Samenvatting
Uit de Hollywood-kaskrakers kennen we ze wel: die angstaanjagende, spectaculaire asteroïde-inslagen. Maar vanuit de ruimte komen er veel meer (en reëlere) dreigingen op ons af. Zonnevlammen bijvoorbeeld, die onze stroomvoorziening plat kunnen leggen. En rondzwevend ruimteafval dat onze satellieten in gevaar brengt. Onze van technologie afhankelijke samenleving wordt bedreigd door allerlei kosmische gebeurtenissen. Gelukkig zijn we als mensheid vindingrijk en ontwikkelen we technologieën waarmee we ons steeds beter tegen de gevaren ‘van boven’ kunnen verdedigen.
- Volgens de Amerikaanse National Academy of Sciences kunnen ernstige weersomstandigheden in de ruimte tot sociaaleconomische verliezen van 1 tot 2 biljoen dollar per jaar leiden.
- Geavanceerde systemen voor ruimteweervoorspellingen geven nu uren van tevoren een waarschuwing voordat zonnestormen de infrastructuur op aarde beïnvloeden.
- AI-gestuurde bewakingsnetwerken volgen meer dan 35.000 objecten die in een baan om de aarde zweven en kunnen botsingsrisico’s heel precies voorspellen.
- De DART-missie van NASA toont aan dat de koers van asteroïden veranderd kan worden met ‘kinetische inslag’.
- Kernwapens kunnen een oplossing zijn tegen grote asteroïden die de aarde bedreigen
Dankzij deze technologieën is de tijd van simpelweg ‘hopen op het beste’ voorbij. We zijn overgestapt op actief risicobeheer, met dezelfde methodische aanpak die we gebruiken voor weersvoorspellingen of het regelen van het luchtverkeer. De bescherming van onze planeet wordt stilletjes boven ons hoofd opgebouwd. Wat ooit voor een gevoel van onmacht zorgde, is nu een technisch vraagstuk waar we steeds slimmere oplossingen voor bedenken.
Kijk jij ’s nachts ook wel eens naar de sterrenhemel terwijl je je afvraagt of we wel alleen zijn in het universum? En als er intelligent leven bestaat buiten onze kleine blauwe planeet, zouden deze kosmische buren dan met vreedzame bedoelingen komen of zouden ze minder vriendelijke plannen hebben voor de mensheid? Terwijl wetenschappers hun zoektocht naar antwoorden over buitenaards leven voortzetten, staat één ding buiten kijf: de ruimte zit vol met gevaren die onze beschaving in gevaar kunnen brengen of de aarde zelfs totaal van de kaart kunnen vegen. Van zonnevlammen die ons stroomnet kunnen lamleggen, brokken ruimtepuin die met verwoestende snelheid op onze planeet afkomen, tot enorme asteroïden die op ramkoers liggen met onze wereld: de kosmos herbergt een arsenaal aan potentiële rampen.
Onderzoekers van over de hele wereld werken hard aan het ontwikkelen van technologieën die ons niet alleen vroegtijdig waarschuwen voor gevaren, maar waarmee we die gevaren ook uit de weg kunnen ruimen voordat ze schade aanrichten. Geavanceerde telescopen bijvoorbeeld, die de hemel afspeuren naar naderende objecten. En experimentele afbuigingssystemen die de baan van asteroïden moeten wijzigen. Hieronder duiken we in een aantal van de meest fascinerende van deze technologieën en hoe ze ons beschermen tegen de gevaren die op de loer liggen in de uitgestrekte duisternis boven ons.
Ruimteweer voorspellen
Zonder de zon zou er geen leven op aarde zijn. Maar toch kan die zon ook behoorlijk wat schade aanrichten.
We staan er meestal niet bij stil als we lekker in het zonnetje zitten: zonder de zon zou er geen leven op aarde mogelijk zijn. De energie van die prachtige vuurbol houdt al het leven in stand doordat ze de motor is achter fotosynthese, weerpatronen en eigenlijk alles dat voor een leefbare planeet zorgt. Maar de kosmische oven waar we ons bestaan aan te danken hebben, zorgt ook voor fenomenen in het ruimteweer die onze van technologie afhankelijke beschaving finaal plat kunnen leggen. Zonnevlammen – explosieve uitbarstingen op het oppervlak van de zon – kunnen elektromagnetische straling en geladen deeltjes vrijmaken die onze satellietnetwerken kunnen verstoren, waardoor alles, van gps-navigatie tot financiële transacties, in de war raakt. Astronauten worden tijdens deze verschijnselen ook blootgesteld aan meer straling, wat de duur van missies kan beperken. De Amerikaanse National Academy of Sciences schat dat ernstige weersomstandigheden in de ruimte tot sociaaleconomische verliezen van 1 tot 2 biljoen dollar per jaar kunnen leiden.
