_ Când un obiect precum „Oumuamua vine din nou, am putea fi pregătiți cu un explorator de obiecte interstelare

Pe 19 octombrie 2017, astronomii cu sondajul Pann-STARRS au observat un obiect interstelar care trecea prin sistemul nostru—1I/2017 U1 — Oumuamua. Aceasta a fost prima dată când a fost detectat un ISO, confirmând că astfel de obiecte trec prin sistemul solar în mod regulat, așa cum au prezis astronomii cu decenii înainte. Doar doi ani mai târziu, a fost detectat un al doilea obiect, cometa interstelară 2I/Borisov. Având în vedere natura neobișnuită a lui 'Oumuamua (încă o sursă de controversă) și informațiile pe care ISO-urile le-ar putea dezvălui despre sistemele stelare îndepărtate, astronomii sunt dornici să privească mai îndeaproape viitorii vizitatori.

De exemplu, au fost făcute mai multe propuneri. pentru nave spațiale interceptoare care ar putea ajunge din urmă cu viitoarele ISO-uri, să le studieze și chiar să efectueze o returnare a eșantionului (cum ar fi Interceptorul de comete al ESA). Într-o nouă lucrare a unei echipe de la Institutul de Cercetare de Sud-Vest (SwRI), Alan Stern și colegii săi au studiat concepte posibile și au recomandat o misiune de zbor robotizată ISO construită special, numită Exploratorul de obiecte interstelare (IOE). Ei demonstrează, de asemenea, modul în care această misiune ar putea fi efectuată cu un buget modest cu tehnologia actuală de zbor spațial.

Studiul a fost realizat de Alan Stern, cercetătorul principal pentru misiunile NASA New Horizons, și colegii săi de la Institutul de Cercetare Sud-Vest. (SwRI) în Boulder, Colorado. Acestea au inclus cercetătorul principal Silvia Protopapa, managerul Matthew Freeman, cercetătorul/directorul Joel Parker și inginerul de sisteme Mark Tapley. Lor li s-au alăturat Cornell Research Associate Darryl Z. Seligman și Caden Andersson, un cercetător la compania Custom Microwave Inc. (CMI) din Colorado. Lucrarea lor a fost publicată pe 5 februarie 2024, în revista Planetary and Space Science.

De când „Oumuamua a lansat pentru prima dată sistemul nostru, oamenii de știință au atribuit o valoare ridicată ISO-urilor, care reprezintă materialul ejectat din alte sisteme solare. . Obținând mostre și studiindu-le de aproape, am putea afla multe despre formarea altor stele și planete fără a trimite efectiv misiuni acolo. De asemenea, am putea învăța multe despre mediul interstelar (ISM) și despre modul în care materialul organic, și poate chiar elementele de bază ale vieții, sunt distribuite în întreaga galaxie (alias Teoria Panspermiei). După cum afirmă ei în lucrarea lor:

„ISO reprezintă resturile de la formarea sistemelor planetare în jurul altor stele. Ca atare, studiul lor oferă noi perspective critice asupra caracteristicilor chimice și fizice ale discurilor de pe care au În plus, o analiză cuprinzătoare a compoziției, geologiei și activității lor va arunca lumină asupra proceselor din spatele formării și evoluției planetezimale în alte sisteme solare.

„Întâlniri apropiate cu corpuri mici din sistemul nostru solar. ne-au îmbunătățit considerabil înțelegerea acestor obiecte, ne-au contextualizat observațiile de la sol și ne-au avansat cunoștințele despre modelele de formare planetezimală. În mod similar, un zbor apropiat al unui ISO promite să fie la fel de transformator. Este următorul pas logic în explorarea istoriei timpurii atât a sistemului nostru solar, cât și a sistemelor exoplanetare.”

În plus, studiile populației ISO au indicat că aproximativ șapte trec prin sistemul nostru solar în fiecare an. Între timp, alte cercetări au arătat că unele sunt capturate periodic și sunt încă aici. Odată cu instrumentele de generație următoare care devin operaționale, oamenii de știință anticipează că va exista o creștere semnificativă a ratei descoperirilor ISO la sfârșitul anilor 2020 și 2030. Aceasta include Vera C . Observatorul Rubin aflat în prezent în construcție în Chile, care se așteaptă să-și adună prima lumină în ianuarie 2025.

Cercetătorii anticipează că observatorul va aduna date despre peste 5 milioane de obiecte din Centura de asteroizi, 300.000 de troieni Jupiter, 100.000 de obiecte din apropierea Pământului și peste 40.000 de obiecte din Centura Kuiper. Ei estimează, de asemenea, că va detecta aproximativ 15 obiecte interstelare în primul său ciclu de 10 ani, cunoscut sub numele de Legacy Survey of Space and Time - deși alte estimări spun că până la 70 de ISO-uri pe an. Pentru studiul lor, Stern și colegii săi presupun că orice ISO pe o distanță de aproximativ două ori mai mare decât distanța dintre Pământ și Soare (2 UA) ar fi suficient de strălucitoare pentru a fi detectabile de către LSST.

Așa cum Stern și Colegii săi explică în lucrarea lor că IOE propusă ar avea două obiective științifice principale. Acestea includ determinarea „compoziției ISO pentru a oferi informații despre originea și evoluția acestuia”. După cum sa menționat, aceste studii ar oferi informații neprețuite despre condițiile inițiale ale sistemului solar gazdă al ISO. În acest sens, IOE ar furniza informații similare cu ceea ce a dezvăluit misiunea New Horizons despre obiectul Arrokoth din centura Kuiper sau despre modul în care misiunea Rosetta a ESA a detectat elementele de bază ale vieții în cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko.

În al doilea rând, IOE ar determina sau constrânge „natura, compoziția și sursele activității de comă ISO și va determina procesele responsabile pentru [activitatea] observată”. De obicei, activitatea de comă rezultă din sublimarea gheții pe măsură ce obiectele se apropie de o stea, care eliberează boabe de praf și molecule organice refractare din nucleu. După cum au arătat observațiile anterioare, activitatea cometelor depinde de încălzirea solară și de caracteristicile fizice proprii ale cometei. După cum au exprimat Stern și colegii în lucrarea lor:

„Prin caracterizarea compoziției și distribuției spațiale a comei unui ISO, IOE poate determina direct componentele primare ale ISO țintă, poate identifica mecanismele din spatele activității comei și poate aprofunda cunoștințele noastre despre compoziția și procesele existente în discul său de formare protoplanetară, unde se formau planetezimale ca acesta... În plus, comparând proprietățile fizice (adică, compoziția chimică, distribuția mărimii, tipul de amestecare) ale gheții și materialelor refractare în comă cu acelea. la suprafață poate oferi perspective asupra proceselor potențiale care ar fi putut modifica suprafețele.”

Pe baza acestor obiective științifice, Stern și colegii săi au enumerat ce instrumente ar avea nevoie IOE. Acestea includ:

Următorul este designul navei spațiale în sine, care este dictat de natura efemeră a ISO. După cum au demonstrat „Oumuamua și Borisov, viteza ISO înseamnă că este probabil ca acestea să rămână nedetectate până când sunt aproape de marginea interioară a centurii principale de asteroizi. În plus, traiectoriile lor hiperbolice înseamnă că este posibil să se învârtească în jurul soarelui nostru și să devină inaccesibili la scurt timp după ce sunt detectați. În sfârșit, este poziționarea misiunii de interceptare în sine, care afectează direct capacitatea navei spațiale de a se desfășura și de a atinge ISO țintă.

Pentru studiul lor, Stern și echipa sa au selectat o locație de „orbita de stocare” pe Pământ. -lună L1 Lagrange Point, situat între Pământ și lună. Această locație are mai multe avantaje, în special modul în care o navă spațială poziționată va trebui să genereze o tracțiune foarte mică pentru a atinge viteza de evacuare - ceea ce înseamnă că cea mai mare parte a accelerației sale disponibile (delta-v) va fi direcționată către traiectoria sa de interceptare. Această orbită de stocare înseamnă, de asemenea, mai puțin propulsor și este nevoie de mai puțin timp pentru a începe, și permite o asistență gravitațională rapidă dintr-un zbor în apropierea Pământului.

Pentru studiul lor, Stern și echipa sa au stabilit o limită de detectabilitate de 2 UA și au simulat ISO-uri cu o viteză medie de 32,14 km/s (~20 mps) și o apropiere solară cea mai apropiată de 10 UA sau mai puțin. Alte constrângeri care au fost luate în considerare au inclus pozițiile Pământului și ale ISO la momentul detectării acestuia, parametrii de orbită ai ISO, distanța maximă pe care o misiune ar putea intercepta un ISO (alias „raza heliocentrică de interceptare”) și viteza relativă. între navă spațială și ISO. Pentru a analiza eficient aceste date, echipa a generat un algoritm pentru a optimiza traiectoria de interceptare și a stabili un mic subset de ISO care ar putea fi fezabil interceptat.

Au simulat toate aceste calcule pe o perioadă de 10 ani și ( folosind misiunile anterioare ca precedente) a derivat mai mulți parametri cheie. După cum au stabilit, misiunea ar trebui să fie capabilă de o accelerație (delta-v) de 3,0 km/s, să stabilească o altitudine minimă de zbor de 400 km (~250 mi), să intercepteze ISO în termen de 3 UA de soare și atinge o viteză de zbor de 100 km/s (62 mps). Odată stabilită această „sferă de detectare”, ei au descoperit că șansele unei interceptări reușite au crescut considerabil la viteze mai mari — 3 până la 3,9 km/s (1,86 până la 2,4 mps) — și la distanțe mai apropiate de 3 UA.

Studiul ISO-urilor este un domeniu în plină dezvoltare de cercetare astronomică, care cuprinde observatoare de generație următoare (cum ar fi Vera Rubin) și misiuni de interceptare propuse. În plus față de IOE, concepte similare au fost propuse de la detectarea lui 'Oumuamua și 2I/Borisov - inclusiv Proiectul Lyra, o propunere făcută de Institutul pentru Studii Interstelare (i4is). Deși o astfel de misiune poate fi la câțiva ani de la realizare, studii detaliate precum aceasta vor ajuta la informarea următoarei etape de dezvoltare - proiectarea și testarea conceptelor misiunii în sine.

Stern și colegii săi recunosc că este nevoie de mai multe cercetări. înainte ca acest lucru să se întâmple, dar subliniați că munca lor este un prim pas important. „Va fi nevoie de lucrări mai detaliate în continuare pentru a pregăti mai bine conceptul misiunii care urmează să fie propus unei viitoare oportunitati de misiune NASA”, scriu ei, „dar acest raport oferă obiectivele de bază ale misiunii, cerințele cheie și atributele ca punct de plecare.”

(Fluierul)