asteroïden

Interplanetaire Snelweg

Interplanetaire Snelweg: ruimtereizen zonder energie

4 reacties / Analyses, Wetenschap, Zonnestelsel / /

Erg snel gaat reizen via het Interplanetair Transport Netwerk niet, maar daar staat dan tegenover, dat er bijna geen energie nodig is om vracht van de ene planeet naar de andere te vervoeren. Is de Interplanetaire Snelweg de oplossing om de duizenden miljarden tonnen metalen in de asteroïdengordel te ontginnen?

Interplanetaire Snelweg
De Interplanetaire Snelweg bespaart zeer veel brandstof. Kunnen we hiermee het zonnestelsel ontginnen?

Weinig massa, maar wel makkelijk te ontginnen
Erg veel materiaal bevindt zich niet in de asteroïdengordel: ongeveer vier procent van de massa van de Maan. De voornaamste reden dat ruimtemijnbouwbedrijven-in-spé toch likkebaardend naar de asteroïdengordel kijken is dat de metaalconcentratie in bepaalde brokken extreem hoog is en de metalen ook gemakkelijk te bereiken zijn.

Mercurius, bijvoorbeeld, bestaat voor bijna de helft uit massief metaal, maar om bij dit metaal te komen moeten mijnbouwers door duizenden kilometers rots heen boren. Dat hoeft bij asteroïden niet: de meeste zijn kleiner dan een kilometer en zouden dus in hun geheel verwerkt kunnen worden. Ook zijn veel asteroïden losjes samenhangende groepjes stenen, ‘rubble piles’, wat mijnbouw nog veel eenvoudiger zou maken.

Het transportprobleem
Het voornaamste probleem is en blijft de brokken metaal met zo min mogelijk energie richting aarde te vervoeren. Raketten nemen doorgaans maar een paar procent van hun massa aan nuttige lading mee. De rest is raketbrandstof. Dat is niet voor niets: om bijvoorbeeld  de aarde te verlaten moet een projectiel een snelheid bereiken van 11,2 km per seconde. Dat geldt ook voor afdalende raketten: in vrije val branden ze op, of slaan ze te pletter.  Ook voor ladingen metaal uit de asteroïdengordel is er dit delta-v probleem: de gordel bevindt zich veel verder van de zon dan de aarde, waardoor ze veel meer potentiële zwaartekrachtsenergie dragen. De ladingen moeten daarom met vele kilometers per seconde afgeremd worden, wat enorm veel brandstof kost. Brandstof die ook weer meegesleept moet worden.

Lagrangepunten
Gelukkig is er goed nieuws. Er blijken complexe, steeds wisselende routes tussen de planeten te bestaan die vrijwel zonder brandstof bereisd kunnen worden. Een essentiële rol in deze brandstofbesparende routes spelen de Lagrangepunten. Dit zijn punten waarop de zwaartekracht van de zon en een planeet (of een planeet en haar maan) elkaar opheffen. De brandstofbesparende routes draaien vaak enkele malen rond de Lagrangepunten, voor een ruimtevaartuig een reis naar een andere bestemming maakt.

NASA maakte al gebruik van het interplanetaire transportnetwerk om de ruimtesonde Genesis monsters van de zonnewind terug naar aarde te laten nemen. Hierbij ging het om een reis in het aarde-maan stelsel, maar in principe kunnen ook ruimtereizen naar  Mars of verder via  het systeem worden gemaakt. De grap hierbij is tussen de Lagrangepunten heen en weer te reizen. Zo is een snelheid van 13 meter per seconde, die van een snelle wedstrijdfietser, al voldoende om van het lunaire Lagrangepunt 1 (waar de zwaartekracht van aarde en maan elkaar opheffen) naar het zon-aarde Lagrangepunt 3 te reizen (het punt achter de aarde waar de snel zwakker wordende zwaartekracht van de aarde die van de zon evenaart). Dit kost vrijwel geen brandstof.

Een vergelijkbare techniek is te gebruiken om naar bijvoorbeeld Mars of Jupiter te reizen. Wel is hier veel meer delta v nodig dan in deze situatie, maar vooral bij reizen naar JUpitermanen

Verspreidde het leven zich via de Interplanetaire Snelweg?
De lage energie waarmee meteorieten door dit netwerk kunnen reizen, betekent dat het ook een plausibele route vormt voor brokstukken aarde met daarop levende lading om heelhuids en passief de reis naar een andere planeet of maan te kunnen maken. Helaas ook voor rampasteroïden. Het scenario gaat dan als volgt. Bij een inslag door een asteroïde worden ontelbare brokstukken de ruimte in geslingerd. Enkele komen in de buurt van de Lagrangepunten terecht en worden via het Interplanetaire Transportnetwerk met relatief lage snelheid naar de Lagrangepunten van andere planeten of manen gevoerd. Zo zouden fragmenten heelhuids in een voor leven gastvrijere omgeving – bijvoorbeeld op Mars of de ijsmanen Europa en Enceladus – terecht kunnen komen.

Bron
Interplanetary Superhighway Makes Space Travel Simpler, NASA/JPL, 2002
Lagrange and the Interplanetary Superhighway, Plus Maths Magazine (2011)

Interplanetaire Snelweg: ruimtereizen zonder energie Meer lezen »

Een andere populaire vorm voor hypothetische ruimtekolonies is de torus (donut). Bron: NASA

Wonen in een uitgeholde asteroïde

2 reacties / Ideeën, Techniek, Visionair leven, Visionaire projecten, Visionaire vragen, Zonnestelsel / /

Het zonnestelsel telt honderdduizenden asteroïden of juister: planetoïden, met een doorsnede van een kilometer of meer. Als deze uitgehold worden en langzaam om hun as gaan draaien, vormen ze een ruimte-eiland met kunstmatige zwaartekracht. dat goed beschermd is tegen kosmische straling. Wel moet je dan voor water, adembare lucht en een lichtbron zorgen, maar in principe zijn we hier al nu toe in staat.

