Psychiczny statek kosmiczny NASA zbada unikalną asteroidę w celu dowodu wczesnego Układu Słonecznego

Misja NASA Psyche na odległą metalową asteroidę będzie zawierać rewolucyjny pakiet Deep Space Communications (DSOC). Źródło: NASA / JPL-Caltech / ASU

Planowane jest uruchomienie w przyszłym roku, NASAMisja agencji Psyche to pierwszy raz, kiedy agencja postanowiła zbadać asteroidę bogatszą w minerały niż skała czy lód.

Minęło ponad 150 lat, odkąd powieściopisarz Jules Verne napisał Podróż do wnętrza Ziemi, ale rzeczywistość jeszcze nie nadążyła za tą przygodą science fiction. Podczas gdy ludzie nie mogą dotrzeć do metalowego jądra naszej planety, NASA ma na celu odwiedzenie gigantycznej asteroidy, która może być zamarzniętą pozostałością stopionego jądra minionego świata.

Ta asteroida, zwana Psyche, krąży wokół Słońca w głównym pasie asteroid między nimi Mars I Jowisz. Korzystając z danych zebranych z naziemnych radarów i teleskopów optycznych, naukowcy uważają, że Psyche składa się głównie z metalu. Część lub całość bogatego w żelazo wnętrza mogła być wczesną planetarną cegiełką, która została pozbawiona zewnętrznej litosfery, ponieważ często zderzała się z innymi dużymi ciałami podczas wczesnego formowania się Układu Słonecznego.

Asteroida, która w najszerszym miejscu ma około 173 mil (280 kilometrów) szerokości, może być czymś innym. Może to być pozostałość po zupełnie innym typie ciała bogatego w żelazo, które powstało z bogatej w minerały substancji gdzieś w Układzie Słonecznym.

Pomysł tego artysty przedstawia asteroidę Psyche, cel misji NASA Psyche. Źródło: NASA / JPL-Caltech / ASU

Misja Psyche NASA ma nadzieję się tego dowiedzieć. Zaplanowany do wystrzelenia w sierpniu 2022 roku statek kosmiczny będzie krążył po asteroidzie, robiąc zdjęcia, mapując powierzchnię i szukając dowodów na istnienie starożytnego pola magnetycznego przez dwa lata. Saiki będzie również badać neutrony i promienie gamma z powierzchni asteroidy, aby pomóc określić jej skład pierwiastkowy.

Jako pierwsza misja badająca asteroidę o powierzchni zawierającej duże ilości metalu, a nie skał czy lodu, Psyche stara się lepiej zrozumieć żelazne rdzenie, niezbadany element składowy formowania się planet. Możliwe jest również, że misja będzie pierwszą okazją do bezpośredniego zbadania wnętrza skalistej planety poprzez przyjrzenie się wnętrzu wcześniej uwarstwionego ciała planetarnego, które nigdy nie było widoczne. To, czego dowiadują się naukowcy, może rzucić więcej światła na sposób powstawania Ziemi i innych planet skalistych.

W Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA inżynierowie zintegrowali spektrometr promieniowania gamma i neutronów ze statkiem kosmicznym Psyche agencji. Narzędzie pomoże określić elementy, które składają się na jego cel, asteroidę zwaną również Psyche. Źródło: NASA/JPL-Caltech

„Istnieje wiele fundamentalnych pytań dotyczących Psyche bez odpowiedzi” – powiedział główny badacz misji, Lindy Elkins Tanton z Arizona State University. „A ze wszystkimi szczegółami dodanymi z danych, które możemy zebrać z ziemi, tworzenie wiarygodnej historii staje się trudniejsze. Naprawdę nie wiemy, co zobaczymy, dopóki nie odwiedzimy, i bylibyśmy zaskoczeni. ”

Na przykład wcześniejsze obserwacje naziemne doprowadziły naukowców do przekonania, że ​​asteroida jest w 90% metaliczna. Najnowsze badania Kierowany przez Elkinsa Tantona wykorzystał zaktualizowane pomiary gęstości, aby oszacować, że prawdopodobieństwo, że asteroida wynosi od 30% do 60%, to metal.

W Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA inżynier bada promienie gamma i spektrometr neutronów, gdy łączy się ze statkiem kosmicznym Psyche agencji. Narzędzie pomoże zidentyfikować elementy składające się na jego cel. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Naukowcy są zdziwieni, dlaczego Psyche wydaje się mieć niską zawartość tlenków żelaza, które są związkami chemicznymi składającymi się z żelaza i tlenu. Marsa, Merkurego, WenusI jest tam cała ziemia. „Więc jeśli mamy rację, że Psyche jest mieszanką metalu i skały, a ta skała zawiera bardzo mało tlenku żelaza, musiała istnieć dziwna historia o tym, jak została stworzona — ponieważ nie pasuje do standardowych historii o Elkins Tanton — powiedział Elkins Tanton.

Sekret duszy

Naukowcy również nie wiedzą, gdzie jest Psyche. Mógł pochodzić z głównego pasa asteroid, ale jest również prawdopodobne, że narodził się w tym samym regionie, co wewnętrzne planety, co Ziemia – lub w zewnętrznym Układzie Słonecznym, gdzie obecnie znajdują się gigantyczne planety, takie jak Jowisz. Żadna z moich opowieści o pochodzeniu nie podąża prostą ścieżką do miejsca, w którym obecnie mieszka Psyche, 280 milionów mil (450 milionów km) od Słońca.

