Chiméra (kosmická loď) - Chimera (spacecraft) - Wikipedia

Chiméra
Chimera Discovery Mission Concept.png
Brána k kentaurům a tajemství formování malého těla
Typ miseKentaur Orbiter
OperátorNASA
Trvání mise> 2 roky průzkumu orbity
Vlastnosti kosmické lodi
VýrobceLockheed Martin [1]
Začátek mise
Datum spuštění2025-2026 (navrhováno)[1]
Nástroje
Viditelné a tepelné zobrazovače, hmotnostní a infračervené spektrometry, radar[1]
 

Chiméra je koncept mise NASA na oběžné dráze a prozkoumávání 29P / Schwassmann-Wachmann 1 (SW1), aktivní, výbuch malé ledové tělo ve vnější sluneční soustavě.[1][2][3][4] Koncept byl vyvinut v reakci na výzvu NASA k možným misím v roce 2019 Třída Discovery,[5] a bylo by to první setkání kosmické lodi s a Kentaur a první okružní průzkum malého tělesa ve vnější sluneční soustavě. The Chiméra návrh byl zařazen do první úrovně (kategorie 1) podání, ale nebyl vybrán pro další vývoj z programových důvodů zachování vědecké rovnováhy.

SW1 je členem Kentaurská skupina, populace téměř nedotčených objektů, které byly gravitačně narušeny z Kuiperův pás na nestabilní oběžné dráhy v oblasti mezi Jupiterem a Neptunem. Mnoho kentaurů nakonec migruje do vnitřní sluneční soustavy, aby se stalo krátké období, komety „Jupiter Family“ (JFC),[6] a věří se, že SW1 okupují orbitální „bránu“, kterou procházejí, když provádějí tento přechod.[7] Vlastnosti SW1 jsou a chimérický kombinace ledových malých těles v různých bodech jejich vývoje od okrajů sluneční soustavy po aktivní komety procházející poblíž Slunce. To poskytuje jedinečnou příležitost studovat, jak se tyto objekty formovaly, skládají a mění se v průběhu času. Během více než dvouletého orbitálního setkání Chiméra by vzorkoval unikající plynné koma SW1, studoval jeho vzorce aktivity a výbuchu, mapoval složení a topografii jeho povrchu, zkoumal jeho vnitřek a sledoval změny, jak se vyvíjí.

Věda

Jupiterova rodinná kometa 67P / Churyumov-Gerasimenko jak je zobrazeno Rosetta kosmická loď.
Objekt Kuiperova pásu 486958 Arrokoth (vlevo), jak je zobrazeno Nové obzory je ve srovnání s 67P / Churyumov-Gerasimenko (vpravo nahoře: zobrazeno v relativní velikosti). Erozivní účinek aktivity komety na 67P je patrný ve srovnání s relativně nevýrazným povrchem Arrokoth.
Obrázek 29P / Schwassmann-Wachmann 1 vzít s Spitzerův dalekohled ukazuje přítomnost jeho perzistentního prachového kómatu.

Ledová malá těla jsou prvotní ozvěny formování našich Sluneční Soustava, s fyzikálními vlastnostmi odvozenými z disk tvořící planetu[8] a distribuce oběžné dráhy související s ranou migrace[9] obřích planet. Vyšetřování jejich složení (led a plyn), tvaru a vnitřní struktury - to vše poskytuje vhled do procesu vývoje planet. Moderní populace ledových malých těles zahrnuje nemodifikované objekty na stabilních drahách vzdálené vnější sluneční soustavy (např Kuiperův pás a Oortův mrak ) a více vyvinuté objekty, které migrovaly dovnitř směrem ke Slunci, aby se z nich staly komety s dlouhou dobou (např. C / 1995 O1 (Hale-Bopp), komety krátké doby (např. 67P / Churyumov-Gerasimenko ) a Kentaury.