Living in Space - The Asteroid Bubbleworld

Het idee om asteroïden uit te hollen is al bijna honderd jaar oud. Een goede kandidaat zou de planetoïde 433 Eros zijn. Deze ‘ruimte-aardappel’ is ongeveer 30 km lang en 10 km in doorsnede. Door Eros uit te hollen, ontstaat een woonoppervlakte van om en nabij de 3000 vierkante kilometer. Dat is ongeveer de oppervlakte van een klein land als Luxemburg. En dan is er natuurlijk nog de inhoud van de planetoïde, waar nog veel meer ruimtekolonies van zijn te bouwen.

Een andere populaire vorm voor hypothetische ruimtekolonies is de torus (donut). Bron: NASA
Een andere populaire vorm voor hypothetische ruimtekolonies is de torus (donut). Bron: NASA

Lees ook
‘Asteroïdenmijnbouw begint nu echt’

Wonen in een uitgeholde asteroïde Meer lezen »

Zwermen robots stripminen een planetoïde. Bron: Planetary Resources

‘Asteroïdenmijnbouw begint nu echt’

26 reacties / Ideeën en techniek, Visionaire projecten, Zonnestelsel / /

Planetary Resources, een samenwerkingsverband van enkele visionaire internetmiljonairs, heeft dinsdag 24 april 2012 een persconferentie gegeven. Het is nu officieel: de jacht op de kostbare delfstoffen in near earth asteroïden is begonnen.

Een waterrijke planetoïde staat op het punt ingevangen en in raketbrandstof omgezet te worden. Bron: Planetary Resources.
Een waterrijke planetoïde staat op het punt ingevangen en in raketbrandstof omgezet te worden. Bron: Planetary Resources.

Planetoïdenmijnbouw
Door het zonnestelsel zwerven behalve acht planeten, enkele tientallen manen en dwergplaneten, ook talloze brokken ruimtepuin. Deze variëren van honderden kilometers doorsnede tot de grootte van een stofje. Het grote voordeel van mijnbouw op planetoïden, een betere term dan asteroïden, boven mijnbouw op een maan of planeet is het gebrek aan zwaartekracht. Ook bestaan veel planetoïden vrijwel geheel uit metaal of uit waterijs, waardoor niet met veel pijn en moeite metalen gewonnen hoeven te worden of raketbrandstof naar boven gesleept hoeft te worden. Ze liggen letterlijk voor het opscheppen. Met zonne-energie is water te splitsen in waterstof en zuurstof, in combinatie een bekende en veel gebruikte raketbrandstof.

Near earth asteroids
De meeste planetoïden bevinden zich in de planetoïdengordel tussen Mars en Jupiter. Er zijn echter ook enkele duizenden zogeheten near earth asteroids, planetoïden die de omloopbaan van de aarde kruisen. Deze brokken ijs, metaal of gesteente veroorzaken periodiek een grote uitsterving op aarde. De bekendste is de inslag die de dino’s uitroeide. Aan de andere kant zijn ze vanaf aarde met veel minder snelheidsverandering (delta v), dus veel minder raketbrandstof,  te bereiken dan de verre planetoïdengordel of de nog verder gelegen Trojanen van Jupiter. Er zijn ongeveer 1500 near earth asteroids die gemakkelijker bereikbaar zijn dan de maan. Naar schatting behoort tien procent van alle planetoïden tot de metaalrijke M-klasse. Een nog groter deel is rijk aan ijs of koolwaterstoffen.

Zwermen robots stripminen een planetoïde. Bron: Planetary Resources
Zwermen robots stripminen een planetoïde. Bron: Planetary Resources

Planetary Resources begint met mijnbouw
Ruimte-expedities zijn letterlijk astronomisch duur. Zelfs een zeer efficiënt werkende organisatie als het Indiase ISRO moet tientallen miljoenen euro uittrekken voor een eenvoudige Marsverkenner. Een aantal visionaire miljardairs, waaronder Larry Page, K. Ram Shriram en Eric Schmidt van Google en Ross Perot Jr, de zoon van een voormalige onafhankelijke Amerikaanse presidentskandidaat, hebben daarom de handen ineen geslagen en een asteroïdemijnbouwbedrijf opgericht: Planetary Resources Inc.

Vrijwel onbeperkte grondstofvoorraden
Dinsdag 24 april 2012 was de eerste persconferentie, waarop Peter Diamandis, die al eerder een TED-lezing hield over asteroïdenmijnbouw, de plannen in hoofdlijnen ontvouwde. Eén enkele 500 meter doorsnede platina-rijke planetoïde bevat het equivalent van alle platina-achtige metalen die in de gehele menselijke geschiedenis uit de grond gehaald zijn.  Die metalen zijn er op aarde ook wel, maar dan duizenden kilometers diep: in de aardkern. “Veel van de schaarse metalen en mineralen op aarde zijn in bijna oneindige hoeveelheden aanwezig in de ruimte. Als de toegang tot deze metalen makkelijker wordt, zullen niet alleen de vele producten waar ze in worden verwerkt, variërend van micro-electronica tot energieopslag veel goedkoper worden. Ook zullen nieuwe en belangrijke toepassingen voor deze dan overvloedig aanwezige elementen ontwikkeld worden,” aldus Peter H. Diamandis, mede-oprichter van Planetary Resources Incorporated.

