Hela historien om människans existens är en liten bit i vårt solsystems 4,5 miljarder år långa historia. Ingen var i närheten för att se planeter bildas och genomgå dramatiska förändringar innan de slog sig ner i sin nuvarande konfiguration. För att förstå vad som kom före oss – före livet på jorden och innan jorden själv – måste forskare leta efter ledtrådar till det mystiska avlägsna förflutna.

Dessa ledtrådar kommer i form av asteroider, kometer och andra små föremål. Som detektiver sållar igenom rättsmedicinska bevis, forskare undersöker noggrant dessa små kroppar för insikter om vårt ursprung. De berättar om en tid då otaliga meteorer och asteroider regnade ner på planeterna, brann upp i solen, sköt ut utanför Neptunus omloppsbana eller kolliderade med varandra och splittrades i mindre kroppar. Från fjärran, isiga kometer till asteroiden som avslutade dinosauriernas regeringstid, varje rymdsten innehåller ledtrådar till episka händelser som formade solsystemet som vi känner det idag – inklusive livet på jorden.

NASA:s uppdrag att studera dessa "icke-planeter" hjälper oss att förstå hur planeter inklusive jorden bildades, lokalisera faror från inkommande föremål och fundera på framtiden för utforskning. De har spelat nyckelroller i vårt solsystems historia, och spegla hur det fortsätter att förändras idag.

"De kanske inte har jättevulkaner, globala hav eller dammstormar, men små världar kan svara på stora frågor vi har om vårt solsystems ursprung, sa Lori Glaze, tillförordnad direktör för Planetary Science Division vid NASA:s högkvarter i Washington.

NASA har en lång historia av att utforska små kroppar, börjar med Galileos förbiflygning 1991 av asteroiden Gaspra. Den första rymdfarkosten som kretsade runt en asteroid, Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) skomakare, landade också framgångsrikt på asteroiden Eros år 2000 och tog mätningar som ursprungligen inte hade planerats. Deep Impact-uppdraget drev en sond in i Comet Tempel 1 2005 och fick forskare att tänka om var kometer bildades. Nyare ansträngningar har byggt på dessa framgångar och kommer att fortsätta att lära oss mer om vårt solsystem. Här är en översikt över vad vi kan lära oss:

Planeternas byggstenar

Vårt solsystem som vi känner det idag bildades av dammkorn - små partiklar av sten, metall och is — virvlande i en skiva runt vårt spädbarn Sun. Det mesta av materialet från denna skiva föll in i den nyfödda stjärnan, men några bitar undvek det ödet och höll ihop, växer till asteroider, kometer och till och med planeter. Massor av rester från den processen har överlevt till denna dag. Tillväxten av planeter från mindre föremål är en del av vår historia som asteroider och kometer kan hjälpa oss att undersöka.

"Asteroider, kometer och andra små kroppar håller material från solsystemets födelse. Om vi ​​vill veta var vi kommer ifrån, vi måste studera dessa föremål, " sa Glaze.

Två forntida fossiler som ger ledtrådar till denna berättelse är Vesta och Ceres, de största kropparna i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. NASA:s rymdfarkost Dawn, som nyligen avslutade sitt uppdrag, kretsade om båda och visade definitivt att de inte är en del av den vanliga "asteroidklubben". Medan många asteroider är lösa samlingar av spillror, interiören i Vesta och Ceres är skiktad, med det tätaste materialet i sina kärnor. (I vetenskapliga termer, deras inre sägs vara "differentierade." Detta tyder på att båda dessa kroppar var på väg att bli planeter, men deras tillväxt hämmades – de hade aldrig tillräckligt med material för att bli så stora som de stora planeterna.

Men medan Vesta i stort sett är torr, Ceres är blöt. Den kan ha så mycket som 25 procent vatten, mestadels bunden i mineraler eller is, med möjlighet till underjordisk vätska. Förekomsten av ammoniak i Ceres är också intressant, eftersom det vanligtvis kräver kallare temperaturer än Ceres nuvarande plats. Detta indikerar att dvärgplaneten kunde ha bildats bortom Jupiter och migrerat in, eller åtminstone inkorporerade material som härstammar längre från solen. Mysteriet med Ceres ursprung visar hur komplex planetbildning kan vara, och det understryker vårt solsystems komplicerade historia.

