Έχουμε την τεχνολογία για να ανακτήσουμε ένα δείγμα από ένα διαστρικό αντικείμενο όπως το Oumuamua
Επί 19 Οκτωβρίου 2017 , οι αστρονόμοι έμειναν έκπληκτοι όταν έμαθαν ότι ένα διαστρικό αντικείμενο (που ονομάζεται Oumuamua) πέταξε δίπλα από τη Γη καθώς βγήκε από το Ηλιακό Σύστημα. Χρόνια αργότερα, οι αστρονόμοι εξακολουθούν να συζητούν τι ήταν αυτό το αντικείμενο – α θραύσμα κομήτη , προς το υδρογόνο παγόβουνο , ή ένα εξωγήινο ηλιακό πανί ? Επιπλέον, η άφιξη του 2I / Μπορίσοφ δύο χρόνια αργότερα έδειξε πώς τα διαστρικά αντικείμενα (ISO) εισέρχονται τακτικά στο Ηλιακό μας Σύστημα (μερικά μάλιστα μένουν!)
Δεν είναι λοιπόν περίεργο γιατί υπάρχουν προτάσεις για τον σχεδιασμό αποστολών που θα μπορούσαν να συναντηθούν με ένα διαστρικό αντικείμενο την επόμενη φορά που θα περάσει κανείς από εκεί. Μια τέτοια αποστολή είναι Έργο Lyra , μια ιδέα που προτάθηκε από ερευνητές από το Πρωτοβουλία για Διαστρικές Σπουδές (i4is). Πρόσφατα, μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής το I4IS συνέταξε μια Λευκή Βίβλο που υποβλήθηκε στο 2023-2032 Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey .
Η ομάδα πίσω από την εφημερίδα, με τίτλο ' Interstellar Τώρα! Αποστολές και δείγμα επιστροφών από κοντινά διαστρικά αντικείμενα ” με επικεφαλής τον Andreas Hein και τον Marshall Eubanks του i4is και Space Initiatives Inc . Μαζί τους συμμετείχαν συνεργάτες από την Αστεροσκοπείο του Παρισιού , ο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Φλόριντα (FIT), το Ινστιτούτο Θεωρίας και Υπολογισμού (ITC), το Πολυτεχνείο του Μονάχου (TUM) και το FH Aachen University of Applied Sciences .
Εικονογράφηση ενός καλλιτέχνη ενός ελαφρού πανιού που τροφοδοτείται από μια ακτίνα ραδιοφώνου (κόκκινη) που δημιουργείται στην επιφάνεια ενός πλανήτη. Πίστωση: M. Weiss/CfA
Καθιερώθηκε από τους νόμους εξουσιοδότησης της NASA του 2005 και του 2008, ο Εθνικές Ακαδημίες άρχισε να διεξάγει το Decadal Surveys με σκοπό την αναθεώρηση προτάσεων για διαστημικές αποστολές, επίγειες εγκαταστάσεις, υποδομές και υποστήριξη έρευνας που θα βοηθήσουν στην προώθηση της εξερεύνησης του διαστήματος και της πλανητικής επιστήμης την επόμενη δεκαετία.
Η Έρευνα Δεκαετιών 2023 – 2032 αναμένεται να είναι ένα σημαντικό γεγονός, με προτάσεις για αποστολές που θα μας επιτρέψουν να μάθουμε πολλά περισσότερα για το Σύμπαν στο οποίο ζούμε. Ένα ιδιαίτερα καυτό θέμα αυτή τη στιγμή είναι οι εξωπλανήτες, η μελέτη των οποίων έχει εκραγεί Τα τελευταία χρόνια. Μέχρι τώρα, 4.201 έχουν επιβεβαιωθεί, η συντριπτική πλειοψηφία εντός της τελευταίας δεκαετίας, ενώ μια άλλη 5.481 υποψήφιοι αναμονή επιβεβαίωσης.
