Tillbaka i oktober, tillkännagivandet av den första interstellära asteroiden utlöste en rörelse av spänning. Sedan den tiden har astronomer genomfört uppföljningsobservationer av objektet känt som 1I / 2017 U1 (aka. `Oumuamua) och noterade några ganska intressanta saker om det. Till exempel, från snabba förändringar i dess ljusstyrka har det fastställts att asteroiden är stenig och metallisk och ganska konstigt formad.
Observationer av asteroidens omloppsbana har också avslöjat att den gjorde sitt närmaste pass till vår sol tillbaka i september 2017, och den är för närvarande på väg tillbaka till det interstellära utrymmet. På grund av de mysterier som detta organ innehar finns det de som förespråkar att det fångas upp och utforskas. En sådan grupp är Project Lyra, som nyligen släppte en studie med detaljer om de utmaningar och fördelar ett sådant uppdrag skulle ge.
Studien, som nyligen dök upp online under titeln "Project Lyra: Sending a Spacecraft to 1 / 'Oumuamua (fd A / 2017 U1), the Interstellar Asteroid", genomfördes av medlemmar av Initiative for Interstellar Studies (i4iS) - en frivilligorganisation som ägnar sig åt att göra interstellar rymdresor till verklighet inom en snar framtid. Studien stöds av Asteroid Initiatives LLC, ett asteroideundersökningsföretag som ägnar sig åt att underlätta utforskning och kommersiell exploatering av asteroider.
För att sammanfatta, när Oumuamua först observerades den 19 oktober 2017, av astronomer som använde University of Hawaiis Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS), antogs ursprungligen objektet (då känt som C / 2017 U1) en komet. Efterföljande observationer avslöjade emellertid att det faktiskt var en asteroid och att det byttes namn till 1I / 2017 U1 (eller 1I / Oumuamua).
Uppföljningsobservationer gjorda med hjälp av ESO: s Very Large Telescope (VLT) kunde placera begränsningar för asteroidens storlek, ljusstyrka, sammansättning, färg och bana. Dessa avslöjade att `Oumuamua mätte ungefär 400 meter lång, är mycket långsträckt och snurrar på sin axel var 7,3 timme - vilket indikeras av hur dess ljusstyrka varierar med en faktor tio.
Det bestämdes också att vara stenigt och metallrikt och att innehålla spår av toliner - organiska molekyler som har bestrålats av UV-strålning. Asteroiden har också en extremt hyperbolisk bana - med en excentricitet på 1,2 - som för närvarande tar den ut från vårt solsystem. Preliminära beräkningar av dess omlopp indikerade också att den ursprungligen kom från den allmänna riktningen av Vega, den ljusaste stjärnan i den norra stjärnbilden Lyra.
Med tanke på att denna asteroid har en extra sol-karaktär kan ett uppdrag som skulle kunna studera den på nära håll säga oss mycket om systemet i vilket den bildades. Det har kommit in i vårt system har också ökat medvetenheten om extra-sola asteroider, en ny klass av interstellära objekt som astronomer nu uppskattar anländer till vårt system med en hastighet av cirka en per år.
På grund av detta tror teamet bakom Project Lyra att studera 1I / Oumuamua skulle vara en möjlighet en gång i livet. Som de säger i sin studie:
”Eftersom 1I /‘ Oumuamua är det närmaste makroskopiska provet av interstellärt material, troligtvis med en isotopisk signatur som skiljer sig från något annat objekt i vårt solsystem, är de vetenskapliga avkastningen från provtagning av objektet svåra att underskatta. Detaljerad studie av interstellära material på interstellära avstånd är troligen decennier bort, även om Breakthrough Initiatives 'Project Starshot, till exempel, drivs kraftfullt. Därför är en intressant fråga om det finns ett sätt att utnyttja denna unika möjlighet genom att skicka ett rymdskepp till 1 / 'Oumuamua för att göra observationer på nära håll.'
Men naturligtvis är det många utmaningar att möta denna asteroid. Det mest uppenbara är hastigheten och det faktum att 1I / Oumuamua redan är på väg ut från vårt solsystem. Baserat på beräkningar av asteroidens omloppsbana har det fastställts att 1I / `Oumuamua reser med en hastighet av 26 km / s - vilket räcker till 95 000 km / timme (59 000 mph).
Inget uppdrag i rymdutforskningens historia har rest så snabbt och de snabbaste uppdragen hittills har bara kunnat hantera ungefär två tredjedelar av den hastigheten. Detta inkluderar det snabbaste rymdskeppet som lämnar solsystemet (Voyager 1) och det snabbaste rymdskeppet vid lanseringen ( Nya horisonter uppdrag). Så att skapa ett uppdrag som kan komma ikapp det skulle vara en stor utmaning. Som teamet skrev:
”Detta [är] betydligt snabbare än något objekt som mänskligheten någonsin har lanserat ut i rymden. Voyager 1, det snabbaste objektet som mänskligheten någonsin har byggt, har en hyperbolisk överskotthastighet på 16,6 km / s. Eftersom 1I / 'Oumuamua redan lämnar vårt solsystem, skulle alla rymdfarkoster som lanseras i framtiden behöva jaga det. "
Men när de fortsätter att säga skulle det att ta på sig denna utmaning oundvikligen resultera i viktiga innovationer och utveckling inom rymdutforskningstekniken. Självklart skulle lanseringen av ett sådant uppdrag behöva ske tidigare än senare, med tanke på asteroidens snabba hastighet. Men alla uppdrag som startas inom några år kan inte dra nytta av den senare tekniska utvecklingen.
