Химера (космический корабль)
 Врата к кентаврам и секреты формирования маленьких тел | |
| Тип миссии | Кентавр Орбитальный аппарат |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| Продолжительность миссии | >2 года орбитальных исследований |
| Свойства космического корабля | |
| Производитель | Локхид Мартин [ 1 ] |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 2025–2026 гг. (предлагается) [ 1 ] |
| Инструменты | |
| Приборы видимого и тепловизора, масс- и инфракрасные спектрометры, радары [ 1 ] | |
«Химера» — это концепция миссии НАСА по выводу на орбиту и исследованию 29P/Schwassmann-Wachmann 1 (SW1), активного, вспыхивающего небольшого ледяного тела во внешней части Солнечной системы . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Концепция была разработана в ответ на призыв НАСА в 2019 году о потенциальных миссиях класса Discovery . [ 5 ] и это была бы первая встреча космического корабля с «Кентавром» и первое орбитальное исследование небольшого тела во внешней Солнечной системе. Предложение «Химера» было отнесено к первому уровню (Категория 1) заявок, но не было выбрано для дальнейшей разработки по программным причинам сохранения научного баланса.
SW1 является членом группы Кентавров , популяции почти нетронутых объектов, которые были гравитационно возмущены из пояса Койпера и выведены на нестабильные орбиты в регионе между Юпитером и Нептуном. Многие кентавры в конечном итоге мигрируют во внутреннюю часть Солнечной системы и становятся короткопериодическими кометами «Семейства Юпитера» (JFC) . [ 6 ] и SW1, как полагают, занимают орбитальные «врата», через которые они проходят во время этого перехода. [ 7 ] Характеристики SW1 представляют собой химерическую комбинацию небольших ледяных тел в разных точках их эволюции от окраин Солнечной системы до активных комет, проходящих вблизи Солнца. Это дает уникальную возможность изучить, как эти объекты формировались, устроены и меняются с течением времени. В течение более чем двухлетнего орбитального взаимодействия «Химера» будет брать образцы выходящей газовой комы SW1, изучать характер ее активности и выбросов, составлять карту состава и топографии ее поверхности, исследовать ее внутреннюю часть и отслеживать изменения по мере ее развития.
Наука
[ редактировать ]
Малые ледяные тела — это первичные отголоски формирования Солнечной системы , физические свойства которых заимствованы у планеты, образующей диск. [ 8 ] и орбитальное распределение, связанное с ранней миграцией [ 9 ] планет-гигантов. Исследование их состава (льда и газа), формы и внутреннего строения дает представление о процессе развития планет. Современная популяция ледяных малых тел включает немодифицированные объекты на стабильных орбитах в удаленной внешней части Солнечной системы (например, пояс Койпера и облако Оорта ) и более развитые объекты, которые мигрировали внутрь к Солнцу и стали долгопериодическими кометами (например, C/1995 O1). (Хейла-Боппа) , короткопериодические кометы (например, 67P/Чурюмова-Герасименко ) и Кентавры .
Кентавры — наименее измененные ледяные тела, вращающиеся вокруг Нептуна, с физическими характеристиками, которые занимают промежуточное положение между небольшими ледяными телами, исследованными предыдущими (например, «Розетта» , «Новые горизонты» ), инициированными (например, «Люси» ) и запланированными (например, «Комета-перехватчик ») миссиями космических кораблей. Их орбиты нестабильны и во временах 1–10 млн лет [ 7 ] [ 10 ] они либо рассеиваются обратно в свою транснептуновую исходную область, либо внутрь, к Солнцу, где становятся кометами. Кентавры находятся слишком далеко от Солнца, чтобы могло произойти крупномасштабное поведение комет на водной основе, но они достаточно близки, что у некоторых наблюдается форма спорадической активности. [ 11 ] [ 12 ] Эта ранняя стадия обработки дает возможность изучить переход ледяных планетезималей от их изначального происхождения к их сильно выветриваемому кометному конечному состоянию.
С момента открытия во время вспышки в 1927 году характеристики 29P/Швассмана-Вахмана 1 сделали ее загадочной по сравнению с другими известными кометами. [ 13 ] и кандидат для детального изучения.