Stap 1. Een vloot kleine ruimtetelescopen gaat op zoek naar veelbelovende asteroïden. Bron: Planetary Resources
Stap 1. Een vloot kleine ruimtetelescopen gaat op zoek naar veelbelovende asteroïden. Bron: Planetary Resources

Strategie
Planetary Resources wil als eerste stap een vloot massageproduceerde (dus goedkope) Argyll LEO-ruimtetelescopen lanceren, die op zoek gaan naar nieuwe near earth asteroids (er werden in 2011 zo’n 1000 per jaar ontdekt, op een totaal van 9000) en van bestaande de samenstelling proberen te achterhalen. Vooral waterrijke en metaalrijke planetoïden zijn interessant voor respectievelijk het winnen van raketbrandstof en de extreem zeldzame en kostbare metalen van de platinagroep (ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium en platina zelf).

In de tweede fase zullen grote hoeveelheden robot-verkenningsvoertuigen, die door Planetary Resources voor minder dan tien procent van de kosten van NASA in massa geproduceerd worden, de veelbelovendste asteroïden bezoeken en de grondstoffen gaan winnen.

Voorlopig zullen de hoofdinkomsten uit het verkopen van raketbrandstof bestaan. Ruimtevaartuigen van Planetary Resources kunnen deze afleveren op Low Earth Orbit of een ander parkeerbaan. Zo wordt het veel makkelijker om een expeditie naar de maan, Mars of de planetoïdengordel, waar vele duizenden malen meer grondstoffen te halen zijn maar de delta v, de vereiste versnelling en dus hoeveelheid raketbrandstof, veel groter is, te bevoorraden.

Asteroid Mining Mission Revealed by Planetary Resources, Inc.

De eerste missies beginnen 18 tot 24 maanden na deze aankondiging, einde 2013-begin 2014 dus.

Bron
Planetary Resources

‘Asteroïdenmijnbouw begint nu echt’ Meer lezen »

Krijgt aarde tweede maan?

2 reacties / Wetenschap, Zonnestelsel / /

Jaloers op Mars met zijn twee minimaantjes? Chinese onderzoekers hebben DE oplossing. Ze hebben een kleine asteroïde ontdekt die, hebben ze berekend, met een klein zetje in een baan om de aarde kunnen brengen.

De meeste mensen breken hun hoofd de kans dat asteroïden op aarde neerstorten en over mogelijkheden om deze dodelijke projectielen af te weren. Hexi Baoyin en zijn collega’s van de Tsinghua Universiteit in Beijing hebben een verschillend plan bedacht. Ze vragen zich af hoe ze een asteroïde in een baan om de aarde kunnen brengen. Hun verrassende conclusie: het is makkelijker dan het lijkt. Ze hebben zelfs een aantal ruimtekeien ontdekt die met vrij weinig moeite in een baan om de aarde zijn te brengen.

Ze haalden hun inspiratie van een vreemd fenomeen dat ze bij Jupiter hebben ontdekt. Om de zoveel tijd vangt de gasreus een object in, dat gedurende enkele jaren om de gasreus blijft draaien tot het weer ontsnapt naar de ruimte. Dit is gebeurd met de komeet Oterma, die in 1936 een kort bezoek bracht aan Jupiter tot het hemellichaam weer het zonnestelsel indook. Na de banen van de zesduizend near-Earth objects, asteroïden die bij de aarde in de buurt komen, te hebben bestudeerd, komen ze tot de conclusie dat de kans hierop nul is. Geen tijdelijke maan voor de aarde dus binnen de afzienbare toekomst.

Tenzij we een handje helpen. Enkele van deze objecten komen zo dichtbij, dat ze met een kleine verandering in hun baan in een tweede maantje kunnen veranderen. “Als een dergelijke NEO de aarde nadert, is het mogelijk zijn baanenergie te veranderen, zodat de NEO een kleine satelliet van de aarde wordt.” Een interessante kandidaat is een tien meter groot object van 1200 ton, genaamd 2008EA9, dat in 2049 op ongeveer een miljoen kilometer afstand langs de aarde zal scheren. Volgens Baoyin kan dit rotsblok zo groot als een huis in een omloopbaan rond de aarde gebracht worden door zijn snelheid te veranderen met 410 meter per seconde, de snelheid van een straalvliegtuig. Naar ruimtevaartmaatstaven is dat erg weinig.  Het doel: de asteroïde in een baan op ongeveer twee keer de afstand aarde-maan te brengen. Daar kan het ruimterotsje uit elkaar worden gesloopt. Volgens hun berekeningen zal het rotsblok na een paar jaar de aarde weer verlaten. En dan maar hopen dat hun berekeningen kloppen en het rotsblok niet toevallig op een dichtbevolkte stad neerkomt…

Bron
Hexi Baoyin, Yang Chen en Junfeng Li, Capturing Near Earth Objects, ArXiv.org (2011)

Krijgt aarde tweede maan? Meer lezen »

Zelfvermenigvuldigende robots op het oppervlak van Mars

Zelfreplicerende mijnrobot

1 reactie / Ideeën en techniek, Zonnestelsel / /

In plaats van miljarden euro’s aan instrumenten de ruimte in te sturen kunnen we ook een enkele robot sturen of microbe aan de ruimte aanpassen die zichzelf kan vermenigvuldigen. Wat is er nodig,  is dit idee technisch haalbaar en wat zijn de gevaren?