Een nauwkeurige voorspelling van het ruimteweer zou de risico’s flink kunnen verlagen, maar dat is makkelijker gezegd dan gedaan. De ingewikkelde mechanismen achter zonneactiviteit en het gebrek aan uitgebreide observatiegegevens maken het heel lastig om precieze voorspellingen te doen. Vroeger steunden voorspellingen vooral op de kennis en ervaring van experts. Maar wanneer de zon zich onvoorspelbaar gedraagt, werkt deze methode niet. De Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) zocht daarom de samenwerking met techgigant Fujitsu en het Tokai National Higher Education and Research System. Samen ontwikkelden ze een systeem dat volgens de makers het eerste model ter wereld is dat zonnevlammen uiterst precies kan voorspellen.
Het systeem analyseert met behulp van AI de satellietgegevens van JAXA en andere ruimtevaartorganisaties. Deze informatie wordt vervolgens ingevoerd in de supercomputer van Fujitsu, die numerieke simulaties uitvoert. Zo wordt berekend hoe groot de kans is op zonne-explosies en hoe ze zich door de ruimte verplaatsen. “Grote zonnevlammen zijn, net als zware aardbevingen, uiterst zeldzaam,” vertelt Dr. Kanya Kusano, emeritus hoogleraar aan de Universiteit van Nagoya. “Fujitsu Kozuchi XAI spoort snel cruciale parametercombinaties op uit een beperkte hoeveelheid data. Die inzichten combineren we met onze natuurkundige expertise om nieuwe voorspellingen te doen en parameters te ontwikkelen. Deze nieuwe parameters worden vervolgens weer met behulp van AI geëvalueerd, wat een synergetisch effect oplevert.” Het is een kijkje in een toekomst waarin we uren van tevoren worden gewaarschuwd in plaats van enkele minuten.
Ruimteafval volgen
De baan om de aarde zit vol met ruimteafval dat met enorme snelheden door de ruimte raast en een gevaar vormt voor onze satellietnetwerken. Hoe houden we dit in de gaten?
Zonnevlammen zijn natuurlijk maar één van de kosmische gevaren die onze steeds meer verbonden wereld bedreigen. Ruimtepuin vormt een minstens zo groot risico. De hoeveelheid ruimteschroot dat in een baan rond de aarde cirkelt neemt in een alarmerend tempo toe. Dat komt door de groei van de ruimtevaartindustrie. Ruimteafval bestaat voornamelijk uit defecte satellieten, rakettrappen die zijn achtergebleven en talloze fragmenten die het resultaat zijn van desintegratie en botsingen. Deze objecten razen met een gemiddelde snelheid van ongeveer 27.350 kilometer per uur om de aarde, snel genoeg om van zelfs kleine stukken verwoestende projectielen te maken. Het internationale ruimtestation ISS past regelmatig zijn baan aan om potentieel catastrofale botsingen te voorkomen. Actieve satellieten – cruciaal voor de communicatie, navigatie en weersvoorspelling op aarde – worden constant bedreigd door botsingen.
De Amerikaanse startup Privateer heeft een AI-oplossing bedacht om iets aan dit probleem te doen. Ze ontwikkelden het platform Wayfinder, dat data van onder meer het US Space Command en verschillende satellietbedrijven samenvoegt. Zo creëren ze een allesomvattend volgsysteem dat exploitanten van satellieten kan waarschuwen voordat er gevaarlijke botsingen plaatsvinden. Het systeem monitort momenteel meer dan 35.000 objecten die in een baan om de aarde zweven, al heeft dit aantal alleen betrekking op brokstukken die groter zijn dan 10 centimeter.
