De enige plek waar tot dusver geen zichtbare banen met brokstukken zijn aangetroffen, is tussen Mercurius en de zon. Theoretisch zouden die er wel moeten zijn. Ze hebben al een naam gekregen: vulcanoïden. De vulcanoïden zijn, als ze überhaupt bestaan, moeilijk te detecteren. Maar deze potentiële brokstukkenverzameling zou wel waardevolle informatie kunnen verschaffen over het binnenste deel van ons zonnestelsel.

Vulcanus

De vulcanoïden zijn een nog niet ontdekte (hypothetische) groep kleine asteroïden die mogelijk bestaan in een baan zeer dicht tussen de zon en de baan van Mercurius. De naam van een mogelijke vulcanoïdengordel is afkomstig van de eveneens hypothetische planeet Vulcanus. Het vermoeden bestond vroeger dat deze planeet zich in een baan tussen Mercurius en de zon schuilhield.

De gedachte aan het bestaan van Vulcanus werd gewekt door een kleine afwijking van de baan in Mercurius, die niet volledig kon worden verklaard door de zwaartekracht van de bekende planeten. Het perihelium (het punt in de omloopbaan dat het dichtst bij de zon ligt) van Mercurius verschoof langzamerhand.

Er is fanatiek naar planeet Vulcanus gezocht

Het was de Franse astronoom Urbain Le Verrier, beroemd om zijn rol in de ontdekking van Neptunus, die in 1859 het idee opperde dat een onbekende planeet, genaamd Vulcanus, zich tussen Mercurius en de zon zou bevinden. Volgens Le Verrier zou deze planeet voldoende zwaartekracht bezitten om de afwijkingen in Mercurius’ baan te verklaren.

De veronderstelde planeet kreeg zijn naam vanwege de associatie met de Romeinse god Vulcanus, de god van het vuur, smeden en vulkanen; hij zou immers heel dicht bij de zon moeten staan. De geschatte diameter bedroeg 1000 tot 2000 kilometer. Daarmee zou de onbekende planeet aanzienlijk kleiner zijn dan Mercurius met zijn doorsnede van bijna 5000 kilometer.

Zonsverduistering

Er is fanatiek naar Vulcanus gezocht. Na de bekendmaking van Le Verriers hypothetische planeet claimden meerdere astronomen en amateurs deze te hebben waargenomen. Geen van de waarnemingen kon officieel worden bevestigd. Door de nabijheid van de zon is een eventuele planeet moeilijk te detecteren. Waarnemers hadden alleen kans hem te zien tijdens zonsverduisteringen, vlak voor zonsondergang en -opkomst, of bij uitzonderlijk instrumentele condities.

In 1915 bood Albert Einstein een alternatieve verklaring voor de afwijking van de baan van Mercurius met zijn algemene relativiteitstheorie. Hij toonde aan dat de zwaartekrachtseffecten van de zon veroorzaakt door de kromming van de ruimtetijd verantwoordelijk waren voor de waargenomen periheliumverschuivingen. Hiermee werd de hypothese van Vulcanus overbodig.

Hoewel de planeet dus niet bestaat, is het mogelijk dat er kleine asteroïden in een baan dicht om de zon draaien. Verschillende zoekcampagnes zijn ondernomen met telescopen en ruimtesondes, waaronder met de SOHO-sonde (Solar and Heliospheric Observatory) en de Messengermissie naar Mercurius.

Tot nu toe hebben deze missies geen overtuigend bewijs van het bestaan van deze asteroïden gevonden. Geavanceerde technieken zoals infraroodobservaties vanuit de ruimte worden beschouwd als een mogelijke manier om ze in de toekomst wel te detecteren.

Stabiele baan

In theorie kunnen de vulcanoïden in een stabiele baan tussen Mercurius en de zon draaien. Dat is het gebied tussen 0,07 en 0,21 astronomische eenheden vanaf de zon gerekend. Omgerekend is dat tussen grofweg de 10 en 30 miljoen kilometer. Ter vergelijking: Mercurius staat op een gemiddelde afstand van 58 miljoen kilometer van de zon.

De prominente Amerikaanse planetair wetenschapper Alan Stern deed berekeningen aan vulcanoïden. „Eerdere studies tonen aan dat hoe verder van de zon verwijderd, des te instabieler de banen worden. Dat heeft te maken met de fluctuaties in de baan van Mercurius. Dichter bij de zon, dus dichterbij dan 0,07 astronomische eenheden, zullen vulcanoïden simpelweg verdampen. Niet zozeer omdat ze dan de corona (atmosfeer van de zon) zouden aanraken. Maar op kortere afstanden dan 0,07 astronomische eenheden is de intensiteit van het zonlicht veel te groot.”

Eventueel aanwezige vulcanoïden kunnen ook niet groot zijn, vermoedt Stern. „Anders hadden we ze allang ontdekt. Ik schat enkele kilometers tot maximaal 10 kilometer in doorsnede. En het kunnen er niet al te veel zijn, anders zouden ze onderling botsen en elkaar vernietigen. De totale hoeveelheid massa asteroïden is te weinig om er een planeet of iets substantieels van te maken.”