Zichzelf vermenigvuldigende robotmijnwerkers
Zou het niet handig zijn om net als een boer zijn akker, de ruimte, bijvoorbeeld de asteroïdengordel, vol te kunnen zaaien en daarna te kunnen oogsten? Het is niet meer nodig om dure bemande ruimtevluchten te plannen. Sterker nog: de robotwerkers kunnen zichzelf kopiëren, waardoor er na verloop van tijd een leger van honderdduizenden nijvere robotinsecten hun metalen kaken in de asteroïden zet. Kortom: voor de kosten van een enkele ruimtemissie beschik je over een enorm productieve mijnoperatie, die voor tientallen miljarden per jaar aan waardevolle ertsen oplevert.

Dit klinkt te mooi om waar te zijn, althans op het eerste gezicht. Inderdaad zitten er aan dit idee nog de nodige haken en ogen, maar in principe is het heel goed mogelijk. Er is namelijk al behoorlijk veel onderzoek gedaan naar autonome robots die in staat zijn zichzelf te vermenigvuldigen.

Wat is er nodig?

Zelfvermenigvuldigende robots op het oppervlak van Mars
Zelfvermenigvuldigende robots op het oppervlak van Mars

In tegenstelling tot hier op aarde moet een autonome mijnwerkersrobot in staat zijn alle – of vrijwel alle – materialen die hij gebruikt zelf te fabriceren uit de grondstoffen in de omgeving. Een goede energiebron en een ertssmelter zijn dus eerste vereiste. Ook moeten uit de aanwezige grondstoffen de gewenste atomen of verbindingen kunnen worden gesorteerd. Tot slot moeten uit deze verbindingen de materialen kunnen worden vervaardigd waar de robot uit bestaat.

Dat is nog niet alles. Er mag namelijk geen kwaliteitsverlies optreden bij het kopiëren van essentiële onderdelen. Immers, als bijvoorbeeld een bepaald onderdeel een precisie heeft van een micrometer, dan zal met dit onderdeel nooit iets preciezer kunnen worden gefabriceerd dan een micrometer. Bij elke kopie ontstaat er meer speling, dus worden de kopieën elke generatie slechter. Er zal dus in de natuurkundige trukendoos moeten worden getast om dit probleem op te lossen. Met bijvoorbeeld lasers kan je dingen maken die nauwkeuriger zijn dan de onderdelen waar de laser uit bestaat. In levende wezens gaat dat goed, omdat ze op moleculair niveau werken. Atomen kunnen niet slijten.

Ook moet het ontwerp goed bestand zijn tegen energierijke kosmische straling en micrometeorieten. Dat is ook de reden waarom er in ruimtevaartuigen heel ouderwetse computers worden gebruikt. Die zijn zo grof gebouwd, dat hun werking niet al teveel verstoord wordt als een kosmisch geladen deeltje inslaat.

Zouden we al een automatische mijnwerkerrobot kunnen bouwen?
Het voornaamste probleem is voldoende intelligentie inbouwen. Asteroïden bestaan uit meerdere soorten materiaal met waarschijnlijk nog onbekende materiaalsoorten. Door de grote afstand van de aarde is tele-operatie niet of nauwelijks mogelijk. Eventueel kunnen de robots vanaf een centraal brein worden bestuurd dat dan uiteraard op aarde kan worden gefabriceerd.

Een belangrijk ander probleem is de energievoorziening. Op de maan is er heel veel zonlicht. Ook kunnen op de maan robots makkelijk worden bestuurd. Nadeel is dat de maan niet erg rijk is aan gewilde delfstoffen. Metaalasteroïden zoals Kleopatra zijn dat wel. Vele kubieke kilometers massief metaal is uiteraard de droom van iedere mijnbouwer. Het vervelende is dat metaalasteroïden zich ver van de zon bevinden. De zonneconstante, een maat voor de sterkte van het zonlicht, is in de asteroïdengordel maar ongeveer een kwart tot een zestiende zo groot als op de aarde en de maan. Misschien dat dus in een eerder stadium grote hoeveelheden zonnepanelen op de maan worden gefabriceerd en naar de asteroïden worden gestuurd. Silicium zonnepanelen kunnen van silicium en spoortjes andere elementen worden gemaakt, die op de maan net als op aarde overvloedig aanwezig zijn.

Zie ook: Mijnbouw op near-earth asteroids en Een ruimtekei als thuis

Zelfreplicerende mijnrobot Meer lezen »

NASA stelt zich asteroïdemijnbouw ongeveer zo voor.

Mijnbouw op near-earth asteroids

5 reacties / Ideeën en techniek, Zonnestelsel / /

Near-earth asteroids zijn vooral bekend van de akelige gevolgen die inslag van zo’n ruimtekei op onze aarde heeft. Veel near-earth objects zijn echter ook rijk aan interessante metalen. Welke ruimtekeien zijn het lucratiefst voor mijnbouw?

Ruimtemijnen
Asteroïden zijn in veel opzichten ideaal voor mijnbouw. Sommige asteroïden bestaan bijna geheel uit massief metaal. De zwaartekracht is zeer laag, waardoor de ertsen makkelijk zijn te transporteren. De asteroïdengordel ligt ver weg van de aarde, waardoor mijnbouw in de asteroïdengordel moeilijk is. Een aantal asteroïden bevindt zich echter vlak bij de aarde. Bij ruimtevaart kost zowel versnellen als vertragen veel brandstof. De benodigde snelheidsverandering om hier te komen vanaf de aarde is veel kleiner, wat ze interessant maakt voor mijnbouw.

