Чему может научить ученых миссия по возвращению образцов с вулканического спутника Юпитера Ио о формировании и эволюции планет и спутников (Лун)? Именно этому должно быть посвящено недавнее исследование, представленное на 56-й конференции по лунным и планетарным наукам (LPSC 2025), на которой международная команда из более чем двух десятков ученых обсуждала преимущества и проблемы миссии на Ио с целью сбора образцов вулканических выбросов, которые регулярно выбрасываются с его поверхности.
Здесь Universe Today обсуждает это невероятное исследование с Аану Аделойе, кандидатом наук в области аэрокосмической, авиационной и астронавтической инженерии в Техасском университете в Остине и ведущим автором исследования, о мотивации исследования, важных выводах, следующих шагах по превращению результатов исследования в реальность, и важность возвращения образцов Ио на Землю. Итак, какова была мотивация этого исследования?
"Это исследование было спонсировано Институтом космических исследований имени Кека (KISS) при Калифорнийском технологическом институте в рамках серии семинаров, состоящей из двух частей, под названием "Возвращение образцов со всей Солнечной системы", - рассказывает Аделойе в интервью Universe Today. "Основная цель состояла в том, чтобы оценить как научную обоснованность, так и возможность получения образцов с поверхности, атмосферы или шлейфов различных планетарных тел — от Меркурия до объектов пояса Койпера за орбитой Плутона.
"Благодаря этому семинару мы разработали приоритетный список целей в Солнечной системе для миссий по возврату образцов на ближайшие десятилетия, основанный на ожидаемых научных результатах и технологической готовности. Ио стал одной из ключевых целей в этом списке".
В ходе исследования исследователи обсудили причины, по которым Ио был выбран для их миссии по возврату образцов, жизненно важные вопросы, на которые могли бы ответить возвращенные образцы, о вулканизме, формировании и эволюции Ио, планировании миссии и научном влиянии на планетарное научное сообщество. Исследователи подчеркнули, что миссия по возвращению образца на Ио могла бы стать продолжением предыдущих миссий космических аппаратов к системе Юпитера, включая Galileo, New Horizons (облет по пути к Плутону) и Juno (в настоящее время активен).
Потенциальные вопросы, которые могла бы решить миссия по возвращению образцов, включают геологический и изотопный состав Ио, источник и композицию шлейфа, геологическое сходство с Европой и взаимодействие Ио с мощным магнитным полем Юпитера.
Для разработки проекта миссии исследователи предлагают быстроходный космический аппарат, который мог бы перемещаться по шлейфам, собирая образцы, что подчеркивает важность отсутствия необходимости приземляться на поверхность. По их оценкам, общая продолжительность миссии от запуска до возвращения составит приблизительно 9,4 года, исходя из предлагаемых двигательных технологий.
Наконец, исследователи подчеркнули, что миссия по возвращению образцов может помочь планетологам лучше понять формирование и эволюцию планет, в частности Юпитера и его спутников. Итак, каковы были наиболее важные выводы из исследования?
"Ио выделяется как самое вулканически активное тело в нашей Солнечной системе, обладающее сотнями действующих вулканов, которые выбрасывают столбы газа и пыли, достигающие высоты до 400 км [250 миль] и простирающиеся на ширину до 1500 км [930 миль]", - говорит Аделой.
"Расположенный на границе между внешней и внутренней частями Солнечной системы, Ио занимает уникальное положение, что делает его идеальной мишенью для миссий по возвращению образцов. Анализ образцов с Ио обещает пролить свет на многие нерешенные вопросы о происхождении и эволюции Солнечной системы".
Миссии НАСА, как правило, проходят путь от разработки концепции до получения соответствующих научных данных годами, а иногда и десятилетиями. Как правило, им назначаются конкретные типы миссий в зависимости от бюджета и масштабов миссии, включая "Открытие", "Новые рубежи", "Исследование Солнечной системы" и крупные стратегические миссии (ранее называвшиеся "Флагманскими"). Это также включает в себя то, будет ли миссия облетом, орбитальным аппаратом, спускаемым аппаратом или марсоходом.
Для этой миссии по возвращению образцов на Ио исследователи обозначили ее как облет, поскольку она будет пролетать сквозь шлейфы Ио без остановки и возвращаться на Землю с собранными образцами.
Процесс отбора НАСА для каждой миссии обычно состоит из нескольких этапов, включающих разработку концепции, проектирование, тестирование оборудования в лабораторных или наземных условиях, доработку, дополнительные испытания для конкретных систем, интеграцию всех систем вместе, дополнительные испытания, запуск, полет, прибытие и, наконец, сбор данных. Итак, каковы следующие шаги для того, чтобы миссия по возвращению образцов шлейфа Io стала реальностью?
"В ходе исследования по возвращению образцов Io оценивались как научное обоснование, так и технологические требования, необходимые для такой миссии", - говорит Аделой. "Мы пришли к выводу, что с помощью современных технологий миссия в стиле "Новых рубежей" вполне может совершить облет одного из вулканических шлейфов Ио для сбора газа и пыли, выбрасываемых из его коры. Эта концепция достижима с использованием современных двигателей и систем сбора образцов".
Аделой продолжает: "Кроме того, наша способность разрабатывать сложные модели шлейфов Ио значительно поможет в планировании и выполнении миссии. Хотя для оптимизации анализа и получения возвращаемых образцов необходимы дальнейшие усовершенствования лабораторных методов, мы ожидаем, что со временем эти проблемы будут решены. Следующим шагом будет сбор команды ведущих ученых и инженеров для разработки и представления подробных концепций миссий научному сообществу".
Как уже отмечалось, Ио является самым вулканически активным планетарным телом в Солнечной системе, обладающим сотнями вулканов, которые выбрасывают магму и другие материалы на сотни километров в космос. Эта вулканическая активность является результатом явления, известного как приливный нагрев, которое возникает, когда гравитация гораздо более крупного тела воздействует на меньшее тело, заставляя его растягиваться и сжиматься во время движения по орбите. В случае с Ио сильная гравитация Юпитера оказывает влияние на гораздо меньший спутник, поскольку последний вращается по эллиптической (овальной) орбите, что означает, что Ио находится ближе к Юпитеру в некоторых точках своей орбиты и дальше в других точках.
Вулканическая активность Ио была впервые обнаружена "Вояджером-1", когда он и его родственный космический аппарат "Вояджер-2" совершили облет Юпитера и его спутников в 1979 году. Это был первый случай, когда активный вулканизм наблюдался не только на Земле, но и на другом планетарном теле, что позволило по-новому взглянуть на сложную и уникальную природу Солнечной системы. Итак, в чем важность возвращения образцов Ио на Землю для дальнейшего анализа?
"Ио занимает уникальное положение как в системе Юпитера, так и в Солнечной системе в целом", - говорит Аделой. "Его динамичная, изменчивая атмосфера и активная вулканическая активность постоянно обновляют поверхность, эффективно смягчая последствия космического выветривания, наблюдаемые на более геологически неактивных телах. Следовательно, отличительные свойства Ио позволили сохранить материалы на его поверхности в относительно первозданном виде. Таким образом, сбор образцов с Ио предоставляет беспрецедентную возможность исследовать материалы ранней Солнечной системы так, как это невозможно для образцов с более обветренных тел."
