Az üstökösvadász űrszonda merész útvonaltervei

2233

Hogyan lehet egy űrszonda pályáját előre megtervezni egy ma még nem is ismert új üstökös közeli meglátogatására? Ezt a kérdést vizsgálták meg az ESA Comet Interceptor űrszonda pályáját tervező égi mechanikusok, űrkutatók.

Az Oort-felhőből “frissen” (friss jeges-poros anyaggal) érkező, ún. dinamikailag új üstökösök magjában szinte átalakulás nélkül megőrződött a Naprendszer kialakuláskori őseredeti anyaga. Tehát ezeknek az üstökösöknek a közeli űrszondás vizsgálata fontos új ismereteket adhat az ősi Naprendszer fizikai és kémiai viszonyairól. Az is érdekes kérdés, hogy közelről vizsgálva milyen hasonlóságok és különbségek lehetnek a rövid keringési idejű üstökösök és a távoli üstökösfelhőből frissen érkezett üstökös magjának felépítése és összetétele között.

Ezt a célt tűzte ki 2019-ben az ESA, vagyis az Oort-felhő távoli térségeiből a Naprendszer belső vidékeire érkező dinamikailag új üstökös közeli (in situ) tanulmányozását, amire eddig még nem volt példa a Naprendszer kutatásának történetében. A Comet Interceptor az ESA F-osztályú (F=Fast, vagyis gyors), európai és japán együttműködésben megvalósuló űrmissziója, amely a jelenlegi tervek szerint egy főszondából és a rajta elhelyezett kis méretű japán űrszondából áll majd. A főszonda és a japán űrszonda az üstökössel való találkozás előtt elválna egymástól, és a japán szonda a főszonda után időbeli késéssel közelítené meg az üstököst, így az üstökös kómájának, illetve magja felszínének időbeli változásai is megfigyelhetők lennének.

Az ESA részéről a program koordinálását angol és olasz kutatók végzik. Hazánk teljes jogú ESA-tagságának köszönhetően a program jelentős magyar részvétellel valósul meg az űrtechnikai mérnöki tervezőmunka és kivitelezés, illetve a csillagászati (üstökös) kutatások területén történő hozzájárulással, az űrtechnikai és tudományos kutatási területeken több évtized alatt összegyűlt tapasztalatokra alapozva.

Az alkalmas célüstököshöz történő sikeres eljutáshoz célszerű, hogy a Comet Interceptor szonda már a világűrben legyen, és csak útnak kelljen indítani a megfelelő irányba a megfelelő sebességgel. Az űrszonda Földről történő elindítása után a Nap‒Föld‒űrszonda égi mechanikai háromtest-probléma Nap‒Föld félegyenesén levő L2 Lagrange-pont körüli parkolópályára kerülne, és mint egy üstökösvadász ott állna lesben, várná a kedvező pillanatot, vagyis a földi utasítást, hogy útnak induljon egy előzőleg felfedezett dinamikailag új üstökös felé.

Az L2 pont körüli parkolópálya úgynevezett halopálya, ami a Nap‒Föld‒L2 félegyenes Nap körül forgó (a Föld és az L2 kering a Nap körül) koordináta-rendszerében közel periodikus pálya.

A Nap‒Föld‒kis égitest (pl. egy űrszonda) égi mechanikai háromtest-probléma L1, L2, L3, L4 és L5 Lagrange-pontjainak elhelyezkedése. Az L1 és L2 pontok közelében gyakran űrszondák, űrtávcsövek vannak viszonylag stabil Nap körüli pályán (NASA/WMAP Science Team, Sky and Telescope online, 2021. augusztus 3.)

A ma még ismeretlen új üstököst az égboltfelméréseket végző 8 méteres
Legacy Survey in Space and Time (röv. LSST, a Vera C. Rubin Obszervatórium pár éven belül elinduló felmérése) segítségével keresnék elsősorban. Persze jó, ha minél hamarabb felfedezik a lehetséges célobjektumot, hogy a pályáját minél pontosabban meg lehessen határozni, és az űrszonda útját a találkozásig meg lehessen tervezni.

