Mamy technologię do pobierania próbek z obiektu międzygwiazdowego, takiego jak Oumuamua
19 października 2017 roku astronomowie byli zdumieni, gdy dowiedzieli się, że obiekt międzygwiezdny (o nazwie „Oumuamua) przeleciał obok Ziemi w drodze z Układu Słonecznego. Wiele lat później astronomowie wciąż debatują, czym był ten obiekt - fragment komety, wodorowa góra lodowa czy pozaziemski żagiel słoneczny? Co więcej, pojawienie się 2I / Borisov dwa lata później pokazało, jak obiekty międzygwiazdowe (ISO) regularnie wchodzą do naszego Układu Słonecznego (niektóre nawet zostają!)
Nic więc dziwnego, dlaczego istnieją propozycje zaprojektowania misji, które mogłyby spotkać się z międzygwiezdnym obiektem, gdy następnym razem się pojawi. Jedną z takich misji jest Project Lyra, koncepcja zaproponowana przez badaczy z Initiative for Interstellar Studies (i4is). Niedawno międzynarodowy zespół kierowany z I4IS opracował Białą Księgę, która została przesłana do badania Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032.
Artystyczna ilustracja przedstawiająca żagiel świetlny zasilany wiązką radiową (czerwoną) generowaną na powierzchni planety. Źródło: M. Weiss / CfA
Utworzone przez NASA Authorization Acts z 2005 i 2008 roku, National Academies rozpoczęły przeprowadzanie przeglądów dekadalnych w celu przeglądu propozycji misji kosmicznych, obiektów naziemnych, infrastruktury i badań pomocniczych, które pomogą w rozwoju eksploracji kosmosu i planetologii w nadchodzącej dekadzie.
Oczekuje się, że badanie dekadalne w latach 2023–2032 będzie doniosłym wydarzeniem, z propozycjami misji, które pozwolą nam dowiedzieć się znacznie więcej o Wszechświecie, w którym żyjemy. Obecnie szczególnie gorącym tematem są egzoplanety, których badanie eksplodowało w ostatnich latach. Do tej pory zostało potwierdzonych 4201 kandydatur , a na potwierdzenie czeka jeszcze 5481 obiektów .
Jak wskazuje Hein i jego koledzy, wprowadzenie naziemnych i kosmicznych teleskopów nowej generacji w nadchodzących latach zapewni astronomom możliwości bezpośredniego obrazowania egzoplanet i charakteryzowania ich atmosfer, jak nigdy dotąd. Niestety, uzyskanie naprawdę głębokiego wglądu w odległe planety i ustalenie, czy życie rzeczywiście tam kwitnie, wymaga dokładnego ich zbadania.
Wizja artysty dotycząca pierwszej międzygwiezdnej asteroidy / komety „Oumuamua”. Ten wyjątkowy obiekt został odkryty 19 października 2017 roku przez teleskop Pan-STARRS 1 na Hawajach. Źródło: ESO / M. Kornmesser
Niestety wysyłanie misji do innych systemów gwiezdnych jest niezwykle kosztowne i czasochłonne. Jak wyjaśnił Andrea Hein i współpracownicy Universe -Today w e-mailu:
„Obserwacja egzoplanet z Ziemi z pewnością poprawi się w przyszłości i możemy być w stanie stwierdzić, czy istnieją na nich jakieś formy życia. Ale to nie zastąpi pójścia tam i przyjrzenia się im z bliska. Głównym ograniczeniem jest to, że układy egzoplanetarne są niewiarygodnie daleko. Następny układ gwiezdny, system Alpha Centauri, znajduje się 4,3 lat świetlnych od nas… Teraz najdalszy obiekt, jaki ludzkość kiedykolwiek wysłała w przestrzeń kosmiczną. Sonda Voyager jest obecnie oddalona o około 0,06% tej odległości. Aby się tam dostać, potrzebujemy nowej, przełomowej technologii ”.
Jednym z takich pomysłów jest Breakthrough Starshot , propozycja wysłania maleńkiego statku kosmicznego do Alpha Centauri za pomocą żagla świetlnego i potężnego układu laserowego. Prof. Manasvi Lingam - adiunkt w FIT, pracownik naukowy ITC jest współautorem wielu opracowań na ten temat wraz z prof. Abrahamem Loebem (założycielem ITC i Katedrą Breakthrough Starshot Advisory Committee).
Jednak, jak wyjaśnili Lingam, Heir i ich koledzy, tego typu statki kosmiczne zostaną wystrzelone dopiero w latach 2050, zgodnie z najnowszymi szacunkami. Przy czasie podróży wynoszącym około 20 lat oznacza to, że najwcześniejsze dane, które zostaną otrzymane z tych sond, pojawią się dopiero w latach 2070. Biorąc pod uwagę rozmiar sond i ich instrumentów, dane prawdopodobnie będą ograniczone.