Asteroid prospecting

NASA stelt zich asteroïdemijnbouw ongeveer zo voor.
NASA stelt zich asteroïdemijnbouw ongeveer zo voor.

Martin Elvis van het Harvard-Smithsonian Center voor Astrophysics in Cambridge, Masachusetts en een aantal van zijn collega’s onderzochten welke near-earth ruimtekeien het beste in aanmerking komen voor ruimtemijnbouw.

Dit is geen eenvoudige taak. Er zijn ongeveer 100 000 near-earth objects, waarbij van zesduizend redelijk veel details bekend zijn. Door te kiezen voor de asteroïden die het gemakkelijkst te bereiken zijn, kan behoorlijk op brandstof worden bespaard: er kan dan twee tot drie keer meer aan nuttige lading mee met een chemische raket. De zes asteroïden die het gemakkelijkste vanaf de aarde zijn te bereiken zijn helaas niet erg helder(1). Dat betekent dat het om zeer kleine blokken moet gaan, misschien zo groot als een huis. Het ruimteschip zou dan wel eens groter kunnen zijn dan de asteroïde die het doel is van de expeditie. Geen goudmijn dus. Uiteraard is het het interessantst, voor de komende Amerikaanse asteroïde-expeditie, gepland in 2025, een asteroïde te kiezen die voor mijnbouw interessant is. Dat betekent: metaalrijk en groter dan een kilometer.

Onder de near-earth asteroids zijn er vijfhonderd tot duizend objecten van meer dan een kilometer groot (2). Het ontginnen van een metaalachtige near-earth asteroid van meer dan een kilometer groot (ongeveer tien procent van alle asteroïden behoort tot de metaalrijke M-klasse) zou honderden miljarden euro’s aan metalen opbrengen. In theorie. Je zou de mijnbouwapparatuur aan kunnen drijven met zonne-energie, want die is overvloedig aanwezig in de ruimte op een aardachtige afstand van de zon.

Hoe breng je het metaal naar de aarde?
Uiteraard is het een pittige technische uitdaging om al dit metaal tegen lage kosten op aarde terecht te laten komen. Een te hoge snelheid zal het metaal laten opbranden in de atmosfeer. Wellicht zou je het metaal kunnen  laten smelten door middel van zonne-energie, door het vloeibare metaal snel rond te laten draaien te veranderen in een schijf en laten remmen op het aardmagnetisch veld (als elektrische geleiders in een magnetisch veld bewegen, ontstaan kringstromen). Een andere oplossing kan zijn, grote brokken gecontroleerd in te laten slaan in een weinig gebruikt en ecologisch niet erg gevoelig gebied van de oceaan.

Zie ook: Kolonisatie van de asteroïdengordel en Buitenaardse beschavingen opsporen met behulp van ruimtepuin

Bronnen
1. Elvis, Martin en McDowell, Jonathan, Ultra-Low Delta-v Objects and the Human Exploration of Asteroids, Arxiv.org (2011)
2. Rabinovitz et al., A reduced estimate of the number of kilometre-sized near-Earth asteroids, Nature (2000)

Mijnbouw op near-earth asteroids Meer lezen »

RNA is waarschijnlijk de voorganger van DNA-gebaseerd leven, want RNA kan zowel werken als informatie dragen (waar DNA-gebaseerd leven twee stoffen, DNA en eiwitten, voor nodig heeft). Helaas is RNA erg fragiel.

“Asteroïde was kraamkamer voor leven”

1 reactie / Wereld, Wetenschap / /

Overblijfselen van de Murchison meteoriet blijken als ze gemengd worden met formamide, een molecuul dat veel in de ruimte voorkomt, bouwstenen voor leven, zoals aminozuren, RNA- en DNA-nucleïnezuren op te leveren. En, heel belangrijk, deze niet te vernietigen, zoals in andere omgevingen snel gebeurt. Eindelijk de missing link voor de RNA-wereld gevonden?

Murchison-meteoriet extreem rijk aan organische stoffen
De meteoriet in kwestie kwam op aarde neer op 28 september 1969, aan de rand van het dorp Murchison in Victoria, Australië. De ongeveer honderd kilo zware meteoriet rook naar benzine volgens ooggetuigen.

Geen wonder. Tests hebben uitgewezen dat de meteoriet extreem rijk was aan alkanen (die ook veel in benzine voorkomen) en andere organische stoffen, onder meer aminozuren (bouwstenen van eiwitten) en nucleïnezuren, de bouwstenen van RNA en DNA. Deze ontdekking toonde aan dat de ruimte niet de steriele plek was waar het tot dan toe altijd voor was gehouden en een uitgebreide organische chemie kende. De chemicaliën waaruit het leven is ontstaan, kunnen dus heel goed afkomstig zijn van de ruimte.

Bracht dit molecuul (formamide) leven voort? Het bevat in ieder geval zowel zuurstof(rood), stikstof (blauw), waterstof (wit) als koolstof (zwart). De aminogroep (NH2, rechts) is een essentieel onderdeel van aminozuren.
Bracht dit veelzijdige molecuul (formamide) leven voort? Het bevat in ieder geval zowel zuurstof(rood), stikstof (blauw), waterstof (wit) als koolstof (zwart). De aminogroep (NH2, rechts) is een essentieel onderdeel van aminozuren.

