Lecąc na (hipotetyczną) planetę 9: Po co ją odwiedzać, jak moglibyśmy się tam dostać i czy zaskoczyłoby nas jak Pluton?

W niedawnym badaniu przesłanym do Earth and Planetary Astrophysics międzynarodowy zespół naukowców omawia różne opcje projektowania misji w celu dotarcia do hipotetycznej Planety 9, znanej również jako „Planeta X”, którą według najnowocześniejszych modeli obecnie posiada wielka półoś licząca około 400 jednostek astronomicznych (AU). Naukowcy postulują, że wysłanie statku kosmicznego na Planetę 9 może przynieść korzyści naukowe, podobnie jak wtedy, gdy statek kosmiczny NASA New Horizons odwiedził Pluton w 2015 roku. Ale czy Planeta 9 rzeczywiście istnieje?

Trudno określić konkretną liczbę na poziomie ufności, ponieważ pozostaje wiele niewiadomych. Na razie powiedziałbym, że wydaje się prawdopodobne, że istnieje niezwykłe skupienie ekstremalnych obiektów transneptunowych. Nie wiemy, co powoduje to skupienie, ale Planeta 9 wydaje się być obiecującym kandydatem.powiedział dr Manavsi Lingam, który jest adiunktem w Florida Institute of Technology i współautorem badania.

Zanim Nowe Horyzonty NASA dotarły do ​​Plutona w 2015 roku, jedynymi zdjęciami Plutona, jakie naukowcy mieli, były rozmyte zdjęcia z teleskopów na Ziemi, a nawet Kosmiczny Teleskop Hubble’a nie mógł uzyskać niczego lepszego . Nauka o Plutonie była równie skąpa, ponieważ oszacowaliśmy jego masę, ale ponieważ nie mogliśmy dostrzec cech powierzchni, bardzo mało wiedzieliśmy o jego atmosferze, różnorodności geologicznej i wnętrzu. Jak podkreślają naukowcy, „bogactwo nowych danych” z New Horizons przewyższyło stare, ale czy moglibyśmy być równie zaskoczeni danymi z Planety 9, gdyby odwiedził tam statek kosmiczny?

To bardzo prawdopodobne. Nawet najlepsze teleskopy znacznie ustępują bliskim obserwacjom z sondy przelatującej nad ciałem niebieskim. Jest to jeszcze bardziej prawdziwe w przypadku ciał, które są daleko i słabo widoczne, co ma miejsce w przypadku Planety 9. Powodem jest fizyka. Im słabszy obiekt, tym większy musi być Twój teleskop, aby zebrać więcej światła z tego obiektu i tym dłużej musisz obserwować. Im dalej obiekt, tym więcej światła trzeba zebrać i tym większy musi być teleskop.powiedział dr Andrew Hein, który jest profesorem nadzwyczajnym/głównym naukowcem na Uniwersytecie w Luksemburgu i współautorem badania.

Aby dowiedzieć się, jak dostać się na Planetę 9, naukowcy proponują kilka projektów misji. Należą do nich asysta grawitacyjna Jowisza, wykorzystująca studnię grawitacyjną Jowisza lub Słońca do przyspieszania statku kosmicznego, rakiety chemiczne, napęd jądrowy i żagle laserowe. Z wyjątkiem żagli laserowych, czas potrzebny każdej metodzie na dotarcie do Planety 9 wahał się od niecałych 40 do 100 lat. Dzięki laserowym żaglom naukowcy oszacowali, że statek kosmiczny może dotrzeć do Planety 9 w ciągu 6,5-7 lat. Ale jakie kroki podejmuje się, aby ta technologia stała się rzeczywistością?

