Sunkus manevras. Kodėl NASA siunčia zondą į Jupiterio orbitą

Planuojama, kad NASA erdvėlaivis "Lucy" bus paleistas spalio 16 dieną ir keliaus prie Jupiterio Trojos asteroidų. Šie maži dangaus kūnai, skriejantys aplink Saulę toje pačioje orbitoje kaip artimiausia planeta, pasak mokslininkų, yra originalios protoplanetinės medžiagos fragmentai. Šiuo požiūriu "Lucy" misija — savotiška kelionė laiku, unikali galimybė pamatyti, kaip atrodė ir iš ko susidarė jauna Saulės sistema prieš keturis su puse milijardo metų. Apie tai RIA Novosti medžiagoje rašo Vladislavas Strekopytovas.

Lagranžo taškai

XVIII amžiaus pabaigoje prancūzų matematikas ir astronomas Žozefas Lui Lagranžas įrodė, kad, pavyzdžiui, dviejų masyvių kūnų, tokių kaip Saulė ir aplink ją besisukanti planeta, sistemoje yra taškų, kuriuose gravitacinis poveikis yra supusiausvyrinamas. Ir jų yra penki.

Lagranžo taškuose, kaip nuo to laiko jie buvo vadinami ir žymimi nuo L1 iki L5, mažos masės kūnai nepatiria jokios kitos įtakos, išskyrus gravitaciją iš dviejų pagrindinių sistemos kūnų, ir lieka nejudantys jų atžvilgiu. Kitaip tariant, nedideli kosminiai objektai, patenkantys į bet kurios planetos Lagranžo taškų apylinkes, pradeda suktis su ja aplink Saulę.

1906 metais buvo patvirtinta prancūzų mokslininko teorija — viename iš Jupiterio Lagranžo taškų buvo atrastas asteroidas, kuriam suteiktas Achilo vardas Homero epinės poemos "Iliada" herojaus garbei. Beveik iš karto dar dvi dešimtys asteroidų buvo aptikti Jupiterio orbitoje taškuose L4 ir L5 ir jie pavadinti Trojos arkliu. L4 objektai buvo pavadinti poezijos graikų simbolių, L5 — Trojos gynėjų vardu.

O "Lucy" misija pavadinta pirmojo Australopiteko, seniausio žmogaus protėvio, kurį 1974 metais Etiopijoje rado prancūzų ir amerikiečių ekspedicija (jai vadovavo Donaldas Johansonas), vardu. Čia yra dviguba prasmė. Viena vertus, erdvėlaivis juda link Jupiterio Trojėno, kaip seniausios kosminės "iškastinės liekanos", liudijančios apie ankstyviausią Saulės sistemos formavimosi etapą. Kita vertus, pakeliui, pagrindiniame asteroido žiede tarp Marso ir Jupiterio orbitų, "Lucy" praskries pro asteroidą 52246 Donaldjohanson, pavadintą Amerikos antropologo vardu.

Šiandien Saulės sistemoje yra 7 681 Trojėnas. Jupiteris turi 7 642, Marsas — devynis, Neptūnas — 28, Uranas ir Žemė — po vieną. Mokslininkai vis dar nežino, kodėl Jupiteris jų turi tiek daug.

"Viena iš pagrindinių "Lucy" misijos užduočių — nustatyti, kaip jie ten susikaupė. Tai nevienareikšmis klausimas. Matyt, Trojėnai atsirado ankstyviausiuose Saulės sistemos formavimosi etapuose. Ištyrę jų sudėtį ir morfologiją, mes galėsime aiškiau kalbėti apie jų kilmę", — aiškina RIA Novosti Valerijus Šematovičius, Rusijos mokslų akademijos Astronomijos instituto Saulės sistemos tyrimų skyriaus vedėjas.

Prieš septynerius metus, kai buvo svarstomas misijos projektas, buvo manoma, kad prietaisas aplankys du asteroidus, tačiau padedami šiuolaikinių superkompiuterių jie apskaičiavo optimalią orbitos trajektoriją ir degalų pakaks šešiems Trojėnams iš abiejų grupių.