Kentauri jsou nejméně pozměněná ledová tělesa obíhající kolem Neptunu, s fyzickými vlastnostmi, které jsou mezi malými ledovými tělesy zkoumanými předchozími (např. Rosetta, Nové obzory ) a plánované (např. Lucie, Interceptor komety ) mise kosmických lodí. Jejich oběžné dráhy jsou nestabilní a v časových intervalech 1–10 Myr[7][10] jsou buď rozptýleni zpět do svých Trans-Neptunian zdrojová oblast nebo dovnitř ke Slunci, kde se stávají kometami. Kentauri jsou příliš daleko od Slunce, než aby na nich mohlo dojít k velkému kometárnímu chování na bázi vody, ale jsou si dostatečně blízcí, aby u některých došlo k formě sporadické aktivity.[11][12] Toto zpracování v rané fázi poskytuje příležitost prozkoumat přechod ledových planetesimálů z jejich prvotních počátků do jejich silně zvětralého kometárního konečného stavu.

Od svého objevu během výbuchu v roce 1927, vlastnosti 29P / Schwassmann-Wachmann 1 identifikovali to jako záhadné ve srovnání s jinými známými kometami[13] a kandidát na podrobné studium.

  • SW1 je nejaktivnější malé těleso ve vnější sluneční soustavě a jediný známý Kentaur nepřetržitě aktivní.
  • SW1 má stoletou historii prožívání velkých (2-5 Vizuální velikost ) výbuch události, které mohou vyloučit ≥109 kg prachu, plynu a ledu.[14][12] Moderní studie ukazují vzplanutí ~ 7 ročně,[15] dělat to jediný známý objekt, kde příležitost in situ studium těchto vysoce energetických událostí je zaručeno jako součást dlouhodobého setkání kosmické lodi.
  • SW1 obíhá uvnitř dynamické „brány“, kterou prochází většina budoucích JFC.[7] Forward modeling dává SW1 75% šanci stát se JFC během příštích 4000 let.

Fyzikální vlastnosti SW1 a jeho oběžné dráhy jej současně spojují s ledovými planetesimály v několika evolučních stavech. Jeho studie poskytuje vhled do jejich charakteristické historie.

  • Oběžná evoluce SW1 je spojena jak s KBO (Kuiper Belt Objects), tak s JFC.
  • Vzory aktivity SW1 odrážejí vzorce LPC v oblasti obří planety.[12][16]
  • SW1 prochází fyzickým zpracováním společným pro embryonální JFC.
  • Tepelné prostředí SW1 je podobné prostředí v SW1 Trojské koně Jupiter během možného raného aktivního období.[17]

Přístupnost a prostředí

Orbitální diagram 29P / Schwassmann-Wachmann

Oběžná dráha SW1 má nejmenší poloviční hlavní osa (5.986 au ) velkých kentaurů, velmi nízko excentricita (E= 0,044) a skromný sklon (9,39 °). Tyto faktory se spojují s jeho blízkostí k Jupiteru, aby byl jedinečně přístupný pro orbitální setkání v rámci zdrojů Objev třída mise. Podobně jako u jiných kentaurů s okolními prsteny a kryty úlomků (např. 10199 Chariklo,[18] 2060 Chiron[19]), Jádro SW1 je zakryto rozsáhlým prachovým kómatem, které je neustále doplňováno kombinací nepřetržité aktivity a velkých výbuchů. Zatímco přítomnost větších zrn kómatu kolem těchto objektů by mohla představovat nebezpečí během setkání s vysokou relativní rychlostí, jejich prostředí je příznivé pro kosmické lodě na mnohem pomalejších orbitálních trajektoriích. SW1 má odhadovaný průměr 60,4 ± 7,4 km[20] to je větší než jakýkoli známý JFC a srovnatelné v obou velikostech[21] a činnost[12] na známou dlouholetou kometu Hale-Bopp. Míra jeho rotace je méně omezená a několik studií získalo období od několika dnů až po 2 měsíce.[14][22][23]

Návrh mise

Prime spustit okna pro Chimeru jsou v letech 2025 a 2026. Dráha kosmické lodi využívá vzácnou planetární konfiguraci, která se neopakuje až do 80. let 20. století. Série gravitační asistenční manévry se používají k umístění chiméry na SW1 s dostatečně nízkou relativní rychlostí, aby to bylo možné orbitální vložení. Několik planetárních a setkání malého těla během fáze plavby jsou možné možnosti pro zvýšení vědecké návratnosti. Chiméra bude prvním průzkumem malého tělesa vnější sluneční soustavy a třetí misí na orbitální kosmické lodi (po Cassini-Huygens a nadcházející Vážka ) operovat za Jupiterem. Bude to také nejvzdálenější mise kosmické lodi využívající sluneční energii.

