Asteroitten örnek getiren görevler: Hayabusa, OSIRIS-REx

Bir asteroite uzaktan bakmakla, o asteroitten alınmış bir gram tozu laboratuvarda incelemek arasında kıyaslanamayacak bir fark vardır. Uzaktan spektrumla "su taşıyan mineraller olabilir" dersiniz; laboratuvarda hangi mineral, ne kadar su, hangi izotop oranıyla, hangi amino asitler, hangi nükleobazlar — hepsini ölçersiniz. Üstelik dünyanın her yerindeki laboratuvarlar aynı örneği yıllar boyunca yeniden inceleyebilir.

Bugüne kadar üç görev asteroitten örnek getirdi: Japonya'nın Hayabusa (2010, Itokawa) ve Hayabusa2 (2020, Ryugu) görevleriyle NASA'nın OSIRIS-REx görevi (2023, Bennu). Getirilen toplam madde 130 gramı aşmaz, ama bilimsel etkisi kiloların değil, dikkatle korunmuş gramların işidir.

Örneklerin önemi, Dünya'ya düşen meteoritlerle karşılaştırıldığında anlaşılır. Meteoritler atmosferden geçerken ısınır, yerde nemle ve mikroplarla kirlenir, en önemlisi hangi cisimden geldikleri genellikle bilinmez. Örnek getirme görevlerinde ise malzemenin hangi asteroitten, hangi noktadan alındığı ve uzayda neler yaşadığı kayıtlıdır.

Hayabusa: ilk deneme

Japonya'nın uzay ajansı JAXA'nın Hayabusa (Japonca "şahin") aracı 2003'te fırlatıldı ve taşlı bir S tipi asteroit olan 25143 Itokawa'ya gitti. Görev teknik sorunlar dizisiyle boğuştu: iyon motorlarında arızalar, yönelim sistemi kaybı, bir iniş denemesinin başarısızlığı, Dünya'yla iletişim kesintisi ve yakıt sızıntısı.

Buna karşın araç Haziran 2010'da Dünya'ya döndü ve kapsülünde yaklaşık 1.500 tanecik getirdi — her biri çoğunlukla 0,1 milimetreden küçük. Bu, bir asteroitten getirilen ilk örnekti. Taneciklerin incelenmesi önemli bir bağlantıyı kurdu: Itokawa'nın malzemesi, Dünya'da bulunan en yaygın meteorit türlerinden biriyle (sıradan kondritler) örtüşüyordu. Yani meteoritlerin kökenine dair varsayım doğrudan doğrulandı.

Itokawa'nın kendisi de öğreticiydi: yaklaşık 500 metrelik, fıstık biçimli bir moloz yığını. Yoğunluğu düşüktü, yani içi boşluklarla doluydu. Bu, küçük asteroitlerin katı kayalar değil, gevşek taş kümeleri olduğu fikrini güçlendirdi.

Hayabusa2 ve Ryugu

Hayabusa2 3 Aralık 2014'te fırlatıldı ve 27 Haziran 2018'de 162173 Ryugu'ya vardı. Hedef bilinçli olarak farklı seçilmişti: Ryugu, karbon açısından zengin bir Cg tipi (C ve B tiplerinin özelliklerini taşıyan) Apollo grubu asteroitidir. Adı Japon halk masalındaki denizaltı sarayı Ryūgū-jō'dan gelir — masalın kahramanı Urashima Tarō'nun saraydan gizemli bir sandıkla dönmesi, örnek getirme görevine uygun bir göndermedir.

Ryugu yaklaşık 1.004 × 876 metre boyutlarında, tepesi düzleşmiş bir topaç biçiminde. Ekvatorundaki sırt (Ryujin Dorsum), cismin geçmişte daha hızlı dönerken merkezkaç kuvvetiyle şekillenmesinin izidir. Kendi çevresindeki dönüşü 7,63 saat sürer. Kütlesi 4,50×10¹¹ kg (450 milyon ton), yoğunluğu 1,19 g/cm³'tür. En çarpıcı sayı porozitedir: hacminin yaklaşık yüzde 50'si boşluktur. Ryugu da bir moloz yığınıdır.