Όπως αναφέρουν ο Hein και οι συνεργάτες του στο έγγραφό τους, η εισαγωγή τηλεσκοπίων επόμενης γενιάς επίγειων και διαστημικών τηλεσκοπίων τα επόμενα χρόνια θα προσφέρει στους αστρονόμους ευκαιρίες να απευθείας εικόνα εξωπλανήτες και χαρακτηρίζουν την ατμόσφαιρά τους όπως ποτέ άλλοτε. Δυστυχώς, η απόκτηση πραγματικά βαθιών γνώσεων για μακρινούς πλανήτες και ο καθορισμός του εάν η ζωή ευδοκιμεί πραγματικά εκεί απαιτεί να τους μελετήσουμε από κοντά.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη από τον πρώτο διαστρικό αστεροειδή/κομήτη, 'Oumuamua'. Αυτό το μοναδικό αντικείμενο ανακαλύφθηκε στις 19 Οκτωβρίου 2017 από το τηλεσκόπιο Pan-STARRS 1 στη Χαβάη. Πίστωση: ESO/M. Kornmesser
Δυστυχώς, η αποστολή αποστολών σε άλλα συστήματα αστέρων είναι εξαιρετικά δαπανηρή και χρονοβόρα. Όπως εξήγησαν ο Andrea Hein και οι συνεργάτες του στο Universe -Today μέσω email:
«Η παρατήρηση εξωπλανητών από τη Γη σίγουρα θα βελτιωθεί στο μέλλον και μπορεί να είμαστε σε θέση να πούμε αν υπάρχουν κάποιες μορφές ζωής σε αυτούς. Αλλά αυτό δεν θα υποκαταστήσει το να πάτε εκεί και να τους κοιτάξετε από κοντινή απόσταση. Ο κύριος περιορισμός είναι ότι τα εξωπλανητικά συστήματα είναι απίστευτα μακριά.
«Το επόμενο αστρικό σύστημα, το σύστημα Άλφα του Κενταύρου, βρίσκεται 4,3 έτη φωτός μακριά… Τώρα, το πιο μακρινό αντικείμενο που έχει στείλει ποτέ η ανθρωπότητα στο βαθύ διάστημα, οι ανιχνευτές Voyager, είναι επί του παρόντος μόλις το 0,06% αυτής της απόστασης μακριά. Για να πάμε εκεί, χρειαζόμαστε κάποια νέα πρωτοποριακή τεχνολογία.”
Μια τέτοια ιδέα είναι Ανακάλυψη Starshot , μια πρόταση αποστολής ενός μικροσκοπικού διαστημικού σκάφους στο Alpha Centauri χρησιμοποιώντας ένα ελαφρύ πανί και μια ισχυρή διάταξη λέιζερ. Prof. Manasvi Lingam – επίκουρος καθηγητής στο FIT, ερευνητής στο ITC και συν-συγγραφέας στην εργασία – έχει συν-συγγραφεί πολυάριθμες μελέτες για το θέμα μαζί με Καθ. Abraham Loeb (ιδρυτής του ITC και Πρόεδρος της Συμβουλευτικής Επιτροπής Breakthrough Starshot).
Ωστόσο, όπως εξήγησαν οι Lingam, Hein και οι συνάδελφοί τους, αυτοί οι τύποι διαστημικών σκαφών δεν πρόκειται να εκτοξευθούν μέχρι κάποια στιγμή στη δεκαετία του 2050, σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες εκτιμήσεις. Με χρόνο ταξιδιού περίπου 20 ετών, αυτό σημαίνει ότι τα πρώτα δεδομένα που θα ληφθούν από αυτές τις ανιχνευτές θα έρθουν μέχρι τη δεκαετία του 2070. Και δεδομένου του μεγέθους των ανιχνευτών και των οργάνων τους, τα δεδομένα είναι πιθανό να είναι περιορισμένα.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τον διαστρικό κομήτη C/2019 Q4 Borisov. Πίστωση: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Ωστόσο, η παρουσία ISO στο Ηλιακό μας Σύστημα προσφέρει ένα μέσο για τη μελέτη εξωηλιακών πλανητών και των συστημάτων τους χωρίς να χρειάζεται να υπομείνουμε τις προαναφερθείσες προκλήσεις και περιορισμούς. Στην εργασία τους, ο Hein και οι συνεργάτες του έδειξαν μέσα από μια σειρά αναλύσεων ότι η επίσκεψη αυτών των αντικειμένων με διαστημόπλοια καθώς περνούν από το Ηλιακό Σύστημα είναι απολύτως εφικτή.