Även om vi indirekt kan studera planeternas djupa inre för ledtrådar om deras ursprung, som NASA:s InSight-uppdrag kommer att göra på Mars, det är omöjligt att borra ner i kärnan av något stort föremål i rymden, inklusive jorden. Ändå, ett sällsynt föremål som heter Psyche kan erbjuda möjligheten att utforska en planetliknande kropps kärna utan att behöva gräva. Asteroid Psyche verkar vara den exponerade järn-nickelkärnan i en protoplanet – en liten värld som bildades tidigt i vårt solsystems historia men som aldrig nådde planetstorlek. Som Vesta och Ceres, Psyche såg sin väg till planetskapet störd. NASA:s Psyche-uppdrag, lanseras 2022, kommer att hjälpa till att berätta historien om planetbildningen genom att studera detta metallföremål i detalj.

Längre bort, NASA:s rymdfarkost New Horizons är för närvarande på väg till ett avlägset objekt som heter 2014 MU69, smeknamnet "Ultima Thule" av uppdraget. En miljard miles längre från solen än Pluto, MU69 är bosatt i Kuiperbältet, ett område med isrika föremål bortom Neptunus omloppsbana. Objekt som MU69 kan representera de mest primitiva, eller oförändrad, material som finns kvar i solsystemet. Medan planeterna kretsar i ellipser runt solen, MU69 och många andra Kuiperbältsobjekt har mycket cirkulära banor, vilket tyder på att de inte har flyttat från sina ursprungliga vägar på 4,5 miljarder år. Dessa objekt kan representera byggstenarna i Pluto och andra avlägsna isiga världar som den. New Horizons kommer att närma sig MU69 den 1 januari, 2019— den längsta planetariska förbiflygningen i historien.

"Ultima Thule är otroligt vetenskapligt värdefull för att förstå ursprunget till vårt solsystem och dess planeter, sa Alan Stern, huvudutredare för New Horizons, baserad på Southwest Research Institute i Boulder, Colorado. "Det är gammalt och orördt, och inte som något vi sett tidigare."

Leverans av livets element

Små världar är sannolikt också ansvariga för att så jorden med ingredienserna för liv. Att studera hur mycket vatten de har är bevis för hur de hjälpte till att så liv på jorden.

"Små kroppar är spelförändrarna. De deltar i den långsamma och stadiga utvecklingen av vårt solsystem över tid, och påverka planetariska atmosfärer och möjligheter till liv. Jorden är en del av den historien, " sa NASA:s chefsforskare Jim Green.

Ett exempel på en asteroid som innehåller livets byggstenar är Bennu, målet för NASA:s OSIRIS-REx (Origins, Spektral tolkning, Resursidentifiering, Security-Regolith Explorer) uppdrag. Bennu kan vara laddad med molekyler av kol och vatten, båda är nödvändiga för livet som vi känner det. När jorden bildades, och efteråt, föremål som Bennu regnade ner och levererade dessa material till vår planet. Dessa föremål hade inte hav själva, utan snarare vattenmolekyler bundna i mineraler. Upp till 80 procent av jordens vatten tros ha kommit från små kroppar som Bennu. Genom att studera Bennu, vi kan bättre förstå vilka typer av föremål som tillät en karg ung jord att blomstra med liv.

Bennu har troligen sitt ursprung i det huvudsakliga asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, och det tros ha överlevt en katastrofal kollision som hände för mellan 800 miljoner och 2 miljarder år sedan. Forskare tänker stort, kolrik asteroid splittrats i tusentals bitar, och Bennu är en av resterna. Snarare än ett fast föremål, Bennu tros vara en asteroid av "skräphög" - en lös samling stenar som klistrat ihop genom gravitationen och en annan kraft som forskare kallar "sammanhållning". OSIRIS-REx, som kommer till Bennu i början av december 2018, efter en resa på 1,2 miljarder mil (2 miljarder kilometer), och kommer att ta tillbaka ett prov av detta spännande föremål till jorden i en prov-returkapsel 2023.

Det japanska Hayabusa-2-uppdraget tittar också på en asteroid från samma familj av kroppar som tros ha levererat ingredienser för liv till jorden. För närvarande i omloppsbana vid asteroiden Ryugu, med små hoppande rovers på ytan, uppdraget kommer att samla in prover och returnera dem i en kapsel till jorden för analys i slutet av 2020. Vi kommer att lära oss mycket genom att jämföra Bennu och Ryugu, och förstå likheterna och skillnaderna mellan deras prover.

Spårare av solsystemets evolution

Det mesta av materialet som bildade vårt solsystem, inklusive jorden, levde inte för att berätta historien. Den föll in i solen eller kastades ut utanför räckhållen för våra mest kraftfulla teleskop; endast en liten bråkdel bildade planeterna. Men det finns några överlöpare kvarlevor från de tidiga dagarna när planeterna virvlade med ett osäkert öde runt solen.