Wrażenia artysty dotyczące międzygwiezdnej komety C / 2019 Q4 Borisov. Źródło: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Jednak obecność ISO w naszym Układzie Słonecznym daje możliwość badania planet pozasłonecznych i ich układów bez wyżej wymienionych ograniczeń. W swoim artykule Hein i jego koledzy wykazali poprzez serię analiz, że odwiedzanie tych obiektów za pomocą maleńkich statków kosmicznych podczas przelotu przez Układ Słoneczny jest całkowicie wykonalne.
Ich analizy powtarzają argumenty wysunięte pierwotnie w 2017 r., Wkrótce po tym, jak `` Oumuamua przeszedł przez Układ Słoneczny, a następnie w 2019 r. Wraz z przybyciem 2I / Borisov. W tych badaniach zespół i4is zaproponował zorganizowanie znanej misji, która jest podobna w koncepcji do Starshot (Project Lyra) i wymaga lekkiego statku kosmicznego i żagla świetlnego napędzanego laserami. Jak ilustruje Heir i jego koledzy:
„Podstawową zasadą udania się do ISO jest: jeśli prorok nie może iść do góry, niech góra przyjdzie do proroka. ISO to obiekty, które mogły zostać wyrzucone z układów egzoplanetarnych z różnych powodów i przelatują przez nasz Układ Słoneczny. ISO są jak „manna z głębokiego nieba”. To odpowiednik podróżującego zoo. Możesz obserwować i odwiedzać dużą różnorodność tych obiektów pochodzących z bardzo różnych źródeł bez konieczności udawania się do systemów gwiezdnych ich pochodzenia ”.
W swoim artykule zespół zbadał trzy typy profili misji, które można zamontować przy użyciu dzisiejszej technologii. Obejmowały one przeloty, spotkania i misje powrotne próbek. Jeśli chodzi o przeloty, które byłyby podobne do tego, co sonda New Horizon wykonywała z Plutonem i Arrokothem, sonda nie zwalniałaby i gromadziłaby obrazy i dane, gdy przelatywała obok ISO
Zdjęcie powierzchni Księżyca w bliskiej podczerwieni wykonane przez NASA Moon Mineralogy Mapper podczas misji Chandrayaan-1 Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych. Źródło: ISRO / NASA / JPL-Caltech / Brown Univ./USGS
Jednak uwzględniają również impaktor, małą sondę podrzędną, która rozbija się o ciało, tworząc pióropusz, który może być następnie zebrany i zbadany przez statek kosmiczny. Badanie tych cząstek lub światła powstającego w wyniku uderzenia za pomocą spektrometru ujawniłoby tajemnice dotyczące jego składu. Jest to podobne do tego, co zrobiły NASA i Indie z ich satelitą do obserwacji i wykrywania krateru księżycowego (LCROSS) oraz sondą Chandrayaan-1 .
Następnie istnieje możliwość spotkania bezpośredniego, które według zespołu jest trudniejsze z technicznego punktu widzenia, ale oferuje wiele korzyści naukowych. Powiedzieli:
„Misja rendezvous jest bardziej wyrafinowana, ponieważ wymaga spowolnienia statku kosmicznego, aby wylądować lub okrążyć ISO… Misja rendezvous ma tę zaletę, że statek kosmiczny ma więcej czasu na obserwację obiektu. Może pobierać próbki z jego powierzchni i robić zdjęcia pod różnymi kątami ”.
Wreszcie istnieje możliwość powrotu z próbkami, wykorzystując technologie i wiedzę specjalistyczną z szeregu misji wykonanych w ciągu ostatnich dwóch dekad.
Pomysł artysty na bimodalną rakietę jądrową podróżującą na Księżyc, Marsa i do innych miejsc w Układzie Słonecznym. Źródło: NASA
Hein i jego koledzy wskazali również, że misje w ISO mają tę zaletę, że są możliwe przy użyciu istniejących technologii. Konkretne przykłady obejmują pojazdy nośne, takie jak Falcon Heavy SpaceX, technologia osłony cieplnej wykorzystywana przez Parker Solar Probe NASA oraz standardowe chemiczne paliwa miotające. To tylko wierzchołek góry lodowej, powiedział Lingam, ponieważ istnieje wiele technologii, które nie są obecnie używane, ale które są wykonalne:
„W naszym artykule opisano trzy szerokie klasy technologii. Pierwszym z nich są dobre, stare rakiety chemiczne, ale nadają się one przede wszystkim do przelotów, które mają dostarczyć stosunkowo ograniczonych informacji naukowych. Drugim jest napęd elektryczny wykorzystujący energię słoneczną, który jest wygodniejszy w przypadku misji typu rendezvous, umożliwiających analizy in-situ. Trzeci nie został jeszcze w pełni zrealizowany - jądrowy napęd termiczny - chociaż pozostaje w zasięgu obecnej technologii. Jego prawdziwa atrakcyjność wynika z oczekiwania, że ??może pozwolić misje powrotne na Ziemię ”.