- SW1 — самое активное маленькое тело во внешней Солнечной системе и единственный Кентавр, который, как известно, постоянно активен.
- SW1 имеет многовековую историю возникновения крупных (2-5 визуальных величин ) вспышек , которые могут выбросить ≥10 9 кг пыли, газа и льда. [ 14 ] [ 12 ] Современные исследования показывают, что скорость вспышек составляет ~7 в год. [ 15 ] что делает его единственным известным объектом, где гарантирована возможность изучения этих высокоэнергетических событий на месте в рамках длительного сближения с космическим кораблем.
- SW1 вращается внутри динамических «ворот», через которые пройдет большинство будущих JFC. [ 7 ] Форвардное моделирование дает SW1 75% шанс стать JFC в течение следующих 4000 лет.
Физические характеристики SW1 и ее орбиты одновременно связывают ее с ледяными планетезималями, находящимися в нескольких эволюционных состояниях. Его исследование дает представление об их отличительной истории.
- Орбитальная эволюция SW1 связана как с KBO (объектами пояса Койпера), так и с JFC.
- Модель активности SW1 повторяет модель активности LPC в регионе планеты-гиганта. [ 12 ] [ 16 ]
- SW1 подвергается физическому процессингу, обычному для эмбриональных JFC.
- Тепловая среда SW1 аналогична тепловой среде троянцев Юпитера в возможный ранний активный период. [ 17 ]
Доступность и окружающая среда
[ редактировать ]
Орбита SW1 имеет наименьшую большую полуось (5,986 а.е. ) среди крупных Кентавров, очень низкий эксцентриситет ( e = 0,044) и умеренное наклонение (9,39 °). Эти факторы в сочетании с его близостью к Юпитеру делают его уникальным доступным для орбитального сближения в пределах ресурсов класса миссии «Дискавери» . Подобно другим Кентаврам с окружающими их кольцами и пеленой обломков (например, 10199 Харикло , [ 18 ] 2060 Хирон [ 19 ] ), ядро SW1 скрыто обширной пылевой комой, которая постоянно пополняется за счет сочетания непрерывной активности и крупных вспышек. Хотя присутствие более крупных зерен комы вокруг этих объектов может представлять опасность во время столкновений с высокими относительными скоростями, их среда благоприятна для космических кораблей, находящихся на гораздо более медленных орбитальных траекториях. SW1 имеет расчетный диаметр 60,4 ± 7,4 км. [ 20 ] это больше, чем любой известный JFC, и сопоставимо по размеру [ 21 ] и активность [ 12 ] к известной долгопериодической комете Хейла-Боппа . Скорость его вращения менее ограничена: в нескольких исследованиях были получены периоды от нескольких дней до двух месяцев. [ 14 ] [ 22 ] [ 23 ]
Дизайн миссии
[ редактировать ]Основные окна запуска «Химеры» приходится на 2025 и 2026 годы. Траектория космического корабля использует редкую планетарную конфигурацию, которая не повторяется до 2080-х годов. Серия гравитационных маневров используется для позиционирования Химеры на SW1 с относительной скоростью, достаточно низкой, чтобы обеспечить возможность вывода на орбиту . с планетами и встречи На этапе круиза возможны несколько вариантов малыми телами, чтобы повысить эффективность научных исследований. «Химера» станет первым орбитальным исследованием небольшого тела за пределами Солнечной системы и третьей миссией орбитального космического корабля (после «Кассини-Гюйгенс» и предстоящей «Стрекозы» ), которая будет работать за пределами Юпитера. Это также будет самая далекая миссия космического корабля, использующая солнечную энергию.
Фаза встречи миссии начинается с торможения космического корабля за пределами сферы Хилла SW1. За этим следует медленное сближение с относительной скоростью <10 м/с, во время которого характеризуются свойства ядра, характер активности, поведение вспышек и окружающая среда мусора. После выхода на орбиту «Химера» начинает детальное изучение топографии поверхности, распределения льда и тепловых характеристик, распределения и величины активности и вспышек, внутренней структуры ядра и на месте состава газовой комы . В течение последующих примерно двух лет орбита космического корабля будет продвигаться к более низким высотам для интенсивного изучения интересующих областей, мониторинга физической эволюции, получения более точных внутренних измерений и отбора проб приповерхностных слоев.
