Космический корабль НАСА для изучения уникального астероида в качестве доказательства ранней Солнечной системы

Его планируется запустить в следующем году, НАСАМиссия агентства «Психея» знаменует собой первый случай, когда агентство отправилось исследовать астероид, более богатый минералами, чем скала или лед.

Прошло более 150 лет с тех пор, как писатель Жюль Верн написал «Путешествие к центру Земли», но реальность еще не догнала это научно-фантастическое приключение. Хотя люди не могут проложить путь к минеральному ядру нашей планеты, НАСА нацелено на посещение гигантского астероида, который может быть замороженным остатком расплавленного ядра прошлого мира.

Этот астероид, называемый Психея, вращается вокруг Солнца в главном поясе астероидов между ними. Марс А также Юпитер. Используя данные, полученные с наземных радаров и оптических телескопов, ученые считают, что Psyche в основном состоит из металла. Часть или вся богатая железом внутренняя часть могла быть ранним планетным строительным блоком, который лишился своей внешней литосферы, поскольку он неоднократно сталкивался с другими крупными телами во время раннего формирования Солнечной системы.

Астероид, ширина которого в самом широком месте составляет около 173 миль (280 километров), может быть чем-то другим. Это мог быть остаток тела совершенно другого типа, богатого железом, который образовался из богатого минералами вещества где-то в Солнечной системе.

По задумке художника, изображен астероид Психея, цель миссии НАСА «Психея». Предоставлено: NASA / JPL-Caltech / ASU.

Миссия НАСА «Психея» надеется выяснить это. Запланированный к запуску в августе 2022 года, космический корабль будет вращаться вокруг астероида после него, делая снимки, картографируя поверхность и ища доказательства существования древнего магнитного поля в течение двух лет. Сайки также будет изучать нейтроны и гамма-лучи от поверхности астероида, чтобы определить его элементный состав.

Первая миссия по исследованию астероида с поверхностью, содержащей большое количество металла, а не камня или льда, Psyche стремится лучше понять железные ядра, неизведанный строительный блок формирования планет. Миссия также, вероятно, предоставит первую возможность непосредственно исследовать внутреннюю часть скалистой планеты, взглянув на внутреннюю часть ранее слоистого планетарного тела, которое никогда не было видно. То, что изучают ученые, может пролить больше света на то, как формировались Земля и другие скалистые планеты.

В Лаборатории реактивного движения НАСА инженеры интегрировали гамма-спектрометр и нейтронный спектрометр на космический корабль агентства Psyche. Инструмент поможет определить элементы, составляющие его цель, астероид, также называемый Психеей. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.

«Есть много фундаментальных вопросов о Психее без ответа», — сказала главный исследователь миссии Линди Элкинс Тантон из Университета штата Аризона. «И поскольку все детали добавляются из данных, которые мы можем собрать с земли, становится все труднее и труднее создать правдоподобную историю. Мы действительно не знаем, что мы увидим, пока не посетим, и мы были бы удивлен. «

Например, предыдущие наземные наблюдения заставили ученых поверить, что астероид на 90% состоит из металла. Недавнее исследование Под руководством Элкинса Тантона он использовал обновленные измерения плотности, чтобы оценить, что астероид с вероятностью от 30% до 60% является металлом.

В Лаборатории реактивного движения НАСА инженер изучает гамма-лучи и нейтронный спектрометр, когда он сливается с космическим кораблем агентства Psyche. Инструмент поможет определить элементы, из которых состоит его цель. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения — Калтех.

И ученые недоумевают, почему в Психее мало оксидов железа, которые представляют собой химические соединения, состоящие из железа и кислорода. Марс, Меркурий, ВенераИ вся земля. «Итак, если мы правы в том, что Психея представляет собой смесь металла и рока, и в этом камне очень мало оксида железа, должно быть странная история о том, как она была создана — потому что она не соответствует историям о «Элкинс Тантон», — сказал Элкинс Тантон.

Секрет души

Ученые также не знают, где находится Психея. Возможно, он возник в главном поясе астероидов, но также возможно, что он родился в том же регионе, что и внутренние планеты, что и Земля, или во внешней солнечной системе, где сейчас находятся планеты-гиганты, такие как Юпитер. Ни одна из моих историй происхождения не следует простым путем туда, где сейчас живет Психея, в 450 миллионах километров от Солнца.