Technologia żagla laserowego jest obecnie wykorzystywana przez Breakthrough Starshot, projekt, w którym jestem częścią, i który znacząco rozwinął technologię w ciągu ostatnich 6 lat, w tym prototypy laboratoryjne. Chociaż technologia lotu jest na razie koncepcyjna, niektóre elementy konstrukcyjne technologii już istnieją w laboratorium. Celem projektu jest wystrzelenie laserowego żagla na inną gwiazdę, ale wersja na małą skalę powinna być możliwa do opracowania w ciągu najbliższych 10-15 lat przy budżecie mniejszym niż budżet na tradycyjną sondę kosmiczną (kilkaset miliony dolarów). Ta niewielka wersja, po opracowaniu, mogłaby zostać wykorzystana do osiągnięcia Planety 9 w ciągu kilku lat. Ale po opracowaniu wiązki laserowej takie sondy mogłyby być uruchamiane co tydzień po kosztach setki razy tańszych niż obecne sondy.powiedział Hein.

Na razie Planeta 9 pozostaje czysto hipotetycznym członkiem naszego ogromnego i znakomitego Układu Słonecznego, ale czy ogromny czas potrzebny na dotarcie tam konwencjonalnymi metodami uniemożliwiłby nam potencjalne odwiedzenie tego tajemniczego obiektu tak daleko od Słońca?

Chociaż stwierdzamy, że wymagany jest minimalny czas misji wynoszący 40-50 lat (z wyjątkiem lekkich żagli), ten długi czas lotu nie powinien nas zniechęcić. Sonda kosmiczna Voyager działała mniej więcej przez ten sam czas i nadal dostarcza mnóstwo danych. Domniemana misja na Planetę 9 (o ile istniała) nie tylko zrewolucjonizowałaby nasze rozumienie zewnętrznego Układu Słonecznego, ale mogłaby również umożliwić nam badanie innych celów po drodze – na przykład niektóre manewry zbliżają nas do Jowisza i Słońce, co wskazuje, że te światy również można badać.powiedział Lingam.

Próbki z asteroidy Ryugu zawierają fragmenty pochodzące spoza Układu Słonecznego

Na długo przed tym, jak nasze Słońce zaczęło się formować, gwiazdy w naszej części galaktyki umierały. Jedna z nich eksplodował jako supernowa. Katastrofa stworzyła maleńkie ziarenka pyłu, a siła eksplozji przebiła się przez pobliską chmurę gazu i pyłu. Ta akcja zasiała obłok „obcymi” materiałami z martwej gwiazdy. Fala uderzeniowa supernowej spowodowała również, że obłok zapadł się na siebie, tworząc Słońce. „Pozostałościami” obłoku stały się planety, księżyce, pierścienie, komety i asteroidy naszego Układu Słonecznego.

Asteroida 162173 Ryugu zawiera ziarna tego pradawnego materiału z dawno minionej gwiazdy. Japońska misja Hayabusa2 zbadała Ryugu i zwróciła próbki tych ziaren pyłu do analizy przez naukowców. Dostarczają wskazówek na temat tej gwiazdy i warunków przed narodzinami Słońca. Starożytny pył gwiezdny nie jest zaskoczeniem dla astronomów. Występuje w prymitywnych pozaziemskich ziarnach. Dzięki analizie chemicznej astronomowie mogą dowiedzieć się, kiedy uformowały się jako gwiazda, starzejąc się i umierając. Większość z nich to krzemiany lub tlenki bogate w tlen lub ziarna wzbogacone w węgiel. Krzemiany są dość rzadkie. Dzieje się tak, ponieważ niszczą je wietrzenie chemiczne lub inne procesy na asteroidzie (lub na Ziemi). Tak więc, jeśli w ogóle zostaną znalezione, zwykle znajdują się w osłoniętej części asteroidy.

Naukowcy z Carnegie, Jens Barosch i Larry Nittler, pracowali z zespołem ds. wstępnej analizy Hayabusa2, aby określić skład chemiczny ziaren. Opublikowali swoje wyniki w niedawnym artykule w Nature Letters. Opisuje ziarna pyłu i ich znaczenie dla naszego zrozumienia wydarzeń przed Układem Słonecznym. Zasadniczo zespół przeprowadził serię testów mikroanalitycznych na próbkach Hayabusa2. Następnie porównali wyniki z podobnymi testami wykonanymi na chondrytach węglowych (prymitywnych meteorytach) znalezionych na Ziemi.