Научная полезная нагрузка
[ редактировать ]Цели Химеры исследования [ 1 ] достигаются с помощью комбинации измерений, включая
- Получение изображений высокого разрешения поверхностных элементов и окружающей пыли в видимых длинах волн.
- Спектроскопия состава поверхности, пыли и газового кома в ближней инфракрасной области спектра,
- in situ Масс-спектроскопия элементного, молекулярного и плазменного состава газовой комы ,
- Гравитация, использующая доплеровские сдвиги частоты передатчика космического корабля для измерения распределения внутренней массы ядра,
- Широкоугольный мониторинг выбросов и орбитального мусора,
- Тепловизионная съемка температур на поверхности и в пылевой коме,
- Радиолокационные измерения приповерхностного строения и состава.
Команда разработчиков
[ редактировать ]Концепция миссии «Химера» является совместной разработкой Лунной и Планетарной лаборатории Университета Аризоны , Центра космических полетов имени Годдарда и компании Lockheed Martin .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Харрис, В.; Вудни, Л.; Вильянуэва, Г. (2019). «Химера: миссия открытия Первого кентавра» (PDF) . Тезисы EPSC (Совместное заседание EPSC-DPS, 2019 г.) . 13 .
- ^ Харрис, В.; Вудни, Л.; Вильянуэва, Г. (2019). Химера: миссия открытия первого кентавра . Осеннее собрание АГУ . п. 627815.
- ^ Уолл, М. (25 марта 2019 г.). «Восстание кентавров: НАСА планирует миссию к странным гибридам астероидов и комет» . Space.com .
- ^ Корнфельд, Л. (22 ноября 2019 г.). «Две миссии «Кентавр» предложены для программы НАСА «Дискавери»» . Spaceflightinsider.com .
- ^ «Объявление о возможностях программы NASA Discovery 2019» . НАСА.gov . 8 апреля 2019 г.
- ^ Дункан, MJ; Левисон, Х.Ф. (1997). «Рассеянный кометный диск и происхождение комет семейства Юпитера». Наука . 276 (5319): 1670–2. Бибкод : 1997Sci...276.1670D . дои : 10.1126/science.276.5319.1670 . ПМИД 9180070 .
- ^ Jump up to: а б с Сарид, Г.; Волк, К.; Стеклофф, Дж.; Харрис, В.; Вомак, М.; Вудни, Л. (2019). «29P / Швассмана-Вахмана 1, Кентавр на пути к кометам семейства Юпитера» . Письма астрофизического журнала . 883 (1): 7. arXiv : 1908.04185 . Бибкод : 2019ApJ...883L..25S . дои : 10.3847/2041-8213/ab3fb3 . S2CID 199543466 .
- ^ Уилласи, К.; и др. (2015). «Состав протосолнечного диска и условия образования комет» . Обзоры космической науки . 197 (1–4): 151–190. arXiv : 1507.02328 . Бибкод : 2015ССРв..197..151Вт . дои : 10.1007/s11214-015-0167-6 . S2CID 59928574 .
- ^ Цыганис, К.; Гомес, Р.; Морбиделли, А.; Левисон, Х. (2005). «Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы». Природа . 435 (7041): 459–461. Бибкод : 2005Natur.435..459T . дои : 10.1038/nature03539 . ПМИД 15917800 . S2CID 4430973 .
- ^ Тискарено, М.; Малхотра, Р. (2003). «Динамика известных кентавров». Астрономический журнал . 126 (6): 3122–3131. arXiv : astro-ph/0211076 . Бибкод : 2003AJ....126.3122T . дои : 10.1086/379554 . S2CID 8177784 .
- ^ Джуитт, Д. (2009). «Активные кентавры» . Астрономический журнал . 137 (5): 4296–4312. arXiv : 0902.4687 . Бибкод : 2009AJ....137.4296J . дои : 10.1088/0004-6256/137/5/4296 .