Οι αναλύσεις τους επαναλαμβάνουν τα επιχειρήματα που προβλήθηκαν αρχικά 2017 λίγο μετά το ‘Oumuamua πέρασε από το Ηλιακό Σύστημα και ξανά μέσα 2019 με την άφιξη του 2I/Borisov . Σε αυτές τις μελέτες, η ομάδα i4is πρότεινε, για παράδειγμα, πώς μια αποστολή παρόμοια σε ιδέαStarshot(γνωστός ωςΈργο Lyra) θα μπορούσε να υποκλέψει ένα μελλοντικό ISO και να το εξετάσει προσεκτικά. Όπως επεξηγούν ο Hein και οι συνεργάτες του:
«Η βασική αρχή της μετάβασης σε ένα ISO είναι: Εάν ο προφήτης δεν μπορεί να πάει στο βουνό, αφήστε το βουνό να έρθει στον προφήτη. Τα ISO είναι αντικείμενα που μπορεί να έχουν εκτοξευθεί από εξωπλανητικά συστήματα για διάφορους λόγους και πετούν μέσα από το ηλιακό μας σύστημα. Τα ISO είναι σαν «μάννα από τον βαθύ παράδεισο». Αυτό είναι το αντίστοιχο ενός περιοδεύοντος ζωολογικού κήπου. Μπορείτε να παρατηρήσετε και να επισκεφθείτε μια μεγάλη ποικιλία από αυτά τα αντικείμενα από πολύ διαφορετική προέλευση χωρίς να χρειάζεται να πάτε στα αστρικά συστήματα της προέλευσής τους.»
Στο έγγραφό της, η ομάδα διερεύνησε τρεις τύπους προφίλ αποστολών που θα μπορούσαν να τοποθετηθούν χρησιμοποιώντας τη σημερινή τεχνολογία. Αυτά περιελάμβαναν flybys, ραντεβού και δειγματοληπτικές αποστολές επιστροφής. Όσον αφορά τις πτήσεις, οι οποίες θα ήταν παρόμοιες με τις Νέος ορίζοντας του διαστημόπλοιου εκτέλεσε με Πλούτων και Arrokoth , το διαστημόπλοιο δεν θα επιβράδυνε και θα συγκέντρωνε εικόνες και δεδομένα καθώς πετούσε πέρα από το ISO.
Εικόνα κοντά στο υπέρυθρο της επιφάνειας της Σελήνης από το Moon Mineralogy Mapper της NASA στην αποστολή Chandrayaan-1 του Ινδικού Οργανισμού Διαστημικής Έρευνας. Πίστωση: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown Univ./USGS
Ωστόσο, κάνουν επίσης περιθώρια για ένα κρουστικό εκκρεμές, έναν μικρό υπο-ανιχνευτή που προσκρούει σε ένα σώμα για να δημιουργήσει ένα λοφίο που μπορεί στη συνέχεια να συλλεχθεί και να μελετηθεί από το διαστημόπλοιο. Η εξέταση αυτών των σωματιδίων ή του φωτός που παράγεται από την πρόσκρουση με ένα φασματόμετρο θα αποκάλυπτε μυστικά σχετικά με τη σύνθεσή του. Αυτό είναι παρόμοιο με αυτό που έκαναν η NASA και η Ινδία με τους Παρατήρηση και ανίχνευση δορυφόρου σεληνιακού κρατήρα (LCROSS) και το Chandrayaan-1 καθετήρας.
Στη συνέχεια, υπάρχει η πιθανότητα μιας αποστολής ραντεβού, η οποία σύμφωνα με την ομάδα είναι πιο δύσκολη από τεχνική άποψη, αλλά προσφέρει πολλά επιστημονικά πλεονεκτήματα. Είπε η ομάδα:
«Μια αποστολή ραντεβού είναι πιο περίπλοκη, καθώς απαιτεί επιβράδυνση του διαστημικού σκάφους για να προσγειωθεί ή να τεθεί σε τροχιά γύρω από το ISO… Μια αποστολή ραντεβού έχει το πλεονέκτημα ότι το διαστημόπλοιο έχει περισσότερο χρόνο για να παρατηρήσει το αντικείμενο. Μπορεί να συλλέξει δείγματα από την επιφάνειά του και να τραβήξει φωτογραφίες από διάφορες οπτικές γωνίες».
Τέλος, υπάρχει η δυνατότητα μιας αποστολής επιστροφής δείγματος, η οποία θα αξιοποιήσει τεχνολογίες και τεχνογνωσία από έναν αριθμό αποστολών που ξεκίνησαν τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Αυτό περιλαμβάνει τη NASA Αστρόσκονη αποστολή δείγματος-επιστροφής κομήτη – η πρώτη αποστολή του είδους της για ραντεβού με έναν κομήτη (Wild 2) και επέστρεψε δείγματα στη Γη έως το 2006 – και η πιο πρόσφατη OSIRIS-REx και Hayabusa / Hayabusa2 αποστολές.