Małe zastrzeżenie jest takie, że astronomom będzie bardzo trudno określić, skąd pochodzi ISO, w wyniku perturbacji na ich trajektoriach. Ogranicza go również fakt, że wszelkie misje, które będziemy organizować, będą ograniczone do obiektów wyrzuconych z ich układu w taki sposób, że prawa fizyki i ośrodek międzygwiazdowy były w stanie zdeponować je w naszym Układzie Słonecznym.
Jednak trudny nie oznacza, że jest niemożliwy, jak wykazali naukowcy zarówno z Oumuamua, jak i 2I / Borisov . Na podstawie tego, co zaobserwowano z obu ISO, naukowcy byli w stanie wiele postulować na temat rodzajów środowisk, w których prawdopodobnie powstały (nawet jeśli nie byli w stanie określić swoich systemów domowych).
Niezależnie od wyzwań i ograniczeń, wysłanie misji w celu ich sprawdzenia (i może przywiezienia próbek) ujawni bogactwo danych o ISO. Jak podsumował Hein i jego koledzy:
„Z astrofizycznego i astrochemicznego punktu widzenia, pozwoliłyby nam zrozumieć różne mechanizmy formowania i wyrzucania tych obiektów, skład chemiczny innych układów planetarnych i ich różnice od naszego, galaktyczną historię formowania się ISO oraz interakcje ISO z ośrodkiem międzygwiazdowym i galaktycznymi promieniami kosmicznymi podczas ich podróży. Rzucą również światło na inwentarz i obfitość cząsteczek prebiotycznych właściwych dla tych obiektów. W wysoce optymistycznym scenariuszu mogą nawet ujawnić ślady wymarłego (lub istniejącego) życia w postaci biosygnatur molekularnych ”.
Hein i jego koledzy nie są osamotnieni w swoich ocenach, dlatego wiele agencji kosmicznych poszukuje koncepcji na tanie i szybkie statki kosmiczne, które mogłyby spotkać się z ISO. Jedną z takich koncepcji jest „Comet Interceptor” ESA, misja „szybkiej klasy”, która może zostać wysłana w kosmos i być gotowa do przechwycenia ISO, gdy wejdzie do naszego systemu.
Na początku tego roku ogłoszono, że program NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) przyznał dofinansowanie w fazie I zespołowi z MIT, który pracuje nad dynamiczną procą orbitalną. Pomysł ten jest pomysłem Richarda Linaresa , adiunkta na Wydziale Aeronautyki i Astronautyki (AeroAstro) na MIT, który zaproponował procę jako sposób na doprowadzenie statku kosmicznego do ISO.
Koncepcja artysty dotycząca orbitalnej procy, która pozwoli statkowi kosmicznemu na spotkanie z ISO. Źródło: Richard Linares, MIT.
Podobne misje można by odbyć na obiekty krążących w naszym Układzie, ponieważ poprzednie badania wykazały, że tysiące ISO mogło zostać przechwycone przez nasz Układ Słoneczny i nadal tu są. Zasugerowano również, że ISO znajdujące się obecnie na naszym kosmicznym podwórku można zidentyfikować i zbadać po uruchomieniu Obserwatorium Vera Rubin - wcześniej znanego jako Large Synoptic Survey Telescope (LSST).
Korzyści z tych badań wykraczają poza poznanie warunków panujących w innych systemach gwiezdnych. Jeśli teorie dotyczące galaktycznej panspermii za pośrednictwem obiektów międzygwiazdowych są prawdziwe, możemy odkryć, w jaki sposób życie (lub składniki niezbędne do jego rozpoczęcia) jest transportowane w całej galaktyce. Jeśli jakieś obiekty, które odkryjemy, okażą się sondami międzygwiazdowymi, misje do ISO ostatecznie rozwiążą odwieczne palące pytanie: „Czy jesteśmy sami we Wszechświecie?„
Patrząc na następną dekadę, jest oczywiste, że możemy dowiedzieć się znacznie więcej o Układzie Słonecznym, egzoplanetach, naszej galaktyce i Wszechświecie jako całości. Dzięki obserwatoriom nowej generacji, zautomatyzowanym statkom kosmicznym i długo oczekiwanemu powrotowi ludzkości na Księżyc nie brakuje możliwości poszerzania wiedzy o kosmosie i naszym miejscu w nim.
Komentarze
Prześlij komentarz