- ^ Jump up to: а б с д Вержос, К.; Вомак, М.; Сарид, Г. (2017). «Окись углерода в отдаленно активном кентавре (60558) 174P/Echeclus на высоте 6 а.е.» . Астрономический журнал . 153 (5): 8. arXiv : 1703.07660 . Бибкод : 2017AJ....153..230Вт . дои : 10.3847/1538-3881/aa689c . S2CID 119093318 .
- ^ Ван Бисбрук, Джорджия (1928). «Заметки о комете: Комета 1927 d (Стернса) Комета 1927 h (Энке) Комета 1927 j (Швассмана-Вахмана)». Популярная астрономия . 36 : 69. Бибкод : 1928PA.....36...69В .
- ^ Jump up to: а б Шамбо, К.; Фернандес Ю.; Самарасинха, Н.; Мюллер, Б.; Вудни, Л. (2017). «Анализ наблюдений вспышки кометы 29P/Швассмана-Вахмана 1 в R-диапазоне с целью наложения ограничений на состояние вращения ядра» . Икар . 284 : 359–371. Бибкод : 2017Icar..284..359S . дои : 10.1016/j.icarus.2016.11.026 .
- ^ Триго-Родригес, Дж.; и др. (2008). «Вспышка активности комет. I. Непрерывный мониторинг кометы 29P/Швассмана-Вахмана 1» . Астрономия и астрофизика . 485 (2): 599–606. Бибкод : 2008A&A...485..599T . дои : 10.1051/0004-6361:20078666 .
- ^ Бауэр, Дж.; и др. (2015). « NEOWISE — обнаруженная популяция комет и темпы производства CO+CO 2 » . Астрофизический журнал . 814 (85): 24с. arXiv : 1509.08446 . Бибкод : 2015ApJ...814...85B . дои : 10.1088/0004-637X/814/2/85 .
- ^ Морбиделли, А.; Левисон, ХФ; Цыганис, К.; Гомес, Р. (26 мая 2005 г.). «Хаотический захват троянских астероидов Юпитера в ранней Солнечной системе». Природа . 435 (7041): 462–465. Бибкод : 2005Natur.435..462M . дои : 10.1038/nature03540 . ПМИД 15917801 . S2CID 4373366 .
- ^ Брага-Рибас, Ф.; и др. (2014). «Вокруг Кентавра (10199) Харикло обнаружена система колец». Природа . 508 (7494): 72–75. arXiv : 1409.7259 . Бибкод : 2014Natur.508...72B . дои : 10.1038/nature13155 . ПМИД 24670644 . S2CID 4467484 .
- ^ Сикафуз, А.; и др. (2019). «Характеристика материала вокруг кентавра (2060 г.) Хирона по видимому и ближнему инфракрасному звездному покрытию в 2011 году». МНРАС . 491 (3): 3643–3654. arXiv : 1910.05029 . Бибкод : 2020MNRAS.491.3643S . дои : 10.1093/mnras/stz3079 . S2CID 204402461 .
{{cite journal}}: CS1 maint: неотмеченный бесплатный DOI ( ссылка ) - ^ Шамбо, К.; Фернандес Ю.; Лиссе, К.; Самарасинха, Н.; Вудни, Л. (2015). «Новый анализ наблюдений Спитцера за кометой 29P/Швассмана-Вахмана 1». Икар . 260 : 60–72. arXiv : 1506.07037 . Бибкод : 2015Icar..260...60S . дои : 10.1016/j.icarus.2015.06.038 . S2CID 119298410 .
- ^ Фернандес Ю.; и др. (1999). «Внутренняя кома и ядро кометы Хейла – Боппа: результаты звездного затмения». Икар . 140 (1): 205–220. Бибкод : 1999Icar..140..205F . дои : 10.1006/icar.1999.6127 .
- ^ Майлз, Р. (2016). «Дискретные источники криовулканизма на ядре кометы 29P/Швассмана-Вахмана и их происхождение» . Икар . 272 : 387–413. Бибкод : 2016Icar..272..387M . дои : 10.1016/j.icarus.2015.11.011 .
- ^ Стэнсберри, Дж.; и др. (2004). «Наблюдения Спитцера пылевой комы и ядра 29P/Швассмана-Вахмана» . Серия дополнений к астрофизическому журналу . 154 (1): 463–468. Бибкод : 2004ApJS..154..463S . дои : 10.1086/422473 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