Objecten onder dit formaat zijn te klein om vanaf de aarde te zien. Privateer schat dat er nu ongeveer 100 miljoen stukjes ruimteafval groter dan 1 millimeter rond onze planeet draaien. “Om al die objecten te kunnen volgen en hun banen voor de komende 24, 48 en 72 uur te kunnen voorspellen, heb je ontzettend veel data en rekenkracht nodig. Dankzij AI kunnen we dit in een fractie van de tijd doen die mensen er vroeger voor nodig hadden,” aldus Declan Lynch van Privateer.
Asteroïdenjager
Inslagen van asteroïden zijn zeldzaam, maar ze komen wel degelijk voor. Wetenschappers willen ervoor zorgen dat we er nooit verrast door worden.
Er zwerven natuurlijk ook zat objecten in onze kosmische achtertuin rond die vele malen groter zijn dan die stukjes van 10 centimeter. De aarde wordt dagelijks bestookt met een spervuur van kleine ruimtestenen, waarvan de meeste als meteoren in onze beschermende atmosfeer verbranden. Af en toe weet een grotere bezoeker door de barrière heen te dringen, en wanneer dat gebeurt, kunnen de gevolgen rampzalig zijn. De asteroïde die in 2013 boven Tsjeljabinsk, Rusland, explodeerde, sloeg in de hele stad ramen aan diggelen en verwondde meer dan 1000 mensen met rondvliegend glas. Het was echter maar een kleine gebeurtenis in vergelijking met de veel grotere inslag van 66 miljoen jaar geleden, die een einde maakte aan het tijdperk van de dinosaurussen en het leven op onze planeet voorgoed veranderde. Tussen deze uitersten bevindt zich een scala aan potentieel gevaarlijke asteroïden die grote regionale of mondiale schade kunnen aanrichten als ze zich een weg naar de aarde banen.
Om zo’n catastrofe te voorkomen, is NASA met de bouw van een nieuwe asteroïdenjager begonnen: de Near-Earth Object (NEO) Surveyor. De lancering ervan staat gepland voor september 2027. De NEO Surveyor is een zes meter lange infraroodtelescoop die nabije objecten die een botsing met de aarde kunnen veroorzaken, moet opsporen en onderzoeken. De telescoop wordt gepositioneerd op ongeveer 1,5 miljoen kilometer van onze planeet, precies tussen de aarde en de zon. Op deze locatie, ook wel het lagrangepunt L1 genoemd, heffen de zwaartekrachten van de zon en de aarde elkaar perfect op. Hierdoor kunnen ruimtevaartuigen in een stabiele baan blijven met een minimaal brandstofverbruik. Vanuit dit punt kan de NEO Surveyor zowel vóór als achter de baan van de aarde scannen. Daarmee kan de telescoop asteroïden opsporen die anders onzichtbaar zouden blijven vanaf onze planeet, vanwege de verblindende gloed van de zon.
Het volgen van asteroïden vanaf de aarde kent grote nadelen, en daar maakt de NEO Surveyor een einde aan. Slecht weer kan het werk van onderzoekers dagen- of zelfs wekenlang stilleggen en vanwege onze atmosfeer is het een enorme uitdaging om kleine objecten te zien die zich in de buurt van de zon bevinden. Tel daarbij op dat veel van onze telescopen het zuidelijk halfrond maar voor een deel bestrijken, en je ziet hoe er gevaarlijke ‘blinde vlekken’ in het verdedigingsnetwerk van onze planeet ontstaan. Dat maakt de NEO Surveyor zo belangrijk: doordat hij in het infraroodspectrum werkt kan hij asteroïden ontdekken die voor andere telescopen onzichtbaar zijn. Amy Mainzer, hoofdonderzoeker van de NEO Surveyor-missie aan de Universiteit van Arizona, legt uit: “Zelfs asteroïden die zo zwart zijn als een stukje steenkool, ontgaan onze infraroodblik niet.” Ze vervolgt: “Dankzij de NEO Surveyor kunnen we potentieel gevaarlijke objecten al opsporen jaren tot decennia voordat ze mogelijk de aarde raken. Het idee erachter is om ons zoveel mogelijk tijd te geven om manieren te bedenken waarmee we deze objecten van koers kunnen laten veranderen.”
“Een nucleair apparaat inzetten is een serieuze en potentieel gevaarlijke beslissing.”
Patrick King, natuurkundige aan de Johns Hopkins Universiteit
Hoe je een asteroïde uit zijn koers brengt
Wat is de beste manier om zo’n gigantische ruimterots uit zijn koers te krijgen?