Ogólnie rzecz biorąc, asteroidy mogą dostarczyć wglądu w powstawanie planet i sposób funkcjonowania wczesnego Układu Słonecznego 4,6 miliarda lat temu. Ale Psyche jest szczególnie interesująca dla naukowców ze względu na swoją niezwykłą, metaliczną zawartość, wysoką gęstość i niskie stężenie tlenków żelaza.

„Fakt, że jest tak niezwykły, mówi nam nową historię o ewolucji asteroid, której nie widzieliśmy wcześniej” – powiedział Bill Bottke, naukowiec zajmujący się misjami psychicznymi w Southwest Research Institute w Boulder w Kolorado. „To część historii, której w tej chwili nie mamy. Łącząc ten element ze wszystkimi innymi elementami, które posiadamy, nadal ulepszamy naszą historię o tym, jak uformował się i ewoluował wczesny układ słoneczny”.

Narzędzia handlowe

Aby pomóc w ustaleniu pochodzenia asteroidy, misja badania naukowe Będzie on oparty na magnetometrze, spektrometrze gamma i neutronowym oraz multispektralnym imager. Naukowcy wiedzą, że asteroida nie generuje pola magnetycznego tak jak Ziemia, ale jeśli Psyche miała pole magnetyczne w przeszłości, nadal można je zarejestrować w materiale asteroidy dzisiaj. Za pomocą czujników zamontowanych na ramieniu o długości 6 stóp (2 metry) magnetometr może określić, czy Seichi jest nadal namagnesowany. Jeśli tak, to potwierdzałoby to, że asteroida jest częścią jądra wczesnej małej planety, bloku budulcowego wczesnej planety.

Inżynierowie z NASA Jet Propulsion Laboratory w południowej Kalifornii zintegrowali instrument magnetometru z sondą kosmiczną agencji Psyche 28 czerwca 2021 roku. Instrument pomoże ustalić, czy asteroida Psyche jest częścią planety. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Znajdujący się na orbicie spektrometr neutronów i spektrometr promieniowania gamma pomoże naukowcom określić pierwiastki chemiczne asteroidy. Gdy promienie kosmiczne i wysokoenergetyczne cząstki wpływają na powierzchnię Psyche, elementy tworzące materiał powierzchniowy pochłaniają energię. Neutrony i promienie gamma emitujące w odpowiedzi można wykryć za pomocą spektrometru, co pozwala naukowcom dopasować ich właściwości do tych emitowanych przez znane pierwiastki, aby określić, z czego zbudowana jest Psyche.

Tymczasem para kolorowych kamer tworzy urządzenie do obrazowania wielospektralnego. Fotograf jest wrażliwy na światło wykraczające poza to, co ludzie widzą, używając filtrów w zakresie ultrafioletowym i bliskiej podczerwieni. Światło odbite przez te filtry może pomóc w identyfikacji minerałów dowolnego materiału skalnego, który może znajdować się na powierzchni Psyche.

To zdjęcie przedstawia multispektralnego fotografa Psyche w trakcie montażu i testowania 13 września 2021 roku w Malin Space Science Systems w San Diego w Kalifornii. Źródło: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

System komunikacji statku kosmicznego pomoże również w nauce. System radiowy pasma X służy głównie do wysyłania poleceń do statku kosmicznego i odbierania z niego danych inżynieryjnych i naukowych. Ale naukowcy mogą również analizować subtelne zmiany w tych falach radiowych, aby zmierzyć rotację, oscylację, masę i pole grawitacyjne obiektu, dostarczając dodatkowych wskazówek na temat formowania się i struktury wnętrza Psyche.

oczy na siebie

Ale zanim rozpocznie się jakakolwiek z tych naukowych analiz, pojawią się zdjęcia. Pod koniec 2025 roku, trzy lata po wystrzeleniu, Psyche znajdzie się w zasięgu wzroku asteroidy, a zespół obrazowy będzie w stanie wysokiej gotowości.

„Jeszcze zanim wejdziemy na orbitę, zaczniemy uzyskiwać znacznie lepsze obrazy niż z teleskopów na Ziemi. Zaczniemy rozwiązywać problemy, widząc duże kratery, baseny kraterowe – może pasma górskie. Kto wie, co zobaczymy? – powiedział Jim Bell z State University Arizona, zastępca głównego badacza w dziedzinie psychologii i lider zespołu obrazowania. „Wiemy tylko, że prawda duszy będzie dziwniejsza i piękniejsza, niż możemy sobie wyobrazić”.

Ta ilustracja przedstawia statek kosmiczny NASA Psyche, którego start zaplanowano na sierpień 2022 roku. Źródło: NASA / JPL-Caltech / ASU

Więcej o misji

Arizona State University prowadzi misję Psyche. Laboratorium napędów odrzutowych NASA w Południowej Kalifornii jest odpowiedzialne za ogólne zarządzanie misją, inżynierię systemu, integrację i testowanie oraz operacje misji. Faza misji, znana jako operacje montażu, testowania i uruchomienia, jest obecnie w toku w Laboratorium Napędów Odrzutowych. Do wiosny przyszłego roku Psyche będzie w pełni zmontowany i gotowy do wysyłki do NASA Kennedy Space Center.

JPL dostarcza również instrument demonstracyjny technologii o nazwie Deep Space Optical Communications, który również będzie latał na Psyche i który przetestuje komunikację laserową o wysokiej przepustowości, która może być wykorzystana w przyszłych misjach NASA.