Het experiment
Uiteraard is het antwoord op de vraag hoe deze moleculen zich hebben gevormd van groot belang. Raffaele Saladino van de Universiteit van Tuscia in Viterbo, Italië, en zijn collega’s vroegen zich af of ze misschien diep in de asteroïden (of kometen) zijn ontstaan waarvan de meteorieten zijn afgebroken. Het team wist dat een eenvoudige chemische stof, formamide, veel voorkwam in de ruimte en kan worden omgezet in tal van biomoleculen. Deze stof gebruikten ze dus als uitgangspunt.

Zij verkregen 1 gram van de Murchison meteoriet, maalde het tot poeder en verwijderden alle organische moleculen, waardoor er slechts het mineraal overbleef. Zij vermengden dit met formamide en verhitten het tot 140 ° C gedurende 48 uur. De reactie produceerde nucleïnezuren, de bouwstenen van DNA en RNA en ook het aminozuur glycine, carbonzuren en een voorloper van suiker (2). Bewijs dat de asteroïde waar de meteoriet van afkomstig was, een natuurlijke chemische fabriek was, stelt Saladino.

Tegelijkertijd erfelijk materiaal en stofwisseling

Van de geproduceerde verbindingen zijn sommige genetisch (onderdeel van dragers van erfelijke informatie: de nucleïnezuren) als metabolisch (betrokken bij het uitvoeren van de stofwisseling: de aminozuren en carbolzuren). Beide zijn belangrijke onderdelen van primitief leven, stelt  Monica Grady van de Open Universiteit in Milton Keynes, Verenigd Koninkrijk, die niet betrokken was bij de studie. “Als je beide reacties kan katalyseren op dezelfde plaats, van hetzelfde uitgangsmateriaal, dat is dat duidelijk een voordeel.”

De mogelijkheid om een ​​aantal essentiële moleculen te produceren onderscheidt de meteoriet van aardse mineralen, zegt Mark Sephton van het Imperial College in Londen. Op aarde wordt elk biomolecuul gekatalyseerd door een ander mineraal, wat betekent dat ze uiteindelijk op gescheiden plaatsen voorkomen, wat het minder waarschijnlijk maakt dat ze leven vormen.

RNA is waarschijnlijk de voorganger van DNA-gebaseerd leven, want RNA kan zowel werken als informatie dragen (waar DNA-gebaseerd leven twee stoffen, DNA en eiwitten, voor nodig heeft). Helaas is RNA erg fragiel.
RNA is waarschijnlijk de voorganger van DNA-gebaseerd leven, want RNA kan zowel werken als informatie dragen (waar DNA-gebaseerd leven twee stoffen, DNA en eiwitten, voor nodig heeft). Helaas is RNA erg fragiel.

Meteorietmateriaal beschermt RNA
Een derde uiterst belangrijke ontdekking is dat het asteroïdenmineraal RNA kan stabiliseren. RNA reageert met water en RNA-ketens breken gemakkelijk. De meeste processen versnellen dit proces, maar het Murchison mineraal niet. “Als RNA zou  worden gesynthetiseerd [binnenin de asteroïde], zou deze omgeving het stabiliseren,” zegt Saladino.

Begon het leven in asteroïden?
De stap is dan ook niet meer erg groot om te veronderstellen dat zich in grote asteroïden die rijk zijn aan organische stoffen, daadwerkelijk leven gevormd kan hebben, dat bij een inslag op aarde  en mogelijk andere planeten terecht is gekomen. Dit is inderdaad de theorie van de verguisde NASA-exobioloog Richard Hoover.

Bronnen:
1. Asteroids make life’s raw materials (New Scientist)
2. R. Saladino et al.,Catalytic effects of Murchison Material: Prebiotic Synthesis and Degradation of RNA Precursors (Origins of Life and Evolution of Biospheres, 2011)

“Asteroïde was kraamkamer voor leven” Meer lezen »

Kleopatra, deze bizarre 'hondenkluif', bevat waarschijnlijk meer metaal dan tot nu toe op aarde is gewonnen.

‘ET opsporen via ruimtepuin’

6 reacties / Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / /

Hoe groter de beschaving, hoe meer rommel deze om zich heen zaait. Archeologen maken dankbaar gebruik van mestvaalten om beschavingscentra op te sporen. Zou je dezelfde techniek ook niet toe kunnen passen om buitenaardse beschavingen op te sporen, vragen astronomen Duncan Forgan en Martin Elvis zich af.

Rommel, onlosmakelijk verbonden met de ‘beschaving’
Als een buitenaards wezen afdaalt naar de aarde is het eerste wat hij tegen komt de steeds dichter wordende wolk ruimtepuin, bestaande uit brokstukken afgedankte satelliet, rakettrappen en dergelijke. Ook in onze oceanen zijn de drijvende vuilniseilanden moeilijk te missen.  Kortom: het lijkt er op dat rommelmaken onlosmakelijk verbonden is met moderne beschavingen. Ook van eerdere beschavingen, zoals het Romeinse Rijk, zijn enorme vuilnisbelten teruggevonden. Het ging hier meestal om aardewerk.

Asteroïdengordels
We schreven er al eerder over: de asteroïdengordel van het zonnestelsel is de meest logische plaats om grondstoffen te winnen. Hoewel de totale massa van alle asteroïden samen maar klein is – een fractie van de maan – is de zwaartekracht bijna nul en het totale oppervlak enorm. Sommige asteroïden bestaan zelfs bijna uit puur metaal.

Kleopatra, deze bizarre 'hondenkluif', bevat waarschijnlijk meer metaal dan tot nu toe op aarde is gewonnen.
Kleopatra, deze bizarre 'hondenkluif', bevat waarschijnlijk meer metaal dan tot nu toe op aarde is gewonnen.