Η ιδέα του καλλιτέχνη για έναν διτροπικό πυρηνικό πύραυλο που κάνει το ταξίδι στη Σελήνη, τον Άρη και άλλους προορισμούς στο Ηλιακό Σύστημα. Πίστωση: NASA
Ο Hein και οι συνεργάτες του επεσήμαναν επίσης πώς οι αποστολές σε ISO έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι δυνατές χρησιμοποιώντας υπάρχουσες τεχνολογίες. Συγκεκριμένα παραδείγματα περιλαμβάνουν οχήματα εκτόξευσης όπως το SpaceX Falcon Heavy , η τεχνολογία θερμικής ασπίδας που χρησιμοποιείται από τη NASA Parker Solar Probe και τυπικά χημικά προωθητικά. Αυτή είναι μόνο η κορυφή του παγόβουνου, είπε ο Lingam, καθώς υπάρχουν πολλές τεχνολογίες που δεν χρησιμοποιούνται αυτήν τη στιγμή, αλλά είναι εφικτές ωστόσο:
«Υπάρχουν τρεις μεγάλες κατηγορίες τεχνολογιών που περιγράφονται στο έγγραφό μας. Ο πρώτος είναι καλοί χημικοί πύραυλοι, αλλά είναι κατά κύριο λόγο κατάλληλοι για αποστολές πτήσεων, οι οποίες αναμένεται να δώσουν σχετικά περιορισμένες επιστημονικές πληροφορίες. Το δεύτερο είναι ηλιακή ηλεκτρική πρόωση , που είναι πιο βολικό για αποστολές ραντεβού που επιτρέπουν επιτόπιες αναλύσεις. Το τρίτο δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί - πυρηνική θερμική πρόωση – αν και παραμένει εντός των ορίων της τρέχουσας τεχνολογίας. Η πραγματική του ελκυστικότητα πηγάζει από την προσδοκία ότι θα μπορούσε να επιτρέψει αποστολές επιστροφής δειγμάτων στη Γη».
Μια μικρή προειδοποίηση είναι ότι οι αστρονόμοι θα δυσκολευτούν πολύ να προσδιορίσουν από πού προήλθε αρχικά ένα ISO ως αποτέλεσμα διαταραχών στις τροχιές τους. Περιορίζεται επίσης από το γεγονός ότι οποιεσδήποτε αποστολές ανεβάζουμε θα περιορίζονται σε αντικείμενα που εκτινάχθηκαν από το σύστημά τους με τέτοιο τρόπο ώστε οι νόμοι της φυσικής και το διαστρικό μέσο μπορούσαν να το εναποθέσουν στο Ηλιακό μας Σύστημα.
Ωστόσο, το δύσκολο δεν σημαίνει ότι είναι αδύνατο, όπως απέδειξαν οι ερευνητές και με τα δύο 'Πρώτα και 2I / Μπορίσοφ . Με βάση τα όσα παρατηρήθηκαν και από τα δύο ISO, οι ερευνητές μπόρεσαν να υποθέσουν πολλά σχετικά με τα είδη των περιβαλλόντων στα οποία είναι πιθανό να έχουν διαμορφωθεί (ακόμα κι αν δεν ήταν σε θέση να εντοπίσουν τα οικιακά τους συστήματα).
Ανεξάρτητα από τις προκλήσεις και τους περιορισμούς, η αποστολή αποστολών για επιθεώρηση (και ίσως επιστροφή δειγμάτων) θα αποκαλύψει πληθώρα δεδομένων σχετικά με τα ISO. Όπως συνόψισε ο Hein και οι συνεργάτες του:
«Από αστροφυσική και αστροχημική άποψη, θα μας επιτρέψουν να κατανοήσουμε τους διάφορους μηχανισμούς με τους οποίους σχηματίζονται και εκτοξεύονται αυτά τα αντικείμενα, τη χημική σύνθεση άλλων πλανητικών συστημάτων και πώς διαφέρουν από το δικό μας, τη γαλαξιακή ιστορία του σχηματισμού ISO και αλληλεπιδράσεις των ISO με το διαστρικό μέσο και τις γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες κατά τη διάρκεια του ταξιδιού τους. Θα ρίξουν επίσης φως στο απόθεμα και την αφθονία των πρεβιοτικών μορίων που είναι εγγενή σε αυτά τα αντικείμενα. Στο άκρως αισιόδοξο σενάριο, μπορεί ακόμη και να αποκαλύψουν ίχνη εξαφανισμένης (ή σωζόμενης) ζωής με τη μορφή μοριακών βιουπογραφών».
