Uskoro bi mogli ‘presresti’ objekte iz drugih planetarnih sustava

Kada nam se sljedeći put približi objekt poput ‘Oumuamue, mogli bismo biti spremni s istraživačem međuzvjezdanih objekata da pogledamo malo bliže kako takvi objekti zapravo izgledaju!

---

19. listopada 2017., astronomi koji rade na Pann-STARRS opservatoriju na Havajima zabilježili su prolazak međuzvjezdanog objekata kroz naš sunčev sustav – 1I/2017 U1 ‘Oumuamua. To je bio prvi put da je detektiran međuzvjezdani objekt (Interstellar Object), potvrđujući predviđanja astronoma iz prethodnih desetljeća da takvi objekti redovito prolaze kroz Sunčev sustav. Kako piše Universe Today, samo dvije godine kasnije, otkriven je drugi objekt, međuzvjezdani kometa 2I/Borisov. S obzirom na neobičnu prirodu ‘Oumuamue (koja je i dalje predmet rasprave) i informacije koje međuzvjezdani objekti mogu otkriti o dalekim zvjezdanim sustavima, astronomi željno iščekuju mogućnost bližeg proučavanja budućih posjetitelja.

‘Istraživač’ međuzvjezdanih objekata

Na primjer, razmatrane su brojne prijedloge za ‘letjelice’ koje bi mogle sustići (presresti) buduće međuzvjezdane objekte, proučavati ih, pa čak i provesti povrat uzoraka (poput Comet Interceptora Europske Svemirske Agencije). U novom znanstvenom radu tima iz Southwest Research Institute (SwRI), Alan Stern i njegovi kolege istraživali su moguće koncepte i preporučili posebno izgrađenu robotsku misiju preleta međuzvjezdanih objekata nazvanu ‘Interstellar Object Explorer’ ili Istraživač međuzvjezdanih objekata (IOE). Također pokazuju kako bi se ta misija mogla izvesti s umjerenim budžetom koristeći trenutnu tehnologiju svemirskih letova.

Studiju su proveli Alan Stern, glavni istraživač New Horizonsa, i njegovi kolege iz Southwest Research Institute (SwRI).

Od kako je ‘Oumuamua prvi put prošao kroz naš sunčev sustav, znanstvenici su međuzvjezdanim objektima pripisali visoku vrijednost. Dobivanjem uzoraka i njihovim detaljnim proučavanjem mogli bismo mnogo naučiti o formiranju drugih zvijezda i planeta bez slanja svemirskih misija u iste sustave. Također bismo mogli mnogo naučiti o međuzvjezdanom prostoru (Interstellar Medium – ISM) i o tome kako se organski materijal, a možda čak i gradivni blokovi za život, distribuiraju kroz galaksiju (poznato kao Teorija Panspermije).

Zašto su toliko bitni međuzvjezdani objekti?

“Međuzvjezdani objekti predstavljaju ostatke iz formiranja planetarnih sustava oko drugih zvijezda. Kao takvi, njihovo proučavanje nudi ključne nove uvide u kemijske i fizičke karakteristike diskova iz kojih su potekli. Osim toga, sveobuhvatna analiza njihovog sastava, geologije i aktivnosti rasvijetlit će procese iza formiranja i evolucije planetesimala u drugim sunčevim sustavima,” objasnili su znanstvenici.

Studije populacije međuzvjezdanih objekata pokazale su da oko sedam takvih objekata prolazi kroz naš sunčev sustav svake godine. U međuvremenu, druga istraživanja pokazala su da su neki periodično zarobljeni i još su ovdje. S operativnim instrumentima nove generacije, znanstvenici predviđaju značajno povećanje stope otkrića takhvih objekata krajem 2020-ih i 2030-ih. To uključuje Opservatorij Vera C. Rubin koji se trenutno gradi u Čileu, za koji se očekuje da će prikupiti ‘svoje prvo svjetlo’ u siječnju 2025.

Opservatorij Vera C. Rubin

Istraživači predviđaju da će opservatorij prikupiti podatke o više od 5 milijuna objekata unutar pojasa asteroida, 300.000 Jupiterovih Trojanskih asteroida, 100.000 objekata blizu Zemlje i više od 40.000 objekata Kuiperova pojasa. Također procjenjuju da će detektirati oko 15 međuzvjezdanih objekata u svojoj prvoj desetogodišnjoj upotrebi, poznatoj kao Legacy Survey of Space and Time—iako druge procjene govore do 70 međuzvjezdanih objekata godišnje. Za svoju studiju, Stern i njegovi kolege pretpostavljaju da bi bilo koji međuzvjezdani objekt unutar udaljenosti od otprilike dvostruke udaljenosti između Zemlje i Sunca (2 AU) bili dovoljno sjajni da ih novi teleskop može detektirati.

Kako Stern i njegovi kolege objašnjavaju u svojem radu, njihov predloženi Istraživač međuzvjezdanih objekata imao bi dva glavna znanstvena cilja. Ti uključuju određivanje “sastava međuzvjezdanih objekata kako bi se pružili uvidi u podrijetlo i evoluciju.” Kako je napomenuto, ove studije pružile bi neprocjenjive informacije o početnim uvjetima sunčevog sustava domaćina međuzvjezdanoga objekata. U tom pogledu, Istraživač međuzvjezdanih objekata bi pružio informacije slične onima koje je misija New Horizons otkrila o objektu Kuiperova pojasa Arrokoth ili kako je ESA-ina misija Rosetta detektirala gradivne blokove života u kometi 67P/Churyumov–Gerasimenko.