En särskilt katastrofal tid för solsystemet var mellan 50 och 500 miljoner år efter att solen bildades. Jupiter och Saturnus, vårt systems mest massiva jättar, omorganiserade objekten runt dem när deras gravitation interagerade med mindre världar som asteroider. Uranus och Neptunus kan ha sitt ursprung närmare solen och sparkats utåt när Jupiter och Saturnus rörde sig. Saturnus, faktiskt, kan ha hindrat Jupiter från att "äta" några av de jordiska planeterna, inklusive jorden, eftersom dess gravitation motverkade Jupiters vidare rörelse mot solen.

Svärmar av asteroider som kallas trojaner kan hjälpa till att reda ut detaljerna i den turbulenta perioden. Trojanerna består av två kluster av små kroppar som delar Jupiters bana runt solen, med en grupp före Jupiter och en efter. Men vissa trojaner verkar vara gjorda av andra material än andra, vilket framgår av deras varierande färger. Vissa är mycket rödare än andra och kan ha sitt ursprung utanför Neptunus omloppsbana, medan de gråare kan ha bildats mycket närmare solen. Den ledande teorin är att när Jupiter flyttade runt för länge sedan, dessa föremål hölls in i Lagrange-punkter – platser där Jupiters och solens gravitation skapar hållområden där asteroider kan fångas. Trojanernas mångfald, forskare säger, återspeglar Jupiters resa till sin nuvarande plats. "De är resterna av vad som hände förra gången Jupiter rörde sig, sa Hal Levison, forskare vid Southwest Research Institute.

NASA:s Lucy-uppdrag, lanseras i oktober 2021, kommer att skicka ett rymdskepp till trojanerna för första gången, grundligt undersöka sex trojaner (tre asteroider i varje svärm). För Levison, uppdragets huvudutredare, rymdfarkosten kommer att testa idéer som han och kollegor har arbetat med i decennier om Jupiters omformning av solsystemet. "Det som verkligen skulle vara intressant är vad vi inte förväntar oss, " han sa.

Processer i ett utvecklande solsystem

Efter solnedgången, under rätt förutsättningar, du kanske märker spritt solljus i ekliptikplanet, det område på himlen där planeterna kretsar. Detta beror på att solljus sprids av damm som blivit över från kollisioner mellan små kroppar som kometer och asteroider. Forskare kallar detta fenomen "zodiacal light, " och det är en indikation på att vårt solsystem fortfarande är aktivt. Zodiakaldamm runt andra stjärnor indikerar att de, för, kan hysa aktiva planetsystem.

Damm från små kroppar har haft en viktig roll i framför allt vår planet. Omkring 100 ton meteoritiskt material och dammmaterial faller på jorden varje dag. En del av det kommer från kometer, vars aktivitet har direkta konsekvenser för jordens evolution. När kometer närmar sig solen och upplever dess värme, gaser inuti kometen bubblar upp och för bort dammigt material från kometen – inklusive ingredienser för livet. NASA:s rymdfarkost Stardust flög förbi Comet 81P/Wild och fann att kometdamm innehåller aminosyror, som är byggstenar i livet.

Enstaka utbrott av gas och damm som observerats i kometer indikerar aktivitet på eller nära deras ytor, såsom jordskred. Europeiska rymdorganisationens Rosetta-uppdrag, som avslutade sin utforskning av kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko 2016, levererade oöverträffade insikter om kometaktivitet. Bland förändringarna i kometen, rymdfarkosten observerade en massiv klippkollaps, en stor spricka blir större och ett stenblock rör sig. "Vi upptäckte att stenblock lika stora som en stor lastbil kunde flyttas över kometens yta en sträcka så lång som en och en halv fotbollsplan, " Ramy El-Maarry, en medlem av det amerikanska vetenskapsteamet Rosetta från University of Colorado, Flyttblock, sa 2017.

Kometer påverkar också planeternas rörelser idag. När Jupiter fortsätter att kasta kometer utåt, den rör sig något inåt på grund av gravitationsdansen med de iskalla kropparna. Neptunus, under tiden, kastar kometer inåt och får i sin tur en liten tryckning utåt. Uranus och Saturnus rör sig också mycket långsamt utåt i denna process.

"Just nu pratar vi om små mängder rörelser eftersom det inte finns mycket massa kvar, " sa Levison.

Kul fakta:Den rymdfarkost som har sett flest kometer är NASA:s Solar &Heliospheric Observatory (SOHO), mest känd för sina studier av solen. SOHO har sett solen "äta" tusentals kometer, vilket betyder att dessa små världar sprutade material i den inre delen av solsystemet på sin resa för att bli solens middag.

Faror för jorden

Asteroider kan fortfarande utgöra en kollisionsrisk för planeterna, inklusive vår egen.

