zijn er verschillende initiatieven om zoveel mogelijk aardscheerders in kaart te brengen, zoals het LINEAR-project van NASA en het Britse programma Spaceguard. Maar de telescopen die daarbij worden ingezet zien alleen grote asteroïden. Objecten met een kleine diameter rond de 100 meter worden alleen gespot als ze toevallig net langs de aarde scheren.

Gelukkig is de kans dat je zelf ooit slachtoffer wordt van een meteoriet erg klein. De kans op overlijden per persoon bedraagt ongeveer 1 op de 20.000. Jaarlijks is dat iets kleiner dan 1 op de miljoen. Statistisch gezien sterven er jaarlijks gemiddeld een paar duizend mensen aan een meteorietinslag. Maar voor zover bekend heeft er in de recente geschiedenis nog nooit iemand door een meteorietinslag het loodje gelegd.

Inslagkansen

Diameter Kracht Krater Frequentie Effect Voorbeeld
(m) (mton) (km)    
50 10 1.000 jaar Explosie in de lucht, vernietiging stad Toengoeska, Siberië 1908
100 100 2 10.000 jaar Inslag, vernietiging metropool, tsunami’s Barringerkrater, Arizona, 50.000 jaar geleden
1.000 100.000 20 100.000 jaar Inslag, vernietiging Benelux Ries-krater, Bavaria, 15 miljoen jaar gele
10.000 100.000.000 200 50-100.000.000 jaar Groot deel van aardse leven sterft Chicxulub, Yucatan, 65 miljoen jaar geleden

Comments are closed.