AchtergrondSterrenkunde

Missie tot voorbij de grenzen van het zonnestelsel

Beeld Astrid Anna van Rooij

Vanaf 2030 hoopt de Nasa te beginnen aan een jarenlange missie naar de grens van het zonnestelsel en daar voorbij. Om die onstuimige regio te leren kennen, en vandaar ons thuis te kunnen bekijken.

Vlieg ver genoeg het diepe duister van het zonnestelsel in, tot ruim voorbij de laatste planeet, Neptunus, en je stuit op een mysterieuze buitengrens. Op een grove 200 miljard kilometer van de aarde scheidt een onzichtbare kosmische muur ons zonnestelsel van de roerige rest van de ruimte. Passeer die grens  de ‘heliopauze’, zeggen astronomen – en je vindt jezelf plotsklaps terug in een galactisch Wilde Westen, een gebied waar stevige kosmische straling regeert, afkomstig van verre sterren.

De heliopauze beschermt de aarde tegen de effecten van die kosmische straling. Het is een van de redenen dat op onze planeet enkele miljarden jaren geleden het eerste leven ontstond, zegt Nasa-fysicus Ralph McNutt. Alleen dat al, vindt hij, is reden genoeg om te streven naar een missie richting die buitengrens van het zonnestelsel – een grootschalige onderneming die je nog het beste kunt vangen in de romantische woorden van sciencefictionreeks Star Trek: ‘To boldly go where no one has gone before’.

Net zoals mensen ooit krakkemikkige boten bouwden om te ontdekken wat zich afspeelt aan de andere kant van de oceaan, hoopt McNutt met een onbemande sonde koers te zetten naar het grote onbekende, en zichtbaar te maken wat niemand eerder zag. Het ultieme doel: de heliopauze bereiken, het zonnestelsel verlaten en de onstuimige regio tussen de sterren induiken. ‘We willen ons thuis bekijken, vanuit de ruimte. Maar bovenal willen we de heliopauze leren begrijpen. Het gaat om de vraag waarom er leven op aarde is. Het raakt aan ons eigen bestaan.’

Beeld Astrid Anna van Rooij

Vervolmaking van een droom

Die droom had McNutt al op de middelbare school. Als tiener zag hij Apollo-astronauten hun eerste voorzichtige stappen over de drempel van onze kosmische achtertuin zetten en al snel begon hij te fantaseren over de ultieme volgende stap. Als praktische opdracht bij de natuurkundeles stelde hij rudimentaire plannen op voor een interstellaire sonde. ‘De werkelijkheid bleek wel wat lastiger dan hoe ik het toen had bedacht.’

Vorig jaar, decennia na zijn middelbareschoolcarrière, zette McNutt, als wetenschapper inmiddels veteraan van diverse ruimtemissies, de volgende stap richting de vervolmaking van zijn droom. Van de ruimtevaartorganisatie kreeg hij 6,5 miljoen dollar, bedoeld voor een voorstudie naar zijn Interstellar Probe, zoals het project heet. Veel geld voor iets dat vooralsnog alleen een vuistdik rapport zal opleveren, vindt ook McNutt, maar klein bier vergeleken met de geschatte 1,5 miljard dollar die de missie straks moet kosten.

En dat terwijl Nasa in de jaren zeventig al de Voyager 1 en Voyager 2 lanceerde, twee sondes die, precies zoals hij nu weer wil doen, de heliopauze passeerden en het zonnestelsel verlieten. ‘De Voyager-sondes zetten de eerste stap, maar dat gebeurde eigenlijk per ongeluk’, zegt McNutt. ‘Ze gingen tien keer langer mee dan gedacht. Op een ontmoeting met de heliopauze waren ze niet voorbereid. Ze hadden er niet de juiste apparatuur voor aan boord.’ Bovendien: door de Voyagersondes weten we vooral wat we allemaal nog níét weten over de buitenste grens van ons zonnestelsel. ‘De situatie nabij de heliopauze bleek nog veel complexer en interessanter dan we al dachten.’ Zo is het gebied net voor de heliopauze veel dunner dan verwacht, maar zijn de magnetische velden voorbij de grens juist weer veel sterker dan gedacht.

