W 2021 i 2023 roku NASA uruchomi dwie sondy kosmiczne o nazwach Lucy i Psyche. Lucy odwiedzi asteroidy trojańskie, podczas gdy Psyche poleci do samotnej asteroidy z czystego metalu.
NASA opracowuje obecnie dwie sondy kosmiczne - Lucy i Psyche - których misją jest nauczenie nas, jak powstał Układ Słoneczny, odwiedzając łącznie osiem asteroid krążących wokół Jowisza od 2025 do 2033 roku.
Nazwy sond nie zostały wybrane przypadkowo: „Lucy” to nazwa nadana szczątkom naszego bardzo odległego przodka, który ma 3,2 miliona lat i jest bardzo odpowiednia, wyjaśnia szef projektu „Lucy” Harold Levison:
"Te małe asteroidy są w rzeczywistości pozostałościami po formowaniu się planet, dlatego nazwaliśmy naszą sondę Lucy na cześć jednego z naszych przodków."
Sonda kosmiczna „Psyche” otrzymała inną nazwę - na cześć tej samotnej asteroidy, składającej się niemal wyłącznie z metalu, do której poleci.
Królestwo Jowisza
Jowisz to największa planeta w Układzie Słonecznym o ogromnej grawitacji odpowiadającej jego wielkości. Z pomocą tej mocy Jowisz kontroluje asteroidy w promieniu wielu kilometrów wokół siebie.
Film promocyjny:
Na tej samej orbicie co Jowisz, zaledwie 60 stopni przed i 60 stopni za planetą, znajduje się wiele asteroid przechwyconych przez Jowisza, które zgromadziły się w tak zwanych punktach Lagrange'a L4 i L5 (przeczytaj o punktach Lagrange'a na końcu artykułu).
Zostały one nazwane „Trojan Asteroids” na cześć wojny trojańskiej. Asteroidy w punkcie L4 Lagrange noszą imiona greckich bohaterów, a te w punkcie L5 - imiona bohaterów Troi. W sumie obie grupy zawierają do miliona asteroid, których wielkość przekracza kilometr kwadratowy.
Lucy będzie pierwszą na świecie sondą kosmiczną, która odwiedzi asteroidy trojańskie, a naukowcy mają nadzieję, że ta wizyta rzuci światło na powstawanie Układu Słonecznego. Ponieważ chociaż asteroidy należą do królestwa Jowisza, uderzająco różnią się od otoczenia i od siebie nawzajem. Oznacza to, że najprawdopodobniej powstały w różnych miejscach Układu Słonecznego.
Kiedy Układ Słoneczny był bardzo młody, planety nie miały jeszcze swoich współczesnych orbit, po prostu poruszały się „przypadkowo”. Kiedy przelatywały obok dużych, ciężkich planet, takich jak Jowisz, Saturn, Uran i Neptun, spowodowały całkowity chaos wśród milionów dużych i małych asteroid, które również znajdowały się w Układzie Słonecznym.
Wiele z tych asteroid zostało ogólnie wyrzuconych z Układu Słonecznego, a niektóre z nich zostały przechwycone przez potężnego Jowisza i to one są obecnie nazywane asteroidami trojańskimi.
Historia układu słonecznego
Harold Levison z Projektu Lucy ujął to w ten sposób: „Jedną z uderzających cech asteroid trojańskich jest to, że są bardzo różne. Kiedy patrzymy na nie przez teleskop stąd, z Ziemi, widzimy, że mają bardzo różne kolory i widma. Dlatego uważamy, że powiedzą nam coś o powstaniu i rozwoju Układu Słonecznego. Uważamy, że różnorodność wynika z faktu, że asteroidy powstały w różnych miejscach Układu Słonecznego o różnych właściwościach fizycznych. Ale podczas ewolucji systemu podróżowali wszędzie, aż zakończyli podróż po orbicie wokół Jowisza."
Długa podróż „Lucy”
Wierzcie lub nie, sonda kosmiczna Lucy odwiedzi również greckich bohaterów na poziomie L4, a następnie bohaterów trojańskich na L5. To wielkie osiągnięcie, ponieważ L4 i L5 znajdują się w odległości miliarda kilometrów od siebie, każda grupa po swojej własnej stronie Jowisza.
Sonda kosmiczna zostanie wystrzelona w 2021 r., A w drodze na L4 w kwietniu 2025 r. Przeleci obok małej asteroidy o wielkości zaledwie czterech kilometrów o trafnej nazwie 52246 Donaldjuhansson, którą nazwano na cześć archeologa, który znalazł szczątki hominidy Lucy w Etiopii w 1974 roku. Wygląda na to, że trajektoria lotu nagle bardzo dobrze zbiegła się z nazwą sondy - ale mam pytanie, czy ten sam zespół, który jest zaangażowany w Projekt Lucy, nadał nazwę małej asteroidzie?
Problem w tym, że Lucy przeleci obok asteroid z prędkością ponad 20 000 km na godzinę. Dlatego będzie bardzo mało czasu na zbadanie każdej pojedynczej asteroidy.
Powodem jest to, że nie ma sposobu, aby dać Lucy tyle paliwa, ile sonda musiałaby zwolnić i przelecieć obok. Sonda kosmiczna waży 1435 kg, z czego większość stanowią instrumenty, nadajniki radiowe i panele słoneczne.
W 2027 roku Lucy osiągnie poziom L4, gdzie w przyszłym roku będzie krążył wokół czterech bardzo różnych asteroid. Sonda kosmiczna opuści wówczas L4 i będzie kontynuować jazdę po potężnej krzywej przez układ słoneczny od punktu L4 do punktu L5. Nic dziwnego, że ta podróż potrwa około pięciu lat, aw marcu 2033 r. Sonda znajdzie się na dwóch planetoidach o powierzchni 100 kilometrów kwadratowych, krążących wokół siebie.