De Britse astronomen Duncan Forgan en Martin Elvis denken dat buitenaardse beschavingen dit al aan het doen zijn en de rijke ertsvoorraden in hun asteroïdengordel aan het oogsten zijn. Hierbij komt uiteraard de nodige warmte vrij – stel je voor dat je een brok metaal van honderden kilometers groot onder handen wilt nemen – en vermoedelijk zal het vele transport en het ruimteafval als gevolg van de mijnbouw ook zijn sporen nalaten. Beide astronomen denken dat de tekenen hiervan van vele lichtjaren afstand waar zijn te nemen. We weten welke verhoudingen aan elementen en chemische elementen van nature voorkomen in puinringen. Uitlaatgassen van raketten, brokstukken, metaaldampen, kortom alles waarvan je verwacht dat het bij mijnbouwoperaties in de ruimte vrijkomt, wijkt hier sterk van af. Grote objecten van vele kilometers groot zullen er het eerst aan geloven, omdat ze makkelijker te ontginnen zijn dan kleinere. Een asteroïdengordel zal daarom minder grote objecten bevatten, verwachten ze, terwijl de hoeveelheid stof en gas juist sterk toeneemt.

Op jacht naar buitenaardse beschavingen
Op dit moment vindt er veel onderzoek plaats naar buitenaardse stofringen om sterren, onder meer om meer te weten te komen over de vorming van ons eigen zonnestelsel. Forgan en Elvis stellen nu voor om gebruik te maken van de data die bij dat onderzoek vrij komen. Vinden astronomen puinringen of stofschijven met afwijkende samenstelling of verdeling van brokstukken, dan is het verstandig hier nader onderzoek naar in te stellen. Het zou dan heel goed kunnen dat ET daar planetoïden aan het ontginnen is…

Bronnen
Arxiv Blog
Arxiv

‘ET opsporen via ruimtepuin’ Meer lezen »

Foto van ruimtetelescoop Hubble van de dwergplaneet Ceres, het grootste object in de planetoïdengordel. Waar komt die merkwaardige witte vlek vandaan?

Een ruimtekei als thuis

6 reacties / Mensheid, Wetenschap, Zonnestelsel / /

De planetoïdengordel is een ring van brokstukken rots en ijs tussen de planeten Mars en Jupiter. Door de sterke zwaartekracht van Jupiter heeft zich hier nooit een grote planeet kunnen vormen. Pas in 1802 werd het eerste object in de planetoïdengordel, de ongeregelde ijsbal 1 Ceres, ontdekt.
De planetoïdengordel is vermoedelijk zeer rijk aan metalen en andere interessante materialen voor mijnbouw. Alhoewel de totale massa gering is, is het totale oppervlak enorm en is er geen atmosfeer, zodat mijnbouw veel makkelijker is dan op aardachtige planeten. Eindelijk een einde aan de burgeroorlog in Kongo en rampzalige dagmijnbouw?

Planetoïdengordel factsheet

Grootte: miljoenen fragmenten ijs, gesteente en metaal variërend van meer dan 900 km doorsnede (Ceres) tot enkele meters en kleiner

Zwaartekracht: 2,8% van de aarde (Ceres) tot vrijwel nul

Atmosfeer: vrijwel geen; zonnewind

Temperaturen: -108 graden tot -173 graden C (gemiddeld; grote temperatuurvariaties dag en nacht)

Daglengte: varieert per asteroïde

Lengte jaar: rond de 4,6 jaar

Waardevolle grondstoffen: metalen, waterijs, silicaten

Pluspunten: rijkdom aan grondstoffen, lage zwaartekracht, vacuüm, geologisch stabiel

Gevaren: kosmische straling, meteorieten, weinig zonne-energie, botontkalking door lage zwaartekracht

De omgeving

Ingeklemd tussen Mars en Jupiter is de planetoïdengordel een brede puinring bestaande uit haast ontelbaar veel brokken.

Foto van ruimtetelescoop Hubble van de dwergplaneet Ceres, het grootste object in de planetoïdengordel. Waar komt die merkwaardige witte vlek vandaan?
Foto van ruimtetelescoop Hubble van de dwergplaneet Ceres, het grootste object in de planetoïdengordel. Waar komt die merkwaardige witte vlek vandaan?

De grootste asteroïde, 1 Ceres, heeft een bolvorm en wordt daarom nu beschouwd als een dwergplaneet. De overige asteroïden, waarvan de grootste 2 Pallas, 4 Vesta en 10 Hygeia zijn, zijn te klein om tot een volmaakte bolvorm samen te trekken en hebben een onregelmatige vorm. Omdat de planetoïdengordel enorm groot is, bestaat deze voornamelijk uit eindeloos veel leegte waar de ruimterotsen doorheen zweven.

 

Hoe kom je er?

Het grootste probleem is het overwinnen van de zwaartekrachtspotentiaal van de aarde. In feite zijn de planetoïden met minder energie te bereiken vanaf de maan of Mars dan het kost om van de aarde naar de maan te gaan. De afstand is groot, waardoor robotverkenners jaren onderweg zijn. Als minder zuinig wordt omgesprongen met brandstof zijn binnen een tot twee jaar reizen de meeste locaties in de asteroïdengordel te bereiken.

Hoe bewoonbaar is de planetoïdengordel?

Een ruimtepak onder druk, bescherming tegen de felle zonnewind en kosmische straling zijn absoluut vereist. Zonder ruimtepak houdt een mens het ongeveer een minuut uit. Vermoed wordt dat op enkele van de grootste asteroïden grote hoeveelheden water en ijs voorkomen – volgens sommige optimisten is de hoeveelheid water op Ceres zelfs groter dan de zoetwatervoorraad op aarde. Helaas is de zwaartekracht op Ceres veel te laag.