Астероиды в целом могут дать представление об образовании планет и о том, как ранняя Солнечная система функционировала 4,6 миллиарда лет назад. Но Психея особенно интересна ученым из-за своего необычного металлического содержания, высокой плотности и низкой концентрации оксидов железа.

«Тот факт, что это настолько необычно, говорит о новой истории, которую мы раньше не видели, о том, как развиваются астероиды», — сказал Билл Боттке, научный сотрудник миссии Psyche в Юго-Западном исследовательском институте в Боулдере, штат Колорадо. «Это часть истории, которой у нас сейчас нет. Объединив эту часть со всеми остальными, которые у нас есть, мы продолжаем улучшать нашу историю о том, как формировалась и развивалась ранняя солнечная система».

Торговые инструменты

Чтобы помочь выяснить происхождение астероида, миссия научное исследование Он будет основан на магнитометре, гамма-спектрометре и нейтронном спектрометре, а также на многоспектральном формирователе изображений. Ученые знают, что астероид не генерирует магнитное поле, как Земля, но если бы у Психеи было магнитное поле в прошлом, оно все еще может быть записано в астероидном материале сегодня. Используя датчики, установленные на 6-футовой (2-метровой) руке, магнитометр может определить, намагничен ли Сэйчи. Если так, это подтвердит, что астероид является частью ядра ранней малой планеты, строительного блока ранней планеты.

28 июня 2021 года инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии интегрировали магнитометр в космический корабль агентства Psyche. Этот инструмент поможет определить, является ли астероид Psyche частью планеты. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.

Нейтронный спектрометр и гамма-спектрометр орбитального аппарата помогут ученым определить химические элементы астероида. Поскольку космические лучи и частицы высокой энергии воздействуют на поверхность Психеи, элементы, составляющие материал поверхности, поглощают энергию. Нейтроны и гамма-лучи, испускаемые в ответ, могут быть обнаружены спектрометром, что позволяет ученым сопоставить их свойства со свойствами, испускаемыми известными элементами, чтобы определить, из чего состоит Психея.

Между тем, пара цветных камер составляет устройство для получения мультиспектральных изображений. Фотограф чувствителен к свету за пределами того, что люди могут видеть, используя фильтры в ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах. Свет, отраженный в этих фильтрах, может помочь идентифицировать минералы любого горного материала, который может присутствовать на поверхности Психеи.

На этом изображении показан мультиспектральный фотограф Psyche в процессе сборки и тестирования 13 сентября 2021 года в компании Malin Space Science Systems в Сан-Диего, Калифорния. Предоставлено: NASA / JPL-Caltech / ASU / MSSS.

Система связи космического корабля поможет и науке. Радиосистема X-диапазона в основном используется для отправки команд на космический корабль и получения от него инженерных и научных данных. Но ученые также могут анализировать тонкие изменения в этих радиоволнах, чтобы измерить вращение, колебания, массу и гравитационное поле тела, что дает дополнительные подсказки о формировании и структуре внутренней части Психеи.

глаза на себя

Но прежде чем начнется какой-либо научный анализ, будут картинки. К концу 2025 года, через три года после запуска, «Психея» будет в пределах видимости астероида, а группа съемок будет в состоянии повышенной готовности.

«Еще до того, как мы выйдем на орбиту, мы начнем получать гораздо более качественные изображения, чем мы можем с телескопов на Земле. Мы начнем решать особенности, видеть большие кратеры, бассейны кратеров — возможно, горные хребты. Кто знает, что мы увидим? — сказал Джим Белл из государственного университета в Аризоне, заместитель главного исследователя по психологии и руководитель группы визуализации. «Все, что мы знаем, это то, что истина души будет более странной и прекрасной, чем мы можем себе представить».

На этой иллюстрации изображен космический корабль НАСА Psyche, запуск которого запланирован на август 2022 года. Предоставлено: NASA / JPL-Caltech / ASU.

Подробнее о миссии

Университет штата Аризона возглавляет миссию Psyche. Лаборатория реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии отвечает за общее управление миссией, системную инженерию, интеграцию и испытания, а также за выполнение миссий. Этап миссии, известный как операции по сборке, тестированию и запуску, в настоящее время продолжается в Лаборатория реактивного движения. К весне следующего года Psyche будет полностью собран и готов к отправке в Космический центр Кеннеди НАСА.

JPL также предоставляет инструмент для демонстрации технологий под названием Deep Space Optical Communications, который также будет летать на Psyche, и который будет тестировать высокоскоростную лазерную связь, которую можно будет использовать в будущих миссиях НАСА.