Görev dizisi şöyle işledi: 21 Eylül 2018'de iki zıplayan gezgin (MINERVA-II-1: HIBOU ve OWL) bırakıldı; 3 Ekim 2018'de Alman-Fransız yapımı MASCOT ineği indi ve on yedi saatten uzun süre çalıştı. 21 Şubat 2019'da ilk yüzey örneklemesi yapıldı.

Sonra görevin en cesur adımı geldi. 5 Nisan 2019'da araç, SCI adlı bir bakır çarpıcıyı Ryugu'nun yüzeyine fırlattı ve yaklaşık 10 metrelik yapay bir krater açtı. Araç bu sırada asteroitin öteki yanına saklandı. Amaç, uzay ortamının radyasyonuyla değişmemiş yüzey altı malzemesine ulaşmaktı. 11 Temmuz 2019'da bu kraterin yakınından ikinci örnekleme yapıldı.

Kapsül 5 Aralık 2020'de ayrıldı ve Japonya saatiyle 6 Aralık 2020'de Avustralya'nın Woomera bölgesine indi. İçinde 5,4 gram malzeme vardı — beklenenden kat kat fazla.

Ryugu örnekleri ne gösterdi

Ryugu örneklerinin incelenmesi şu sonuçları verdi:

• Yirmi farklı amino asit bulundu. Amino asitler proteinlerin yapıtaşlarıdır; uzayda kendiliğinden oluştuklarının doğrudan kanıtı budur.
• Mart 2023'te urasil ve B3 vitamini (niasin) saptandı. Urasil, RNA'nın dört bazından biridir.
• Örneklerin kütlesinin yaklaşık yüzde 6,84'ü sudur; kristal yapılar içinde karbonatlı sıvı su kalıntıları bulundu.
• Bileşim, Ivuna tipi karbonlu meteoritlere (CI kondritler) çok yakın çıktı; yıldız öncesi tanecik bollukları da bu sınıfla örtüştü.
• Ana cismin, Güneş Sistemi'nin oluşumundan yalnızca 2 milyon yıl sonra bir araya geldiği, sonra ısınıp sulu değişime uğradığı ve en sonunda büyük bir çarpışmayla parçalandığı belirlendi. Bugünkü Ryugu, o parçaların yeniden toplanmasıyla oluştu.

Hayabusa2 görevi bitmedi. Araç kalan yakıtıyla yoluna devam ediyor ve Temmuz 2031'de hızlı dönen küçük asteroit 1998 KY26'ya varmayı hedefliyor.

OSIRIS-REx ve Bennu

NASA'nın OSIRIS-REx aracı 8 Eylül 2016'da 23:05 UTC'de Cape Canaveral'dan Atlas V 411 roketiyle fırlatıldı ve 3 Aralık 2018'de 101955 Bennu'ya vardı. Bennu, çapı 480-511 metre arasında olan, karbonlu B tipi (C tipinin bir alt sınıfı) bir Dünya'ya yakın asteroittir.

Araç yaklaşık iki yıl boyunca Bennu'yu haritaladı ve beklenmedik bir manzara buldu: asteroit, seçilen iniş alanlarını zorlaştıracak kadar kaya ve blokla kaplıydı. Ayrıca Bennu zaman zaman kendiliğinden tanecik fırlatıyordu — nedeni hâlâ tam anlaşılmamış bir süreç.

Örnekleme 20 Ekim 2020'de 22:13 UTC'de, kuzey kutbuna yakın Nightingale kraterinde yapıldı. Yöntem TAG (Touch-And-Go) adını taşıyordu: araç inmeden, yüzeye yalnızca saniyeler boyunca değip azot gazı püskürterek malzemeyi toplama kabına kaldırdı ve hemen yükseldi.

Burada şaşırtıcı bir keşif oldu: yüzey beklenenden çok daha zayıftı. Toplama kolu yüzeye değdiğinde direnç neredeyse hiç bulmadı; araç malzemenin içine gömülmeye başladı. Mühendislerin benzetmesiyle Bennu'nun yüzeyi katı bir zeminden çok, çocuk oyun alanındaki plastik top havuzuna benziyordu. Bu kadar gevşek malzemeyle karşılaşmak, toplanan örnek miktarının beklentiyi aşmasına da yol açtı — kapağın kapanmasını engelleyecek kadar.