Karakteristike istraživača međuzvjezdanih objekata

Drugo, Istraživač međuzvjezdanih objekata bi odredio ili ograničio “prirodu, sastav i izvore aktivnosti kome međuzvjezdanih objekata te odredio procese odgovorne za [promatrane] aktivnosti.” Tipično, aktivnost kome rezultat je sublimacije leda dok objekti prilaze zvijezdi, što oslobađa prašinu zrnca i refraktorne organske molekule iz jezgre. Kao što su prethodna promatranja pokazala, aktivnost kometa ovisi o solarnom zagrijavanju i fizičkim karakteristikama samog kometa. Kako su Stern i kolege izrazili u svojem radu:

“Karakteriziranjem sastava i prostorne distribucije kome međuzvjezdanih objekata, Istraživač međuzvjezdanih objekata može izravno odrediti primarne komponente svog ciljanog objekata, identificirati mehanizme iza aktivnosti kome i produbiti naše uvide u sastav i procese prisutne u njegovom Protoplanetarnom disku formacije, gdje su se formirali planetesmali poput njega.”

Na temelju ovih znanstvenih ciljeva, Stern i njegovi kolege naveli su koje instrumente treba Istraživač međuzvjezdanih objekata. To uključuje:

• Pankromatski vidljivi valni spektar s rezolucijom kuta od jedne sekunde i visokim dinamičkim rasponom
• Vidljivi valni spektar s najmanje tri filtra i infracrveni spektrometar slike koji pokriva valnu duljinu od 1–2,5 um (moguće do 4 um) s razlučivom moći od najmanje 100
• Ultraljubičasti spektrometar koji pokriva valnu duljinu od 700–1970 angstroma (Å) sa spektralnom rezolucijom jednaku ili veću od 20 Å
• Pankromatski vidljivi valni spektar i UV i infracrveni spektrometri slike

Sljedeće je dizajniranje same svemirske letjelice, koje određuje prolazna priroda međuzvjezdanog objekata. Kao što su ‘Oumuamua i Borisov pokazali, brzina takvih objekata znači da će vjerojatno ostati neotkriveni dok ne budu blizu unutarnjeg ruba Glavnog pojasa asteroida. Osim toga, njihove hiperbolične putanje znače da će vjerojatno brzo proletjeti kroz naš sunčev sustav i postati nedostižni ubrzo nakon što budu otkriveni. Naposljetku, tu je i pozicioniranje same misije presretanja, koje izravno utječe na sposobnost svemirske letjelice da se rasporedi i dosegne ciljani objekt.

Gdje postaviti tu letjelicu unutar sunčevog sustava?

Za svoju studiju, Stern i njegov tim odabrali su “storage orbit ili orbitu skladištenja” na točki L1 Lagrange smještenoj između Zemlje i Mjeseca. Ova lokacija ima nekoliko prednosti, pri čemu je najistaknutija potreba da svemirska letjelica generira vrlo malo potiska za postizanje brzine bijega—što znači da će većina njezine dostupne akceleracije (delta-v) biti usmjerena prema njezinoj putanji presretanja. Ova orbita također znači manje potrebe za gorivom i manje vremena potrebnog za pokretanje, te omogućava brzu gravitacijsku asistenciju od bliskog preleta pored Zemlje.

Za svoju studiju, Stern i njegov tim postavili su granicu detektibilnosti od 2 AU i simulirali međuzvjezdane objekte s prosječnom brzinom od 32,14 km/s i najbližim solarnim pristupom od 10 AU ili manje. Ostala razmatrana ograničenja uključivala su položaje Zemlje i međuzvjezdanog objekata u trenutku njegove detekcije, parametre orbite objekata, maksimalnu udaljenost na kojoj misija može presresti isti (tj. “heliocentrični radijus presretanja”) i relativnu brzinu između svemirske letjelice i međuzvjezdanog objekata. Da bi učinkovito analizirali ove podatke, tim je generirao algoritam za optimizaciju putanje presretanja i uspostavio mali podskup međuzvjezdanih objekata koji bi se mogao izvodljivo presresti.

Što nam kažu simulacije

Sve ove izračune simulirali su tijekom razdoblja od 10 godina i (koristeći prethodne misije kao presedane) izveli nekoliko ključnih parametara. Kako su utvrdili, misija bi trebala biti sposobna za akceleraciju (delta-v) od 3,0 km/s, uspostaviti minimalnu visinu preleta od 400 km , presresti međuzvjezdani objekt unutar 3 AU od Sunca i postići brzinu preleta od 100 km/s. S ovom “sferom detektibilnosti”, otkrili su da se šanse za uspješno presretanje znatno povećavaju pri većim brzinama—3 do 3,9 km/s —i na udaljenostima bližim 3 AU.

Studija međuzvjezdanih objekata je rastuće područje astronomske istraživačke aktivnosti koja obuhvaća opservatorije nove generacije (poput Vere Rubin) i predložene misije presretanja. Osim predloženog istraživača međuzvjezdanih objekata, slični koncepti su predloženi od detekcije ‘Oumuamua i 2I/Borisova—uključujući Projekt Lyra, prijedlog Instituta za međuzvjezdane studije (i4is). Iako bi takva misija mogla biti godinama daleko od realizacije, detaljne studije poput ove pomoći će informirati sljedeću fazu razvoja—dizajniranje i testiranje samih koncepta misije.

Stern i njegovi kolege priznaju da je potrebno više istraživanja prije nego što se to može dogoditi, ali naglašavaju da je njihov rad važan prvi korak. “Sljedeći će biti potreban detaljniji rad kako bi se bolje pripremio koncept misije koji će se predložiti za buduću priliku NASA-ine misije,” pišu, “ali ovaj izvještaj pruža osnovne ciljeve misije, ključne zahtjeve i atribute kao polazišnu točku.”