Auguste Honoré Charlois was pas 25 jaar oud toen hij op dinsdag 9 september 1890 met de telescoop van de sterrenwacht van Nice twee nieuwe planetoïden ontdekte – kleine ‘mini-planeetjes’ die tussen de banen van Mars en Jupiter rond de zon cirkelen. Zwakke lichtstipjes waren het, die maar langzaam van plaats veranderden tussen de sterren. Charlois was inmiddels al een befaamd planetoïdenjager: sinds voorjaar 1887 had hij er niet minder dan elf ontdekt. Met de twee nieuwe exemplaren kwam het totaal aantal bekende planetoïden op 298. Charlois noemde de kleine hemellichamen Caecilia en Baptistina.

De Franse astronoom kon nooit bevroeden dat Baptistina – een rotsblok met een middellijn van pakweg veertig kilometer – ontstaan is bij een kosmische catastrofe die indirect het bestaan van de mens mogelijk had gemaakt. Die opmerkelijke conclusie trekken William Bottke, David Vokrouhlický en David Nesvorný in een spraakmakend artikel dat op 6 september 2007 gepubliceerd werd in Nature. Volgens de drie planeetonderzoekers is Baptistina het grootste overblijfsel van een hevige botsing die 160 miljoen jaar geleden plaatsvond in de planetoïdengordel. Een ander brokstuk van die botsing kwam bijna honderd miljoen jaar later op aarde terecht. Die inslag rekende af met de dinosaurussen, en maakte de weg vrij voor de opkomst van de zoogdieren, waaronder uiteindelijk Homo sapiens.

Kraters op Gaspra

William Bottke van het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado, was helemaal niet op zoek naar de herkomst van het kosmische projectiel dat 65 miljoen jaar geleden, op de overgang van het Krijt en het Tertiair, een einde maakte aan de heerschappij van de dinosaurussen. Hij deed onderzoek aan de foto’s die de Amerikaanse ruimtesonde Galileo in oktober 1991 gemaakt had van de planetoïde Gaspra. Gaspra was de eerste planetoïde die in detail bestudeerd werd (Galileo vloog er op ruim 5000 kilometer afstand langs tijdens zijn reis naar de reuzenplaneet Jupiter), en er was iets raars aan de hand met de kraters op het oppervlak van het langgerekte rotsblok. Gaspra blijkt veel minder grote en veel meer kleine kraters te tellen dan je op statistische gronden zou verwachten. Bottke wilde weten waarom.

Zijn eerste idee was dat Gaspra misschien ooit getroffen was door een kleiner hemellichaam. De brokstukjes die daarbij de ruimte in geworpen werden, konden na verloop van tijd weer op het oppervlak van de planetoïde zijn teruggevallen. Op die manier waren de talrijke kleine inslagkraters misschien ontstaan. Gedetailleerde computersimulaties lieten echter overduidelijk zien dat dit mechanisme niet werkt, aldus Bottke. Inslagpuin kan best weer op Gaspra terugvallen, zo bleek uit de simulaties, maar dat gebeurt dan wel met een heel geringe snelheid. Kraters worden op die manier niet gevormd.

Bottkes Tsjechische collega’s David Vokrouhlický en David Nesvorný, eveneens verbonden aan het Southwest Research Institute, kwamen daarop met een ander idee. Zouden de kleine kraters op Gaspra niet ontstaan kunnen zijn door puin en gruis uit een nabijgelegen planetoïdenfamilie? Per slot van rekening beweegt Gaspra door hetzelfde deel van het zonnestelsel als de leden van de Baptistina-familie, aldus Vokrouhlický en Nesvorný.

Planetoïdenfamilies zijn al sinds begin twintigste eeuw bekend. Het gaat om hemellichamen die in gelijkvormige banen om de zon draaien, met min of meer dezelfde omlooptijd, dezelfde baanexcentriciteit en dezelfde baanhelling. Die gelijkvormige banen kunnen overigens wel een verschillende oriëntatie hebben, en de planetoïden kunnen zich natuurlijk op elk denkbaar punt van hun baan ophouden, dus de leden van zo’n familie kunnen zich best op grote onderlinge afstanden bevinden. Maar de overeenkomst in de baaneigenschappen doet dan toch sterk vermoeden dat ze een gemeenschappelijke oorsprong hebben, en misschien ontstaan zijn als gevolg van een botsing.

De Baptistina-familie is genoemd naar de planetoïde die in 1890 werd ontdekt door Auguste Charlois. Inmiddels zijn er een paar duizend leden van de familie bekend. De meeste zijn hooguit een paar kilometer groot en werden pas in de afgelopen decennia ontdekt; Baptistina zelf is met een middellijn van ca. veertig kilometer verreweg het grootste exemplaar. Als de Baptistina-familie ooit ontstaan is bij een kosmische botsing, zal daarbij ongetwijfeld ook veel gruis en puin zijn gevormd, en op die manier zouden de talrijke kleine inslagkraters op Gaspra ontstaan kunnen zijn.

Resonanties en het YORP-effect

Om de theorie te toetsen, brachten Bottke en zijn collega’s de baaneigenschappen van de leden van de Baptistina-familie in kaart. En daarbij viel al snel iets bijzonders op. Bepaalde combinaties van baaneigenschappen bleken ondervertegenwoordigd te zijn vergeleken met de verwachte statistische verdeling. Het was een beetje alsof je een paar duizend volwassen mannen opmeet, en ontdekt dat er vrijwel niemand bij zit met een lichaamslengte tussen 1,75 en 1,80 meter. Anders gezegd: een deel van de Baptistina-familie leek te ontbreken.

Een potentiële verklaring voor die merkwaardige constatering was al snel gevonden. Sommige planetoïden in de Baptistina-familie bewegen in de buurt van een zogeheten resonantie met de planeten Mars en Jupiter: hun omlooptijd is vrijwel exact gelijk aan 2/7 van de omlooptijd van Jupiter, en 9/5 van de omlooptijd van Mars. Zulke gebieden zijn instabiel, doordat de planetoïden in een baanresonantie periodieke zwaartekrachtsstoringen van Mars en Jupiter ondervinden. Als gevolg daarvan worden ze in veel langgerektere banen gedirigeerd, waarbij ze ook door de binnendelen van het zonnestelsel kunnen bewegen.

Dat niet alle leden van een planetoïdenfamilie precies dezelfde baaneigenschappen hebben, is gemakkelijk te begrijpen. De brokstukken van een botsing worden met iets verschillende snelheden in iets verschillende richtingen weggeslingerd, dus ze komen ook in iets verschillende banen om de zon terecht. Maar ook daarna treden en veranderingen in de baaneigenschappen op, voornamelijk als gevolg van zwaartekrachtsstoringen van de planeten, en onder invloed van het zonlicht. Met name planetoïden die kleiner zijn dan ca. veertig kilometer in middellijn hebben last van het zogeheten YORP-effect (genoemd naar de astronomen Yarkovsky, O’Keefe, Radzievskii en Paddack, die het effect voor het eerst beschreven).

Het YORP-effect beïnvloedt de oriëntatie, de rotatiesnelheid en de baanbeweging van een klein object dat aan één kant door de zon wordt beschenen. Het hemellichaam krijgt daardoor een ongelijkmatige temperatuurverdeling, met als gevolg dat het in de ene richting wat meer infrarode (warmte-)straling uitzendt dan in de andere richting. Op die manier ontstaat een zeer gering ‘raket-effect’, waardoor de beweging van het hemellichaam wordt beïnvloed.