De metaalasteroïde Kleopatra lijkt nog het meest op een kluif. Ook dit kleinere zusje van Psyche is zeer rijk aan schaarse metalen.
De metaalasteroïde Kleopatra lijkt nog het meest op een hondenkluif. Ook dit kleinere zusje van Psyche is zeer rijk aan schaarse metalen.

Wat zijn de voordelen ?

 

De planetoïdengordel bevat naar we denken een grote hoeveelheid grondstoffen die met relatief weinig moeite zijn te winnen. De grootste metaalrijke asteroïde, de 200 km grote rots 16 Psyche, bestaat voor een groot deel uit puur ijzer en nikkel, klaar om te verwerken, in totaal 1.7×10^19 kg nikkelijzer. Dat is genoeg nikkel en ijzer om elke aardbewoner aan 2,4 miljoen ton metaal te helpen. Ter illustratie: Dat is meer metaal dan in twintig Nimitzklasse (de grootste ooit gebouwd) vliegdekschepen zit. En dan hebben we het nog niet eens over de grote hoeveelheden goud, rhodium en andere schaarse metalen waar nu ploeterende stakkers in het regenwoud riviertjes (en zichzelf) voor vergiftigen met dodelijk kwik. Kortom: één enkele winstgevende mining operation op Psyche en het is eindelijk afgelopen met de afschuwelijke burgeroorlog in Kongo, verwoestende dagmijnbouw in de VS en vergiftigde modderlawines in Hongarije.

De grote afstand tot de zon en de aarde maken het een minder geschikte plaats voor ruimtestations of ruimtekolonies – tenzij die worden aangedreven met kernenergie. Vermoedelijk is er ook zeer veel uranium en ander splijtbaar materiaal aanwezig op Psyche en soortgelijke planetoïden, dus dat is goed uitvoerbaar.

Gevaren in de planetoïdengordel

De planetoïdengordel is dicht bezaaid met ruimtepuin en kent geen beschermend magnetisch veld of atmosfeer. Gelukkig roteren vrijwel alle planetoïden in dezelfde richting om de zon waardoor het gevaar van micrometeorieten iets kleiner is dan anders. Micrometeorieten hebben een grotere bewegingsenergie dan kogels. Kent je ruimtepak of ruimtestation een lek en kan je dat niet dichten, dan ben je ten dode opgeschreven. Kortom: mijnstations kunnen maar beter beschikken over een stevige beschermlaag.

Hoe zou een kolonie op een asteroïde er uit zien?

Een asteroïde-mijnstation, volgens NASA
Een asteroïde-mijnstation, volgens NASA

Door het vrijwel volledig ontbreken van een atmosfeer moeten kolonies op asteroïden luchtdicht afgesloten zijn en een dikke beschermlaag kennen tegen kosmische straling en micriometeorieten.
Het menselijk lichaam reageert slecht op lange periodes in een lage-zwaartekrachtsomgeving.

De goedkoopste oplossing is de tactiek van onze verre voorouders in de IJstijd te volgen: grotten bewonen. Het recept: hol een asteroïde helemaal uit (bijvoorbeeld ten behoeve van mijnbouw), stoffeer het ding knus met aarde, rivieren en meren, pomp er een zuurstofrijke atmosfeer in en laat het ding snel genoeg om zijn as tollen om kunstmatige zwaartekracht op te wekken. En oh ja, zorg voor voldoende verlichting. Een kunstzon in het nulzwaartekrachtsgebied in het midden, bijvoorbeeld, want van het magere zonnetje voorbij Mars word je niet bruin.

Tot we er in geslaagd zijn een planetoïde uit te hollen, zullen we genoegen moeten nemen met een krappe behuizing zo groot als een bouwkeet. Of de asteroïdengordel door robots laten ontginnen.

Een uitgeholde asteroïde. Met een dergelijk enorm ruimteschip zou je duizenden, zo niet tienduizenden jaren onderweg kunnen zijn naar een naburige ster. Over de energiekosten gaan we het niet hebben...
Een uitgeholde asteroïde. Met een dergelijk enorm ruimteschip zou je duizenden, zo niet tienduizenden jaren onderweg kunnen zijn naar een naburige ster. Over de energiekosten gaan we het niet hebben…

Hoe zijn planetoïden tot leefbare wereld om te bouwen?

Niet. De zwaartekracht zelfs van de grootste planetoïde Ceres is veel te laag en het zonlicht te zwak. De enige optie die enigszins in de buurt komt, is een planetoïde uithollen en rond laten tollen, zie voor.

Er zijn plannen gesmeed om de grootste planetoïde, Ceres, te koloniseren. Deze dwergplaneet bestaat voor een deel uit waterijs.

De plannen zijn, dat kan je wel stellen, opmerkelijk. Kunstmatige zwaartekracht wordt in de plannen bijvoorbeeld opgewekt door de kolonisten ’s nachts te huisvesten in een enorm wiel dat in de dwergplaneet is ingegraven. Overdag kunnen de kolonisten hun ding doen in een enorme overdekte koepel – bijvoorbeeld schaduwminnende planten kweken bij een tiende van de aardse hoeveelheid zonlicht. De operatie moet worden bekostigd door stukken asteroïdeoppervlak bij opbod te verkopen. Het hele dwergplaneetje heeft een oppervlakte zo groot als Argentinië.

Een ruimtekei als thuis Meer lezen »