Zespół wykrył próbki „ziarna przedsłonecznego” w materiałach Ryugu, w tym ziarnach węglowych. Była też niespodzianka. Fragmenty próbek były delikatnym materiałem krzemianowym, co stanowi wskazówkę dotyczącą ich powstawania i warunków, w jakich przebywali na asteroidzie.

Różne rodzaje ziaren przedsłonecznych pochodzą z różnych typów gwiazd i procesów gwiezdnych, które możemy zidentyfikować na podstawie ich sygnatur izotopowych. Możliwość identyfikacji i badania tych ziaren w laboratorium może pomóc nam zrozumieć zjawiska astrofizyczne, które ukształtowały nasz Układ Słoneczny, a także inne obiekty kosmiczne.wyjaśnił Barosch.

Naukowcy dzielą ziarna przedsłoneczne na grupy, które łączą je z rodzajami gwiazd, które je stworzyły. Wiele ziaren z izotopami tlenu prawdopodobnie utworzyło się w wiatrach gwiazd asymptotycznej gałęzi olbrzymów (AGB) o różnych masach i/lub metaliczności. Mogą również powstawać w supernowych. Ziarna krzemianu pochodzą z różnych źródeł: gwiazd AGB wyrzucanych z nowych lub supernowych. Ziarna grafitu przedsłonecznego prawdopodobnie pochodzą z gwiazd AGB i supernowych.

Skład i obfitość ziaren przedsłonecznych, które znaleźliśmy w próbkach Ryugu, są podobne do tych, które wcześniej odkryliśmy w chondrytach węglowych. Daje nam to pełniejszy obraz procesów formacyjnych naszego Układu Słonecznego, które mogą posłużyć jako źródło informacji dla modeli i przyszłych eksperymentów na próbkach Hayabusa2, a także innych meteorytach.wyjaśnił Nittler.

Ryugu to blisko Ziemi asteroida o średnicy około 1 kilometra, odkryta w 1999 roku. Jest to potencjalnie niebezpieczna asteroida z grupy Apollo . Ryugu okrąża Słońce raz na 16 miesięcy, a jego ścieżka przecina Ziemię. W najbliższym czasie może zbliżyć się nawet na jedną czwartą odległości Księżyca od naszej planety.

Ta asteroida jest również idealnym kandydatem, aby pomóc naukowcom zrozumieć mgławicę przedsłoneczną i historię asteroid. To część rodziny asteroid pozostałych po zderzeniu dwóch większych obiektów. To wydarzenie wysłało odłamki wirujące w kosmos. Naukowcy podejrzewają, że jej większe ciało rodzicielskie miało wewnętrzne ogrzewanie. Ryugu jest okrągły, ale z wybrzuszeniem na równiku, a jego powierzchnia pokryta jest głazami. Niektórzy sugerują nawet, że to martwa kometa.

Hayabusa 2 udał się do Ryugu, aby spróbować jego powierzchni. Na podstawie tego, co odkrył statek kosmiczny, naukowcy klasyfikują teraz Ryugu jako orbitującą stertę gruzu. Oznacza to, że jest luźno związany, a jego objętość jest co najmniej „w połowie pusta”. Powierzchnia jest dość porowata i ma 77 kraterów uderzeniowych. Ryugu stworzył nową, małą, wstrzykując w ziemię niewielką masę miedzi w celu zbadania materiałów podpowierzchniowych.

Inne ważne wydarzenia misji obejmują wdrożenie małego łazika powierzchniowego o nazwie MASCOT. Trzy inne łaziki pojechały zbadać różne części powierzchni (chociaż jeden się nie powiódł). Część misji polegająca na pobieraniu próbek z powierzchni zakończyła się w lutym 2019 r., a później tego samego roku Hayabusa2 rozpoczęła swoją podróż powrotną na Ziemię ze swoimi cennymi próbkami sprzed eonów. Szczegółowe badania materiałów ujawniły nie tylko obecność obcych ziaren pyłu. W regolicie asteroidy są również kuszące ślady aminokwasów (cegiełek budulcowych życia).