Kraters

Dat er vroeger mogelijk wel vulcanoïden hebben bestaan, bewijst Mercurius zelf, vervolgt Stern. „De planeet is bezaaid met kraters. Vele daarvan zijn wellicht het gevolg van vulcanoïden. Deze zijn gedurende de geschiedenis ingeslagen of het zonnestelsel uitgeslingerd. Mogelijk zijn er nog kleine brokstukken van aanwezig. Alleen weten we niet hoe groot het restant is. Om dat te weten te komen, zullen we erheen moeten gaan.”

Stern gelooft dat het zonnestelsel is ontstaan door het samentrekken van een protoplanetaire stofschijf rond een ontbrandende ster, de zon. Dan zouden deze vulcanoïden overblijfselen zijn van de geboorte van het zonnestelsel. Hij acht het ook mogelijk dat „er objecten elders uit het zonnestelsel in een eventuele vulcanoïdengordel zijn ingevangen”. Maar dat lijkt hem erg onwaarschijnlijk. „Daarvoor zullen we ze eerst moeten vinden. Daarna kunnen we de eigenschappen van hun oppervlakken bestuderen. Om vervolgens iets te kunnen zeggen over objecten van elders die zich tussen de vulcanoïden bevinden, en of deze zich in meerdere groepen schuilhouden.”

De aanwezigheid van een eventuele verzameling brokstukken is voor de wetenschap bijzonder interessant. Stern: „De mogelijke vulcanoïdengordel bevindt zich dan in een stabiele baan om de zon. Deze is waarschijnlijk niet met andere objecten vervuild. Daardoor kunnen deze bijzondere asteroïden uiterst waardevolle informatie over het binnenste van het zonnestelsel bevatten.”

Pluto

Een eventuele vulcanoïdengordel is niet de enige gordel met objecten. De twee bekendste zijn de asteroïdengordel tussen Mars en Jupiter, en de Kuipergordel voorbij de baan van de laatste planeet Neptunus; daarin bevindt zich ook dwergplaneet Pluto.

In de buitenste regionen zou zich op zeer grote afstand rondom het zonnestelsel een hypothetische bolvormige wolk met miljarden brokstukken bevinden. Dit is de zogeheten Oortwolk.

Veel dichter bij huis in banen tussen Mars en de aarde en tussen de aarde en Venus zweven ook brokken steen rond. Stern: „Denk aan de NEO’s. Sommige daarvan bevinden zich volledig binnen de aardbaan of kruisen die zelfs.”

Verder naar buiten zwermen de Joviaanse Trojanen en de Centauren (ijsachtige objecten) in banen om de gasreuzen. Stern: „Maar denk ook aan de kortperiodieke en langperiodieke kometen die naar verwachting afkomstig zijn uit de Kuipergordel en de Oortwolk die het zonnestelsel bezoeken.”

De planetair wetenschapper stelt dat met name de NEO’s een relatief kortdurende levensduur hebben met banen die niet voor langere tijd stabiel kunnen blijven. „Het feit dat we deze objecten in grote hoeveelheden waarnemen kan betekenen dat er een bron is die ze aanvult”, meent Stern. (Ook staat de mogelijkheid voluit open dat het zonnestelsel helemaal niet zo oud is als de gedachte van 4,5 miljard jaar. En dat dit niet is ontstaan door het samentrekken van een protoplanetaire schijf, maar door een goddelijke schepping, zo’n 6000 jaar geleden, red.)

Bijzonder lastig

De detectie van vulcanoïden is bijzonder lastig. „Omdat ze dicht bij de zon staan, gaan ze verloren in de schittering van de zon”, weet de planetair wetenschapper uit ervaring. Er zijn meerdere fotografische onderzoeken uitgevoerd waarbij hij betrokken is geweest. Deze zijn gedaan vanuit de spaceshuttle en vanuit vliegtuigen op grote hoogte, om de verstoring van het zonlicht te minimaliseren. Stern: „Vanuit de ruimte en op grote hoogte is de hemel zwart. Maar tot dusver hebben we niks gevonden.”

Een andere mogelijkheid om de asteroïden op te sporen is met behulp van infraroodtechniek. „Omdat vulcanoïden vanwege hun kleine afstand tot de zon zo heet zijn, moeten ze door de geabsorbeerde hitte infraroodlicht uitstralen”, legt Stern uit.

Of de fel bejaagde asteroïden ooit worden gevonden, is de grote vraag. Maar de prominente astronoom is er heilig van overtuigd dat ze wel bestaan. „Want op elke andere locatie in het zonnestelsel, of het nou gaat om stabiele of onstabiele banen, zijn objecten aangetroffen. Dus we geloven ook dat er vulcanoïden moeten zijn, maar het is heel uitdagend om ze te vinden gezien de problemen met onze observaties.”