Som den berömda författaren Paul Glister, en av grundarna av Tau Zero Foundation och skaparen av Centauri Dreams, noterade på sin webbplats:
”Utmaningen är formidabel: 1I / 'Oumuamua har en hyperbolisk överskotthastighet på 26 km / s, vilket motsvarar en hastighet på 5,5 AU / år. Det kommer att ligga utanför Saturnus omlopp inom två år. Detta är mycket snabbare än något objekt som mänskligheten någonsin har lanserat ut i rymden. ”
Som sådant skulle alla uppdrag monterade på 1 / Oumuamua innebära tre anmärkningsvärda avvägningar. Dessa inkluderar avvägningen mellan restid och delta V (d.v.s. rymdskeppets hastighet), avvägningen mellan lanseringsdatum och restid och avvägningen mellan startdatum / tripptid och den karakteristiska energin. Karakteristisk energi (C3) avser kvadratet för den hyperboliska överskottshastigheten, eller hastigheten i oändligheten med avseende på solen.
Sist, men inte minst, är avvägningen mellan rymdfarkostens överskridningshastighet vid lanseringen och dess överskotthastighet relativt asteroiden under mötet. Överskottshastighet är att föredra vid lanseringen, eftersom det kommer att resultera i kortare körtider. Men en hög överskottshastighet under mötet skulle innebära att rymdskeppet skulle ha mindre tid att utföra mätningar och samla in data om själva asteroiden.
Med allt det som redovisas överväger teamet sedan olika möjligheter för att skapa ett rymdskepp som skulle förlita sig på ett impulsivt framdrivningssystem (dvs ett med tillräckligt kraftfullt drivkraft). Dessutom antar de att detta uppdrag inte skulle involvera några planetariska eller solfria flygplatser och skulle flyga direkt till 1 / Oumuamua. Från detta etableras några grundläggande parametrar som de sedan lägger ut.
”Sammanfattningsvis är svårigheten att nå 1I /‘ Oumuamua en funktion av när man ska lansera, den hyperboliska överskottshastigheten och uppdragets varaktighet, ”indikerar de. ”Framtida uppdragsdesigners skulle behöva hitta lämpliga avvägningar mellan dessa parametrar. För ett realistiskt lanseringsdatum på 5 till 10 år är den hyperboliska överskridningshastigheten i storleksordningen 33 till upp till 76 km / s med ett möte på ett avstånd långt bortom Pluto (50-200AU). ”
Sist men inte minst överväger författarna olika uppdragsarkitekturer som för närvarande utvecklas. Dessa inkluderar sådana som skulle prioritera brådskande (dvs. lansering inom några år), som NASA: s Space Launch System (SLS) - som de hävdar skulle förenkla utformningen av uppdraget. En annan är SpaceXs Big Falcon Rocket (BFR), som de hävdar skulle kunna möjliggöra ett direktuppdrag senast 2025 tack vare dess tankningsteknik i rymden.
Dessa typer av uppdrag skulle emellertid också kräva en Jupiter-flyby för att ge en tyngdkraftsassistent. Med tanke på mer långsiktiga tekniker, som skulle betona mer avancerad teknik, överväger de också solsegladriven teknik. Detta exemplifieras av Breakthrough Initiatives Starshot-koncept, vilket skulle ge uppdragets flexibilitet och förmågan att snabbt reagera på framtida oväntade händelser.
Medan detta tillvägagångssätt skulle innebära väntande, möjlighet till framtida möten med en interstellär asteroid, skulle det möjliggöra snabb respons och ett uppdrag som kan undanröja gravitationstjänster. Det kan också möjliggöra ett särskilt attraktivt uppdragskoncept, som är att skicka små surrar av sönder till möte med asteroiden. Även om detta skulle innebära betydande investeringar, skulle infrastrukturens värde motivera utgifterna, hävdar de.
I slutändan bestämde teamet att ytterligare forskning och utveckling är nödvändig, vilket säkerställer betydelsen av Project Lyra. Som de drog slutsatsen:
”[A] uppdrag till objektet kommer att sträcka gränsen för vad som är tekniskt möjligt idag. Ett uppdrag som använder konventionellt kemiskt framdrivningssystem skulle vara möjligt med hjälp av en Jupiter-flyby för att tyngdkraften hjälper till ett nära möte med solen. Med tanke på de rätta materialen kan solsegleteknologi eller laserseglar användas ... Framtida arbeten inom Project Lyra kommer att fokusera på att analysera de olika uppdragskoncepten och teknikalternativen mer detaljerat och att välja ut 2 - 3 lovande koncept för vidareutveckling. ”
Det är en gammal axiom att skrämmande utmaningar är nödvändiga för innovation och förändring. I detta avseende har utseendet på `Oumuamua i vårt solsystem stimulerat intresset för att utforska interstellära asteroider. Och även om en möjlighet att utforska denna asteroid kanske inte är möjlig under de närmaste åren, kan framtiden för framtida steniga interlopers i vårt system bara nås.