Het opsporen van een asteroïde die op ramkoers ligt met de aarde is natuurlijk nog maar de eerste stap. We hebben ook betrouwbare methoden nodig om deze objecten te vernietigen of ze weg te duwen voordat ze in botsing met onze planeet komen. De Double Asteroid Redirection Test (DART) van NASA was de allereerste ruimtemissie waarmee de ‘kinetische impactor’-techniek getest werd. Deze methode komt simpelweg neer op het met hoge snelheid rammen van een asteroïde met een ruimtesonde, om zo de baan van de asteroïde te wijzigen. In september 2022 kwam de DART-ruimtesonde in de buurt van de potentieel gevaarlijke Didymos-asteroïde en werd in botsing gebracht met Dimorphos, de kleine maan van de asteroïde. Door de impact veranderde de omlooptijd van Dimorphos met 33 minuten. De succesvolle missie toonde aan dat een gerichte botsing een effectieve methode is om asteroïden uit hun baan te duwen. Deze methode heeft wel zijn beperkingen: hij werkt alleen bij asteroïden die klein genoeg zijn om door de impact van een ruimtesonde te worden beïnvloed.
Daarom kijken veel wetenschappers nu naar een controversiëler alternatief waarmee grote asteroïden die in botsing met de aarde dreigen te komen, kunnen worden vernietigd: kernwapens. Natuurkundigen van de Sandia National Laboratories in Californië hebben onlangs in experimenten aangetoond dat een intense stralingspuls van een kernexplosie delen van een nabije asteroïde kan laten verdampen. Tijdens dit proces worden oppervlaktetemperaturen van tienduizenden graden bereikt, waardoor een snel uitdijende gasbol ontstaat die de asteroïde van zijn oorspronkelijke baan kan duwen. “Het verdampte materiaal schiet aan de ene kant weg, wat de asteroïde in de tegenovergestelde richting duwt,” vertelt Dr. Nathan Moore, die het onderzoek leidt. “Het is alsof je de asteroïde in een raket verandert.” Vanzelfsprekend heeft deze techniek voor de nodige bezorgdheid gewekt binnen de wetenschappelijke gemeenschap. “Een nucleair apparaat inzetten is een serieuze en potentieel gevaarlijke beslissing,” waarschuwt Patrick King, natuurkundige aan de Johns Hopkins Universiteit.
Conclusie
De opkomende technologieën die ons moeten beschermen tegen gevaren uit de ruimte, laten zien hoe onze relatie met het universum verandert. De tijd dat we alleen maar met ontzag of angst naar de sterren staarden, ligt achter ons. We bereiden ons nu voor om ons te kunnen verdedigen tegen datzelfde universum waar we ons bestaan aan te danken hebben. Trouwens, elke doorbraak op het gebied van het voorspellen van ruimteweer, het traceren van ruimteschroot en het afbuigen van de baan van asteroïden, draagt voordelen in zich die verder reiken dan alleen de verdediging tegen objecten uit de ruimte. De AI-systemen die aan het leren zijn om zonnevlammen te voorspellen, kunnen ons meer inzicht gaan geven in chaotische natuurverschijnselen hier op aarde. De rekenkracht die nodig is om miljoenen rondcirkelende brokstukken te volgen, verlegt de grenzen van dataverwerking – en dat komt ten goede aan talloze andere vakgebieden.
De technieken die ons beschermen, openen dus ook andere deuren voor de mensheid. Vandaag bouwen we aan systemen om asteroïden af te weren en ruimteweer te voorspellen. In de toekomst helpen deze innovaties ons misschien om permanente nederzettingen buiten de aarde te vestigen, grondstoffen te winnen, of verre zonnestelsels te verkennen. De tools die we nu ontwikkelen om onszelf veilig te houden, kunnen de basis leggen voor toekomstige expansie. Het universum zal altijd onbevattelijk uitgestrekt en mysterieus blijven. Maar we zijn geen machteloze toeschouwers meer die afwachten welk kosmisch lot ons treft. We schrijven nu zelf mee aan ons overlevingsverhaal, met alsmaar betere technologie en een groeiend geloof in onze veerkracht. We staan op scherp om elke uitdaging het hoofd te bieden.