Kapsül 24 Eylül 2023'te Utah'taki test alanına indi ve getirdiği malzeme 121,6 gram olarak ölçüldü. Bu, bir asteroitten getirilmiş en büyük örnektir.

Bennu örneklerinin ilk kapsamlı analizi şunları gösterdi: karbon ve azot açısından zengin organik bileşikler; proteinlerde kullanılan yirmi amino asitten on dördü; ve DNA ile RNA'nın dört nükleobazının tümü. Ayrıca su taşıyan killer, Bennu'nun ana cisminde sıvı suyun bulunduğunu doğruladı.

OSIRIS-REx'in gövdesi Dünya'ya girmedi; kapsülü bıraktıktan sonra OSIRIS-APEX adıyla yeni göreve yöneldi. Nisan 2029'da, Dünya'ya çok yakın geçişinden birkaç gün sonra 99942 Apophis'e varacak ve yaklaşık on sekiz ay inceleyecek; yüzeyini iticilerle karıştırarak alt katmanları açığa çıkarması planlanıyor. Ayrıntısı Dünya'ya yakın asteroitler ve gezegen savunması: DART sayfasındadır.

Verileri göster

Hayabusa (Itokawa, S tipi)	~1.500 tanecik, Haziran 2010
Hayabusa2 (Ryugu, Cg tipi)	5,4 g, 6 Aralık 2020
OSIRIS-REx (Bennu, B tipi)	121,6 g, 24 Eylül 2023
Ryugu'da bulunan amino asit	20 çeşit
Bennu'da bulunan amino asit	20'nin 14'ü
Bennu'da nükleobaz	dördünün tümü
Ryugu'nun su içeriği	kütlece %6,84

Neden bu kadar önemli

Üç görevin ortak sonucu şudur: yaşamın kimyasal yapıtaşları uzayda kendiliğinden oluşuyor. Amino asitler, nükleobazlar ve vitaminler, hiçbir biyolojik süreç olmadan, su ve organik maddenin bir arada bulunduğu küçük asteroitlerin içinde üretilebiliyor. Bu, Dünya'da yaşamın başlangıcı için gereken hammaddenin bir bölümünün gökten gelmiş olabileceğini güçlendirir. (Yaşamın başlangıcı sorunu bunun çok ötesinde bir konudur; bu bulgular yalnızca hammaddenin varlığını gösterir, yaşamın nasıl ortaya çıktığını açıklamaz.)

İkinci sonuç yapısaldır: küçük asteroitler katı kayalar değil, boşluk oranı yüzde ellilere varan gevşek moloz yığınlarıdır. Bu hem gezegen savunması hem de ileride asteroit madenciliği tartışmaları için belirleyici bir bilgidir.

Üçüncüsü de yöntemseldir. Üç görev de "git, dokun, dön" düzeninin işlediğini gösterdi. Benzer teknikler bugün Mars'tan ve Ay'ın uzak yüzünden örnek getirme planlarının temelini oluşturuyor.

Kısaca

• Üç görev asteroitten örnek getirdi: Hayabusa (Itokawa, Haziran 2010), Hayabusa2 (Ryugu, Aralık 2020) ve OSIRIS-REx (Bennu, Eylül 2023).
• Hayabusa yaklaşık 1.500 tanecik getirdi ve Itokawa ile sıradan kondrit meteoritler arasındaki bağı doğruladı.
• Hayabusa2, 5 Nisan 2019'da bir bakır çarpıcıyla ~10 metrelik yapay krater açtı ve yüzey altı malzemesi de toplayarak toplam 5,4 gram getirdi.
• Ryugu örneklerinde 20 amino asit, urasil ve B3 vitamini bulundu; kütlece yüzde 6,84 su saptandı.
• OSIRIS-REx Bennu'dan 121,6 gram getirdi — bir asteroitten alınmış en büyük örnek; içinde 14 amino asit ve DNA/RNA'nın dört nükleobazının tümü bulundu.
• Bennu'nun yüzeyi beklenenden çok daha zayıf çıktı; araç örnekleme sırasında malzemenin içine gömülmeye başladı.
• Hayabusa2 Temmuz 2031'de 1998 KY26'ya, OSIRIS-APEX Nisan 2029'da Apophis'e varacak.