Takie podwójne asteroidy są rzadko spotykane w wewnętrznym Układzie Słonecznym, z reguły znajdują się w pasie Kuipera, poza orbitą Neptuna - więc tutaj Lucy może mieć okazję spojrzeć na asteroidy, do których w innym przypadku bylibyśmy bardzo daleko otrzymać.
Psyche - asteroida wykonana z metalu
Podróż do asteroidy Psyche ma inny cel. To kosmiczne ciało o powierzchni dobrych 250 kilometrów kwadratowych znajduje się w pasie asteroid między Marsem a Jowiszem, obraca się po lekko wydłużonej orbicie w odległości od 2,5 do 3,3 jednostek astronomicznych (AU) od Słońca, które asteroida krąży w ciągu pięciu lat …
Brzmi niesamowicie, ale Psyche jest jedyną znaną asteroidą, która jest podobno wykonana z czystego metalu. Istnieje wersja, w której Psyche rozpoczęła swoje istnienie jako jądro małej planety, która miała co najmniej 500 km średnicy i być może prawie tak dużą jak Mars.
Kiedy Układ Słoneczny był jeszcze „dzieckiem”, zdarzało się wiele planet i asteroid i istnieje teoria, że planeta, której częścią była Psyche, po jednym lub kilku dużych zderzeniach straciła skalistą skorupę, tak że pozostał tylko rdzeń.
Jedynym problemem związanym z tą niezwykłą teorią jest to, że pozostałości powłoki powinny być zachowane na prawie tej samej orbicie co sama Psyche, przypominając zwykłe asteroidy skalne. Ale nic takiego nie zostało znalezione.
Woda powierzchniowa i rdzeń ze stopionego metalu
W każdym razie Psyche to dla nas niepowtarzalna okazja, aby zobaczyć, jak wygląda metalowy rdzeń planety. Wiemy, że Ziemia ma rdzeń z ciekłego metalu, który wytwarza pole magnetyczne, ale nie ma sposobu, aby do niego zejść. Ale możemy wysłać sondę kosmiczną w podróż o długości 300 milionów kilometrów.
Sonda kosmiczna Psyche zostanie wystrzelona w 2023 roku i osiągnie swój cel za pięć lat. Sonda będzie prowadzona przez napęd jonowy, który da jej możliwość wejścia na orbitę wokół asteroidy Psyche i zbadania jej od 2028 do 2030 roku.
Będzie to wyjątkowe przeżycie, ponieważ nigdy wcześniej nie widzieliśmy planety z czystego metalu. Jak wygląda krater uderzeniowy? Czy krople stopionego metalu, rozproszone przy uderzeniu, zdążą ponownie zestalić się, zanim opadną?
Zaskakujące było znalezienie śladów wody na powierzchni, ale może to być spowodowane zderzeniami z małymi asteroidami zawierającymi lód.
Ale najważniejsze pytanie dotyczy oczywiście magnetyzmu. Obecnie przyjmuje się, że pole magnetyczne jest wytwarzane przez obracanie się metalowych rdzeni wewnątrz planet na tyle dużych, że przynajmniej część metalu rdzenia została stopiona.
Psyche z dużym prawdopodobieństwem pozostała z raczej małej planety, która prawdopodobnie nie miała wystarczających rozmiarów dla płynnego jądra. Dlatego bardzo interesujące jest dowiedzieć się, czy nadal ma ślady pola magnetycznego z czasów, gdy była jeszcze centrum planety, czy też, jak to ujęła ekspert w tej dziedzinie Lindy Elkins-Tanton: „Czy Psyche okaże się małym magnesem na lodówkę w środku przestrzeni?”
Punkty Lagrange'a
Jak wszystkie planety w Układzie Słonecznym, Jowisz ma pięć tak zwanych punktów Lagrange'a. Są to miejsca, w których małe ciało będzie podążać za planetą w taki sposób, że z planety będzie wydawać się nieruchome.
Asteroidy, które odwiedzi Lucy, znajdują się w punktach L4 i L5, 60 stopni przed i 60 stopni za Jowiszem, ale na tej samej orbicie co planeta.
Porusza się z tą samą prędkością co planeta
Powszechnym błędem jest przekonanie, że siły działające na małe ciało równoważą się w punktach Lagrange'a.
To nie jest prawda. W każdym z pięciu punktów na małe ciało działa siła grawitacji zarówno od strony planety (tutaj - Jowisz), jak i od strony Słońca.
Te pięć punktów różni się tym, że suma tych sił w nich jest taka, że małe ciało zaczyna obracać się wokół Słońca z taką samą prędkością jak planeta i dlatego podąża za nim.
Działa to jednak tylko wtedy, gdy ciało jest tak małe, że można zaniedbać jego własną siłę grawitacji - a warunek ten doskonale spełniają asteroidy.
Punkty stabilne L4 i L5
L1, L2 i L3 to punkty niestabilne, małe ciało może szybko z nich odskoczyć. Jednak jest całkiem możliwe, aby wrócić do nich ponownie, jeśli zużyjesz trochę paliwa.
L4 i L5 są stabilne, co oznacza, że jeśli małe ciało nie trafi całkiem dokładnie w jeden z dwóch punktów, może krążyć wokół tego punktu.
Dlatego L4 i L5 w układzie Słońce-Jowisz są tak duże, że mogą pomieścić ponad milion asteroid. Asteroidy nie znajdują się w samych punktach, ale na orbitach wokół nich.