Ο Χάιν και οι συνάδελφοί του δεν είναι μόνοι στην εκτίμησή τους, γι' αυτό και πολλές διαστημικές υπηρεσίες αναζητούν φιλοσοφίες διαστημικών σκαφών χαμηλού κόστους και ταχείας ανάπτυξης που θα μπορούσαν να συναντηθούν με ISO. Μια τέτοια έννοια είναι η ESA's «Comet Interceptor» , μια αποστολή «ταχείας κλάσης» που θα μπορούσε να σταλεί στο διάστημα και να είναι έτοιμη να αναχαιτίσει ένα ISO μόλις εισέλθει στο σύστημά μας.
Νωρίτερα φέτος, ανακοινώθηκε ότι το Καινοτόμες προηγμένες ιδέες της NASA (NIAC) Το Πρόγραμμα είχε χορηγήσει χρηματοδότηση Φάσης Ι σε μια ομάδα από το MIT που εργάζεται σε ένα δυναμική τροχιακή σφεντόνα . Αυτή η ιδέα είναι το πνευματικό τέκνο του Ρίτσαρντ Λινάρες , επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Αεροναυτικής και Αστροναυτικής (AeroAstro) στο MIT, ο οποίος πρότεινε αυτή τη σφεντόνα ως έναν τρόπο να αφήσουμε ένα διαστημόπλοιο να φτάσει σε ένα ISO, ώστε να μπορούν να το μελετήσουν από κοντά.
Η ιδέα του καλλιτέχνη για μια τροχιακή σφεντόνα που θα επιτρέψει σε ένα διαστημόπλοιο να συναντήσει ένα ISO. Πιστώσεις: Richard Linares, MIT.
Παρόμοιες αποστολές θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε αντικείμενα που βρίσκονται σε τροχιά μέσα στο Σύστημά μας, όπως προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει ότι χιλιάδες ISO θα μπορούσαν να έχουν συλληφθεί από το Ηλιακό μας Σύστημα με την πάροδο του χρόνου που είναι ακόμα εδώ. Έχει επίσης προταθεί ότι τα ISO που βρίσκονται αυτή τη στιγμή στην κοσμική αυλή μας θα μπορούσαν να εντοπιστούν και να μελετηθούν μόλις γίνει Παρατηρητήριο Vera Rubin έρχεται στο διαδίκτυο – παλαιότερα γνωστό ως το Μεγάλο Συνοπτικό Τηλεσκόπιο (LSST).
Οι απολαβές για αυτήν την έρευνα ξεπερνούν την εκμάθηση των συνθηκών σε άλλα αστρικά συστήματα. Εάν οι θεωρίες σχετικά με γαλαξιακή πανσπερμία μέσω διαστρικών αντικειμένων είναι αλήθεια, μπορεί να ανακαλύψουμε πώς είναι η ζωή (ή τα απαραίτητα συστατικά για να ξεκινήσει). μεταφέρονται σε όλο τον γαλαξία . Εάν κάποια αντικείμενα που ανακαλύψουμε αποδειχθούν διαστρικοί ανιχνευτές, οι αποστολές σε ISO θα λύσουν επιτέλους το πανάρχαιο φλέγον ερώτημα: Είμαστε μόνοι μας στο Σύμπαν; '
Κοιτάζοντας την επόμενη δεκαετία, είναι προφανές ότι πρόκειται να μάθουμε πολλά περισσότερα για το Ηλιακό Σύστημα, τους εξωπλανήτες, τον γαλαξία μας και το Σύμπαν συνολικά. Χάρη στα παρατηρητήρια επόμενης γενιάς, τα ρομποτικά διαστημόπλοια και την πολυαναμενόμενη επιστροφή της ανθρωπότητας στη Σελήνη, δεν υπάρχει έλλειψη ευκαιριών για να αναπτύξουμε τις γνώσεις μας για το σύμπαν και τη θέση μας σε αυτό.
Περαιτέρω ανάγνωση: arXiv