De Voyager 1, gelanceerd op 5 september 1977, was het eerste door mensen gebouwde voorwerp dat het zonnestelsel verliet.Beeld Getty

Veerle Sterken (ETH Zürich), expert op het gebied van het ruimtestof dat je voorbij de heliopauze kunt vinden, is  zeer geïnteresseerd in een nieuwe missie. ‘Voyager 1 en 2 hebben straks geen energie meer en kunnen dan geen metingen meer doen. Het wordt tijd om iets nieuws te sturen.’

Volgens Sterken is zo’n missie niet alleen wetenschappelijk interessant; ze spreekt ook direct ons verkenningsinstinct aan. ‘Het gaat om verkenning van een nieuwe omgeving. De heliopauze en de ruimte daar voorbij zijn het dichtstbijzijnde voorbeeld van terra incognita’, zegt zij, verwijzend naar de term die kaartenmakers vroeger gebruikten om onbekend gebied aan te duiden.

Eenmaal voorbij die grens moet de Interstellar Probe een laatste blik werpen op de aarde en het zonnestelsel, zodat je ons kosmisch thuis kunt zien zoals hypothetische bewoners rond andere sterren dat zouden doen. Dat kan een grote inspirerende werking hebben, zegt Sterken. ‘Dat zag je eerder ook met de beroemde Earthrise-foto die Apollo-astronauten van de aarde maakten vanuit een baan om de maan. Of de Pale Blue Dot-foto die de Voyager-missie van grote afstand maakte, waarbij de aarde alleen nog zichtbaar was als stukje van één enkele pixel’, zegt ze. De Interstellar Probe kan van die twee iconische foto’s een trilogie maken en een foto schieten van zó ver weg dat onze planeet niet eens meer zichtbaar is. Het zal ons wederom laten voelen hoe nietig ons planeetje is in de uitgestrekte kosmos, en hoe overdreven de tegenstellingen zijn die we bij elkaar opzoeken en benadrukken. 

Deze foto, geschoten door de bemanning van de Apollo 10-missie vanuit een baan om de maan, toonde de aarde voor het eerst vanuit kosmisch perspectief. Beeld Getty Images

Europese missie

Overigens is de Nasa niet de enige partij die nadenkt over een interstellaire missie. Afgelopen zomer diende de Duitse onderzoeker Robert Wimmer-Schweingruber (Universiteit van Kiel) bijvoorbeeld een voorstel in bij de Europese ruimtevaartorganisatie Esa, als onderdeel van hun langetermijnvisie Voyage 2050. Dat voorstel heeft nog niet de status van het project bij Nasa, zegt hij. ‘De Europese interstellaire sonde is op dit moment een van 97 ingediende ideeën. Het plan mocht maximaal twintig pagina’s zijn, inclusief vier pagina’s verwijzingen naar vakliteratuur. Je begrijpt dat we nog niet in veel detail zijn getreden.’

Zelf denkt hij niet dat de Esa zo’n missie alleen zal gaan uitvoeren. ‘Europa kan iets van dergelijke schaal hooguit een- of tweemaal per tien jaar doen’, zegt hij. ‘En zelfs dan zullen we moeten samenwerken met de Amerikanen voor de lancering.’ 

Wimmer-Schweingruber hoopt dat de Esa voor dit project niet alleen zal samenwerken met de Amerikanen, maar ook met de Chinezen. Ook daar denkt men namelijk na over een interstellaire sonde. ‘China wil in 2045, bij het honderdjarig bestaan van de Volksrepubliek, een sonde hebben op honderdmaal de afstand aarde-zon van de zon’, zegt hij. ‘Als ze dat willen halen, moeten ze wel snel zijn. Ze moeten dan ergens in de komende twee à drie jaar al lanceren. Dat zou ons in Europa niet lukken, maar als de Chinezen íéts kunnen, is het wel razendsnel beslissingen nemen en missies op poten zetten. Als ze het willen, zal het hun ook lukken.’

De timing die de Nasa voor ogen heeft, is iets meer bescheiden. Als alles meezit, krijgt de missie in 2022 groen licht en volgt rond 2030 de lancering. Voorwaarde is wel dat Nasa’s nieuwe SLS-raket (Space Launch System) dan beschikbaar is, de spirituele opvolger van de Saturnus-V die de Apollo-astronauten op de maan zette. De Nasa ontwikkelt de raket voor de nieuwe bemande maanmissies, maar McNutt en collega’s staan te popelen om ze ook voor andere doeleinden in te zetten.