Milyen pályán indítva lehet majd eljuttatni az L2 pontban parkoló Comet Interceptor űrszondát a célüstüköshöz? Ezt a kérdést vizsgálta Joan Pau Sánchez és munkacsoportja a Cranfield Egyetem Légi- és Űrtechnológiai Iskolája keretében (Egyesült Királyság), valamint további angol, spanyol, olasz űrkutatási és csillagászati intézetek kutatóival közös munkában.

A találkozásra az üstököspálya és az ekliptika metszéspontjai közül a megfelelőbb pont közelében kerülne sor. Csak olyan találkozási pont jöhetne szóba a tervek szerint, amely a Naptól 0,8‒1,2 CSE távolságra lenne, vagyis a földpálya közelében. A tervek szerint az űrszonda 2029-ben indulna, és érné el az L2 várakozási körzetét (halopálya az L2 körül) és a misszió mintegy hat évig tartana.

Sánchez és munkatársai az L2 pont elhagyására két útvonalat határoztak meg annak függvényében, hogy a találkozási pont a Föld keringéséhez képest a Föld előtt, illetve mögötte lemaradva van-e. A pályamanőverekhez hintamanővert is alkalmaznak majd a Hold, illetve a Föld lendítő hatását kihasználva. A Föld elé indításkor csak a Hold hatását használják ki erre, míg a Föld mögé indítva a Hold, majd a Föld hatásait is felhasználják.

A Comet Interceptor űrszonda két lehetséges pályája a Nap‒Föld forgó félegyenes által meghatározott forgó koordináta-rendszerben az L2 körüli halopályáról a célüstökössel való találkozási pont felé (Mullard Space Science Laboratory, Sánchez és munkatársai, 2021)

A kutatócsoport egyik tagja, Geraint Jones (Mullard Space Science Laboratory és Centre for Planetary Science UCL/Birckbeck, UK), a Comet Interceptor program koordinátora szerint az üstökös pályamenti sebességétől függően a legközelebbi találkozási pontban a szonda és az üstökös relatív sebessége 10 km/s és 70 km/s között lehet az üstökösporral történő ütközés káros hatásainak elkerülését szem előtt tartva.

Az elmúlt évtizedekben (az 1950-es évektől) voltak szép példák az Oort-felhőből a Naprendszer belső térségeibe érkezett fényes, látványos üstökösökre, mint például az alábbi szép felvételen látható, 1976 kora tavaszán a hajnali égen tündöklő West-üstökös. A West 1976. február 25-én került perihéliumba 0,19 CSE-re a Naptól, tehát 2021-ben ennek éppen 45 éve.

Az 1976. február 25-i napközelsége utáni hetekben a West-üstökös igen látványos por- és gázcsóváival beragyogta a hajnali égboltot. A felvételt 1976. március 9-én John Laborde készítette egy 135 mm-es teleobjektívvel 30 perces expozíciós idővel egy filmes fényképezőgéppel a Tierra del Sol obszervatóriumban a kaliforniai San Diego megyében (Solar System Views)

A mai nagy teleszkópoknak és érzékeny, nagy látómezejű CCD-kameráknak köszönhetően a Comet Interceptor számára évente akár három megfelelő üstököscélpont is lehetséges, és a szonda hat évre tervezett működése során legalább egy elérhető is lehet. A Comet Interceptor űrmisszió számára a jövőben tehát mindenképp adódhat érdekes célobjektum, naprendszerbeli dinamikailag új üstökös, de akár egy, a csillagközi térből érkezett és a Naprendszeren átszáguldó, a Tejútrendszer egy másik csillaga körül kialakult extraszoláris üstökös vagy kisbolygó is. Ilyen kis égitestekre már volt példa: 1I/’Oumuamua és 2I/Borisov esetében.

Az ESA Comet Interceptor űrmissziójának alapvetően egy dinamikailag új üstökös lesz a célpontja, de ha a szonda tervezett várakozási idejében nem lenne a “láthatáron” dinamikailag új üstökös vagy a csillagközi térből a Föld pályája közelébe kerülő objektum, akkor tartaléknak a már ismert és látványosan magtöredékeire esett 73P/Schwassmann‒Wachmann 3 ekliptikai üstökös van kijelölve a 2021-ben érvényes ESA tervek szerint.

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Források:

Hozzászólás

hozzászólás