Medan trojanerna har fastnat som Jupiter groupies, Bennu, målet för OSIRIS-REx-uppdraget, är en av de mest potentiellt farliga asteroiderna för jorden som för närvarande är kända, även om dess odds att kollidera med jorden fortfarande är relativt små; forskare uppskattar att Bennu har en av två, 700 chans att påverka vår planet under en av dess närmar sig jorden i slutet av 2100-talet. Just nu, forskare kan förutsäga Bennus väg ganska exakt genom år 2135, när asteroiden kommer att göra en av sina nära passningar av jorden. Nära observationer av OSIRIS-REx kommer att få ett ännu hårdare grepp om Bennus resa, och hjälpa forskare som arbetar med att skydda vår planet mot farliga asteroider för att bättre förstå vad som krävs för att avleda en på en nedslagsbana.

"Vi utvecklar många tekniker för att arbeta med precision kring den här typen av kroppar, och rikta in sig på platser på deras ytor, samt karakterisera deras övergripande fysikaliska och kemiska egenskaper. Du skulle behöva denna information om du ville designa ett asteroidavböjningsuppdrag, sa Dante Lauretta, huvudutredare för OSIRIS-REx-uppdraget, baserad på University of Arizona i Tucson.

Ett annat kommande uppdrag som kommer att testa en teknik för att försvara planeten från naturligt förekommande stötrisker är NASA:s Double Asteroid Redirection Test (DART) uppdrag, som kommer att försöka ändra en liten asteroids rörelse. Hur? Kinetisk påverkan – med andra ord, kolliderar med det, men på ett mer exakt och kontrollerat sätt än vad naturen gör det.

DARTs mål är Didymos, en binär asteroid som består av två objekt som kretsar runt varandra. Den större kroppen är ungefär en halv mil (800 meter) tvärs över, med en liten måne som är mindre än en tiondels mil (150 meter) bred. En asteroid av denna storlek kan resultera i omfattande regionala skador om en skulle påverka jorden. DART kommer medvetet att krascha sig själv i månen för att något ändra det lilla objektets omloppshastighet. Teleskop på jorden kommer sedan att mäta denna hastighetsförändring genom att observera den nya tidsperiod det tar för månen att fullborda en bana runt huvudkroppen, vilket förväntas bli en förändring på mindre än en bråkdel av en procent. Men även den lilla förändringen kan räcka för att få en förutspådd påverkan att missa jorden i något framtida påverkanscenario. Rymdfarkosten, byggs av Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, är planerad att lanseras vår-sommaren 2021.

Didymos och Bennu är bara två av de nästan 19, 000 kända jordnära asteroider. Det finns över 8, 300 kända jordnära asteroider lika stora som Didymos måne och större, men forskare uppskattar att cirka 25, 000 asteroider i det storleksområdet finns i rymden nära jorden. Rymdteleskopet som hjälper forskare att upptäcka och förstå den här typen av föremål, inklusive potentiella faror, kallas NEOWISE (som står för Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

"För de flesta asteroider, vi vet lite om dem förutom deras omloppsbana och hur ljusa de ser ut. Med NEOWISE, vi kan använda värmen som avges från föremålen för att ge oss en bättre bedömning av deras storlekar, " sa Amy Mainzer, huvudutredare för NEOWISE, baserad på NASA:s Jet Propulsion Laboratory. "Det är viktigt eftersom asteroidnedslag kan ge en hel del slag, och mängden energi beror starkt på föremålets storlek."

Små världar som gropstopp, Resources for Future Exploration

There are no gas stations in space yet, but scientists and engineers are already starting to think about how asteroids could one day serve as refueling stations for spacecraft on the way to farther-flung destinations. These small worlds might also help astronauts restock their supplies. Till exempel, Bennu likely has water bound in clay minerals, which could perhaps one day be harvested for hydrating thirsty space travelers.

"In addition to science, the future will indeed be mining, " Green said. "The materials in space will be used in space for further exploration."

How did metals get on asteroids? As they formed, asteroids and other small worlds collected heavy elements forged billions of years ago. Iron and nickel found in asteroids were produced by previous generations of stars and incorporated in the formation of our solar system.

These small bodies also contain heavier metals forged in stellar explosions called supernovae. The violent death of a star, which can lead to the creation of a black hole, spreads elements heavier than hydrogen and helium throughout the universe. These include metals like gold, silver and platinum, as well as oxygen, carbon and other elements we need for survival. Another kind of cataclysm—the collision of supernova remnants called neutron stars—can also create and spread heavy metals. In this way small bodies are also forensic evidence of the explosions or collisions of long-dead stars.

Because of big things, we now have a lot of very small things. And from small things, we get big clues about our past—and possibly resources for our future. Exploring these objects is important, even if they aren't planets.

They are small worlds, trots allt.