‘We hebben een raket met flinke stuwkracht nodig om de benodigde startsnelheid te halen’, zegt hij. De Interstellar Probe moet minimaal tweemaal sneller dan de Voyagersondes gaan vliegen, zodat deze na maximaal een jaar of twintig de buitengrens van het zonnestelsel bereikt. ‘De SLS is daarvoor simpelweg the best game in town’, zegt McNutt.

Ralph McNutt, geestelijk vader van de Interstellar Probe, een missie tot voorbij de grenzen van het zonnestelsel die vele decennia in beslag kan nemen.Beeld Getty

Natuurlijk zou hij – als zelfverklaard sciencefictionliefhebber – liever de beschikking hebben over ruimteschepen à la Star Trek. ‘Als je me er eentje geeft, ga ik hem direct gebruiken, maar de werkelijkheid is anders. Wat in die sciencefictionverhalen gebeurt, blijkt in de praktijk lastig. Onze beste technologie bestaat vooralsnog uit grote, krachtige, domme raketten.’

Ook onafhankelijk ruimtevaartadviseur Erik Laan bevestigt het belang van een krachtige raket bij de lancering. ‘Je kunt nog wel snelheid winnen door rond grote planeten als Jupiter en Saturnus te vliegen, maar de belangrijkste bijdrage levert de raket’, zegt hij. Een gravitational sling-shot bij de grote planeten, zoals kenners het noemen, waarbij een ruimtevaartuig een extra zet krijgt door de zwaartekracht van de planeet, levert hooguit zo’n 11 duizend kilometer per uur extra op, terwijl McNutt met zijn sonde minimaal 126 duizend kilometer per uur wil aantikken. Het leeuwendeel van die vaart krijgt het ruimteschip al bij vertrek. Door het gebrek aan tegenwind of wrijving in de ruimte remt zo’n schip daarna nog nauwelijks af.

Volgens McNutt heeft het daarom geen zin om te wachten op sciencefictionachtige technologische doorbraken. Daarvoor is de lokroep van de diepe kosmos te sterk. ‘We moeten nu gaan. Ik snap de verleiding om te wachten, maar de Wright Brothers hebben hun eerste vlucht ook niet uitgesteld tot de ontwikkeling van de Boeing 747.’

Beeld Astrid Anna van Rooij

Generaties lang vliegen

Het duurt naar verwachting minimaal twintig jaar totdat de Interstellar Probe de rand van het zonnestelsel bereikt. De kans dat fysicus en Nasa-onderzoeker Ralph McNutt het eind haalt van ‘zijn’ missie, is daarom niet erg groot. ‘Ik ben nu 66, dus dat lijkt me inderdaad niet erg realistisch’, zegt hij. ‘Maar ik zeg altijd: als je houdt van snelle voldoening, moet je niet in de ruimtevaart gaan werken. We schrijven nu de toekomst voor de generaties na ons. Misschien kunnen zelfs mijn kleinkinderen nog aan deze missie werken.’

Voor elke fase van de missie is mogelijk een nieuwe generatie nodig. ‘Veel van de mensen die deze missie nu plannen zijn dood tegen de tijd dat het einde wordt bereikt’, zei socioloog Janet Vertesi (Princeton University), deel van het Interstellar Probe-team, daarover tegen Scientific American. ‘De babyboomers staan nu aan het roer, en generatie X neemt het straks over. Tegen de tijd dat de sonde de grens van het zonnestelsel bereikt zijn de millennials de baas, en op het moment dat het de ruimte tussen de sterren bereikt, is het de beurt aan Generatie Z.’

Voor een succesvolle missie is daarom meer nodig dan alleen een technisch slimme sonde en betrouwbare baanberekeningen. Je moet ook generaties wetenschappers rond hetzelfde doel verenigen. Of, zoals Robert Wimmer-Schweingruber het zegt: ‘We moeten nu de mensen opleiden die rond 2050 klaar zijn om interstellaire wetenschap te bedrijven. Leiderschapswissels, alle kennis steeds goed doorgeven  dat is misschien nog wel de grootste uitdaging van deze missie.’

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden