|
Мы сможет изучить следующий межзведный обьект
|
|
|
|
19 октября 2017 года астрономы с помощью Pann-STARRS survey наблюдали межзвездный объект, проходящий через нашу систему — 1I/2017 U1 'Oumuamua. Это был первый случай обнаружения ISO, подтверждающий, что такие объекты регулярно проходят через Солнечную систему, как предсказывали астрономы десятилетиями ранее. Всего два года спустя был обнаружен второй объект, межзвездная комета 2I/Борисов. Учитывая необычную природу Оумуамуа (все еще вызывающую споры) и информацию, которую ISOs может предоставить о далеких звездных системах, астрономы стремятся поближе познакомиться с будущими посетителями. Например, было выдвинуто множество предложений по космическим аппаратам-перехватчикам, которые могли бы догонять будущие ISO'ы, изучать их и даже возвращать образцы (например, Comet Interceptor ЕКА). В новой статье команды из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) Алан Стерн и его коллеги изучили возможные концепции и рекомендовали специально созданную роботизированную миссию по облету ISO под названием Interstellar Object Explorer (IOE). Они также демонстрируют, как эта миссия могла бы быть выполнена при скромном бюджете с использованием современных технологий космических полетов.
|
|
|
|
Исследование было проведено Аланом Стерном, главным исследователем миссии НАСА "Новые горизонты", и его коллегами из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в Боулдере, штат Колорадо. В их число входили главный научный сотрудник Сильвия Протопапа, менеджер Мэтью Фриман, исследователь/директор Джоэл Паркер и системный инженер Марк Тэпли. К ним присоединился научный сотрудник Корнелла Дэррил З. Селигман и Кейден Андерссон, исследователь из базирующейся в Колорадо компании Custom Microwave Inc. (CMI). Их статья была опубликована 5 февраля 2024 года в журнале Planetary and Space Science. С тех пор, как Оумуамуа впервые появился в нашей системе, ученые придавали большое значение ISO'ОВ, которые представляют собой материал, выброшенный из других солнечных систем. Получив образцы и изучив их вблизи, мы могли бы многое узнать о формировании других звезд и планет, фактически не отправляя туда миссии. Мы также могли бы многое узнать о межзвездной среде (ISM) и о том, как органический материал и, возможно, даже строительные блоки для жизни распределяются по всей галактике (ака. Теория панспермии). Как они заявляют в своей статье:
|
|
|
"ISO представляют собой остатки формирования планетных систем вокруг других звезд. Таким образом, их исследование предлагает принципиально новое понимание химических и физических характеристик дисков, из которых они произошли. Кроме того, всесторонний анализ их состава, геологии и активности прольет свет на процессы, стоящие за формированием и эволюцией планетезималей в других солнечных системах. "Близкие столкновения с малыми телами в нашей Солнечной системе значительно расширили наше понимание этих объектов, контекстуализировали наши наземные наблюдения и расширили наши знания о моделях формирования планетезималей. Аналогичным образом, близкий пролет ISO обещает быть столь же преобразующим. Это является логичным следующим шагом в изучении ранней истории как нашей Солнечной системы, так и экзопланетных систем".
|
|
|
|
Более того, популяционные исследования ISO'ов показали, что около семи проходят через нашу Солнечную систему каждый год. Между тем, другие исследования показали, что некоторые из них периодически захватываются и все еще находятся здесь. С вводом в эксплуатацию приборов следующего поколения ученые ожидают значительного увеличения числа открытий ISO в конце 2020-х и 2030-х годах. Это включает в себя строящуюся в настоящее время обсерваторию Веры С. Рубин в Чили, которая, как ожидается, получит свой первый свет в январе 2025 года. Исследователи ожидают, что обсерватория соберет данные о более чем 5 миллионах объектов пояса астероидов, 300 000 троянцах Юпитера, 100 000 околоземных объектах и более чем 40 000 объектах пояса Койпера. Они также подсчитали, что он обнаружит около 15 межзвездных объектов в течение своего первого 10-летнего цикла, известного как Legacy Survey of Space and Time, хотя, по другим оценкам, до 70 ISOS в год. Для своего исследования Стерн и его коллеги предполагают, что любые ISOS на расстоянии, примерно в два раза превышающем расстояние между Землей и Солнцем (2 а.е.), были бы достаточно яркими, чтобы их можно было обнаружить с помощью LSST.
|
|
|
|
Как объясняют Стерн и его коллеги в своей статье, предлагаемый ими IOE преследовал бы две основные научные цели. К ним относится определение "состава ISO, позволяющего получить представление о его происхождении и эволюции". Как уже отмечалось, эти исследования предоставили бы бесценную информацию о начальных условиях принимающей солнечной системы ISO. В этом отношении IOE предоставит информацию, аналогичную той, которую миссия New Horizons раскрыла об объекте пояса Койпера Аррокот или о том, как миссия ЕКА "Розетта" обнаружила строительные блоки жизни в комете 67P/Чурюмова–Герасименко. Во-вторых, IOE определит или ограничит "природу, состав и источники активности ИЗО-комы и определит процессы, ответственные за [наблюдаемую] активность". Как правило, кометная активность возникает в результате сублимации льда по мере приближения объектов к звезде, что высвобождает частицы пыли и тугоплавкие органические молекулы из ядра. Как показали предыдущие наблюдения, активность комет зависит от солнечного нагрева и собственных физических характеристик кометы. Как отметили Стерн и его коллеги в своей статье:
|
|
|
|
"Характеризуя состав и пространственное распределение комы ISO, IOE может непосредственно определить первичные компоненты своей целевой ISO, идентифицировать механизмы, стоящие за активностью комы, и углубить наше понимание состава и процессов, существующих в ее протопланетном диске, где формировались планетезимали, подобные ей… Кроме того, сравнение физических свойств (т.е. химического состава, распределения по размерам, тип смешивания) льда и огнеупоров в коме с теми, что находятся на поверхности, могут дать представление о потенциальных процессах, которые могли изменить поверхности". Исходя из этих научных целей, Стерн и его коллеги перечислили, какие инструменты понадобятся IOE. К ним относятся:
|
|
|
|
- Панхроматический тепловизор видимой длины волны с угловым разрешением класса угловых секунд и высоким динамическим диапазоном
|
|
- Тепловизор видимой длины волны с тремя фильтрами (минимум) и инфракрасный спектрометр, который охватывает диапазон длин волн 1-2,5 мкм (возможно, до 4 мкм) с разрешающей способностью не менее 100
|
|
- Ультрафиолетовый спектрометр, охватывающий диапазон длин волн 700-1970 ангстрем (A) со спектральным разрешением равным или превышающим 20 A
|
|
- Панхроматический тепловизор видимой длины волны и спектрометры для получения изображений в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах
|
|
|
|
Далее следует дизайн самого космического аппарата, который продиктован эфемерной природой ISOS. Как продемонстрировали Оумуамуа и Борисов, скорость ISOS означает, что они, вероятно, останутся необнаруженными до тех пор, пока не приблизятся к внутреннему краю Главного пояса астероидов. Кроме того, их гиперболические траектории означают, что они, вероятно, будут вращаться вокруг нашего Солнца и станут недостижимыми вскоре после их обнаружения. И последнее, есть позиционирование самой миссии перехвата, которое напрямую влияет на способность космического аппарата развернуться и достичь целевой ISO. Для своего исследования Стерн и его команда выбрали место на "орбите хранения" в точке Лагранжа Земля-Луна L1, расположенной между Землей и Луной. Такое расположение имеет ряд преимуществ, в первую очередь то, что расположенному космическому аппарату потребуется создать очень небольшую тягу для достижения скорости убегания — это означает, что большая часть его доступного ускорения (дельта-v) будет направлена на траекторию перехвата. Такая орбита хранения также означает, что для запуска требуется меньше топлива и времени, а также позволяет быстро получить гравитационную поддержку при подлете к Земле.
|
|
|
|
Для своего исследования Стерн и его команда установили предел обнаруживаемости в 2 а.е. и смоделировали ISOS со средней скоростью 32,14 км/с (~20 миль в час) и ближайшим сближением с Солнцем в 10 а.е. или меньше. Другие ограничения, которые были рассмотрены, включали положения Земли и ISO на момент его обнаружения, параметры орбиты ISO, максимальное расстояние, на котором миссия может перехватить ISO (оно же "гелиоцентрический радиус перехвата"), и относительную скорость между космическим аппаратом и ISO. Чтобы эффективно проанализировать эти данные, команда разработала алгоритм для оптимизации траектории перехвата и определения небольшого подмножества ISO, которые реально можно было бы перехватить. Они смоделировали все эти расчеты в течение 10 лет и (используя предыдущие миссии в качестве прецедентов) вывели несколько ключевых параметров.
|
|
|
|
Как они установили, миссия должна была бы обладать ускорением (дельта-v) в 3,0 км/с, установить минимальную высоту полета в 400 км (~250 миль), перехватить ISO в пределах 3 а.е. от Солнца и достичь скорости полета в 100 км/с (62 депутата). Установив эту "сферу обнаруживаемости", они обнаружили, что шансы на успешный перехват значительно возрастают при более высоких скоростях — от 3 до 3,9 км/с (от 1,86 до 2,4 миль в час) — и на расстояниях, близких к 3 а.е. Изучение ISOs - это растущая область астрономических исследований, охватывающая обсерватории следующего поколения (такие как Вера Рубин) и предлагаемые миссии перехвата. В дополнение к IOE, после обнаружения Оумуамуа и 2I/Борисова были предложены аналогичные концепции, включая проект Lyra, предложение Института межзвездных исследований (i4is). Хотя до реализации такой миссии могут пройти годы, детальные исследования, подобные этому, помогут перейти к следующему этапу разработки — разработке и тестированию самих концепций миссии.
|
|
|
|
Источник
|