Fáze setkávání mise začíná zpomalením kosmické lodi za Hill koule SW1. Poté následuje pomalý přístup při relativní rychlosti <10 m / s, během kterého jsou charakterizovány vlastnosti jádra, vzorce aktivity, chování výbuchu a prostředí úlomků. Po vložení oběžné dráhy začíná Chimera podrobně studovat povrchovou topografii, distribuci ledu a tepelné charakteristiky, distribuci a velikost aktivity a výbuchy, vnitřní strukturu jádra a in situ složení plynného kómatu. Během následujících ~ 2 let bude oběžná dráha kosmické lodi postupovat směrem k nižším nadmořským výškám, aby provedla intenzivní studium oblastí zájmu, sledovala fyzický vývoj, získala přesnější vnitřní měření a vzorkovala blízký podpovrch.

Vědecké užitečné zatížení

Cíle průzkumu chiméry[1] jsou dosaženy kombinací měření včetně

  • Zobrazování ve vysokém rozlišení povrchových prvků a okolního prachu při viditelných vlnových délkách,
  • Spektroskopie povrchu, prachu a plynná koma složení v blízké infračervené oblasti,
  • In situ Hmotová spektroskopie elementárního, molekulárního a plazmatického složení plynná koma,
  • Gravitační věda použitím Dopplerovy směny ve frekvenci vysílače kosmické lodi k měření vnitřní distribuce hmoty jádra,
  • Wide-Field Monitoring pro události výbuchu a obíhající trosky,
  • Termální zobrazování teplot na povrchu a v prachovém kómatu,
  • Radar měření struktury a složení blízkého podpovrchového povrchu.

Vývojářský tým

The Chiméra koncepce mise je společným vývojem Lunární a planetární laboratoř na University of Arizona, Goddardovo vesmírné středisko, a Lockheed Martin.

Reference

  1. ^ A b C d E Harris, W .; Woodney, L .; Villanueva, G. (2019). „Chimera: Mission of Discovery to the First Centaur“ (PDF). EPSC Abstracts (EPSC-DPS Joint Meeting 2019). 13.
  2. ^ Harris, W .; Woodney, L .; Villanueva, G. (2019). Chimera: Mission of Discovery to the First Centaur. AGU Fall Meeting. str. 627815.
  3. ^ Wall, M. (25. března 2019). „Centaurs Rising: NASA Eyes Mission to Weird Asteroid-Comet Hybrids“. ProfoundSpace.org.
  4. ^ Kornfeld, L. (22. listopadu 2019). „Dvě mise kentaurů navrhly program objevů NASA“. Spaceflightinsider.com.
  5. ^ „NASA Discovery Program 2019 Announcement of Opportunity“. nasa.gov. 8. dubna 2019.
  6. ^ Duncan, M. J.; Levison, H.F. (1997). "Rozptýlený disk komety a původ komet rodiny Jupiterů". Věda. 276 (5319): 1670–2. Bibcode:1997Sci ... 276.1670D. doi:10.1126 / science.276.5319.1670. PMID  9180070.
  7. ^ A b C Sarid, G .; Volk, K .; Steckloff, J .; Harris, W .; Womack, M .; Woodney, L. (2019). „29P / Schwassmann-Wachmann 1, Kentaur v bráně do komet rodiny Jupiterů“. The Astrophysical Journal Letters. 883 (1): 7. arXiv:1908.04185. Bibcode:2019ApJ ... 883L..25S. doi:10.3847 / 2041-8213 / ab3fb3. S2CID  199543466.
  8. ^ Willacy, K .; et al. (2015). „Složení protosolárního disku a podmínky formování komet“. Recenze vesmírných věd. 197 (1–4): 151–190. doi:10.1007 / s11214-015-0167-6. S2CID  59928574.
  9. ^ Tsiganis, K .; Gomes, R .; Morbidelli, A .; Levison, H. (2005). "Původ orbitální architektury obřích planet sluneční soustavy". Příroda. 435 (7041): 459–461. Bibcode:2005 Natur.435..459T. doi:10.1038 / nature03539. PMID  15917800. S2CID  4430973.
  10. ^ Tiscareno, M .; Malhotra, R. (2003). „Dynamika známých kentaurů“. Astronomický deník. 126 (6): 3122–3131. arXiv:astro-ph / 0211076. Bibcode:2003AJ .... 126,3122T. doi:10.1086/379554. S2CID  8177784.
  11. ^ Jewitt, D. (2009). „Aktivní kentaury“. Astronomický deník. 137 (5): 4296–4312. doi:10.1088/0004-6256/137/5/4296.
  12. ^ A b C d Wierzchos, K .; Womack, M .; Sarid, G. (2017). „Oxid uhelnatý ve vzdáleně aktivním kentauru (60558) 174P / Echeclus na 6 au ". Astronomický deník. 153 (5): 8. arXiv:1703.07660. Bibcode:2017AJ .... 153..230W. doi:10,3847 / 1538-3881 / aa689c. S2CID  119093318.
  13. ^ Van Biesbroeck, G. A. (1928). „Poznámky k kometě: kometa 1927 d (Stearns) kometa 1927 h (Encke) kometa 1927 j (Schwassmann-Wachmann)“. Populární astronomie. 36: 69.
  14. ^ A b Schambeau, C .; Fernández, Y .; Samarasinha, N .; Mueller, B .; Woodney, L. (2017). „Analýza pozorování v pásmu R výbuchu komety 29P / Schwassmann-Wachmann 1 za účelem omezení stavu rotace jádra“. Icarus. 284: 359–371. Bibcode:2017Icar..284..359S. doi:10.1016 / j.icarus.2016.11.026.
  15. ^ Trigo-Rodríguez, J .; et al. (2008). "Aktivita výbuchu v kometách. I. Kontinuální monitorování komety 29P / Schwassmann-Wachmann 1". Astronomie a astrofyzika. 485 (2): 599–606. doi:10.1051/0004-6361:20078666.
  16. ^ Bauer, J .; et al. (2015). „The NEOWISE-Objevená populace komety a CO + CO2 Výrobní sazby ". Astrofyzikální deník. 814 (85): 24 bodů doi:10.1088 / 0004-637X / 814/2/85.
  17. ^ Morbidelli, A .; Levison, H. F .; Tsiganis, K .; Gomes, R. (26. května 2005). "Chaotické zachycení Jupiterových trojských asteroidů v rané sluneční soustavě". Příroda. 435 (7041): 462–465. Bibcode:2005 Natur.435..462M. doi:10.1038 / nature03540. PMID  15917801. S2CID  4373366.
  18. ^ Braga-Ribas, F .; et al. (2014). "Byl zjištěn kruhový systém kolem kentaura (10199) Chariklo". Příroda. 508 (7494): 72–75. arXiv:1409.7259. Bibcode:2014Natur.508 ... 72B. doi:10.1038 / příroda13155. PMID  24670644. S2CID  4467484.
  19. ^ Sickafoose, A .; et al. (2019). „Charakterizace materiálu kolem kentaura (2060) Chirona z viditelného a téměř infračerveného hvězdného zákrytu v roce 2011“. MNRAS. 491 (3): 3643–3654. arXiv:1910.05029. Bibcode:2019MNRAS.tmp.2726S. doi:10.1093 / mnras / stz3079. S2CID  204402461.
  20. ^ Schambeau, C .; Fernández, Y .; Lisse, C .; Samarasinha, N .; Woodney, L. (2015). "Nová analýza Spitzer pozorování komety 29P / Schwassmann-Wachmann 1 ". Icarus. 260: 60–72. arXiv:1506.07037. Bibcode:2015Icar..260 ... 60S. doi:10.1016 / j.icarus.2015.06.038. S2CID  119298410.
  21. ^ Fernández, Y .; et al. (1999). „Vnitřní koma a jádro komety Hale – Bopp: Výsledky hvězdné zákulisí“. Icarus. 140 (1): 205–220. Bibcode:1999Icar..140..205F. doi:10.1006 / icar.1999.6127.
  22. ^ Miles, R. (2016). „Diskrétní zdroje kryovulkanismu na jádru komety 29P / Schwassmann-Wachmann a jejich původ“. Icarus. 272: 387–413. Bibcode:2016Icar..272..387M. doi:10.1016 / j.icarus.2015.11.011.
  23. ^ Stansberry, J .; et al. (2004). „Spitzerova pozorování prachového kómatu a jádra 29P / Schwassmann-Wachmann“. Astrophysical Journal Supplement Series. 154 (1): 463–468. doi:10.1086/422473.

externí odkazy