Misijai skirta 12 metų. 2027 metais prietaisas pasieks L4 tašką ir praskris pro keturis asteroidus. Po to "Lucy" grįš į Žemę, o gravitacinis manevras nukels ją į 2033 metus Jupiterio-Saulės sistemos L5 taške, kur "Lucy" aplankys unikalų dvigubą asteroidą "Patroclus-Menethius".

Trojėnai — planetos formavimosi epochos liudininkai

Pagal sudėtį Trojėnai turėtų būti kuo arčiau pirminės medžiagos, iš kurios buvo suformuota Saulės sistema. Tačiau protoplanetinis debesis nebuvo būtent toks.

"Kalbama apie vadinamojo fragmentacinio disko medžiagą, į kurią įeina pirminės medžiagos liekanos, kurios nebuvo naudojamos planetoms formuoti, bet jau buvo šiek tiek apdorotos. Asteroidai yra objektai, kurie šiek tiek išsivystė dėl susidūrimų vienas su kitu. Visų pirma, kai kuriose prasidėjo pirminė diferenciacija", — patikslina Šematovičius.

Tai reiškia gravitacinę diferenciaciją — procesą, kurio metu, veikiant sunkio jėgai, sunkesni cheminiai elementai, tokie kaip geležis, nikelis ir kiti metalai, pamažu nusileidžia žemyn ir kaupiasi protoplanetos šerdyje, o lengvesni, tokie kaip silicis, pakyla į paviršių.

Apie diferenciaciją liudija tai, kad tarp asteroidų yra beveik visiškai metalinių. "Lucy" turi rasti tokių šalia Jupiterio.

"Kai mes juos ištyrinėsime — sudėtį, morfologiją, tada, ko gero, galėsime pasakyti, kas tai buvo — sunaikintas didelis asteroidas ar planetos užuomazga. Kol kas mes negalime pažvelgti taip toli į praeitį", — sako mokslininkas.

Klasikinis metalinio asteroido pavyzdys — Psichėja pagrindiniame take, tarp Marso ir Jupiterio orbitų. Manoma, kad Psichėja — metalinė šerdis arba protoplanetos šerdies fragmentas, kuris sugriuvo Saulės sistemos susidarymo aušroje dėl susidūrimo su kitu dideliu dangaus kūnu. Dėl to metalinę šerdį supančios silikatinės kilmės uolienos korpusas atskilo ir išsibarstė. Dabar asteroidus sudaro 90 proc. metalų ir dešimt proc. silikatų. 2022 metų liepos mėnesį NASA planuoja nusiųsti to paties pavadinimo kosminę misiją į Psichėją.

Raktas į mįslę

Iš Žemės ir per kosminius teleskopus Trojėnai atrodo skirtingai. Tačiau tai nereiškia, kad jie skiriasi savo sudėtimi arba yra iš skirtingų Saulės sistemos dalių. Mokslininkai spėja, kad tai tiesiog vizualus paviršiaus efektas, kuris gali pasikeisti dėl smūgio įkaitimo.

"Asteroidai ir dabar periodiškai susiduria vienas su kitu, o jaunosios Saulės sistemos dinamika buvo dar labiau sutrikdyta", — pažymi Šematovičius.

Mokslininkai tikisi gauti išsamią informaciją apie Trojėnų asteroidus pasitelkę "Lucy". Aparato borte sumontuota didelės skiriamosios gebos "L'LORRI" kamera, "L'Ralph" atvaizdavimo aparatas, veikiantis kaip infraraudonųjų spindulių spektroskopinis kartografas, ir "L'TES" terminis infraraudonųjų spindulių spektrometras.

"L'LORRI" kamera suteiks išsamiausią Trojėnų vaizdą. Skaičiuodami kraterius paviršiuje, mokslininkai sužinos, kurioje protoplanetinio disko dalyje šie dangaus kūnai susiformavo prieš milijardus metų. Daugybė didelių kraterių rodo, kad asteroidas susiformavo turbulentiniame ir šiltesniame regione arčiau Saulės.

Pagrindinis "L'Ralph" įrenginio uždavinys — pažvelgti į giliausius kraterių ar skilimų kampus. Tokiose vietose labiausiai tikėtina rasti paviršių, kuris nebuvo veikiamas galingų radiacijos ir mikrometeoritų srautų ir išlaikė savo pradinę struktūrą. Jis taip pat gali aptikti silikatus, ledą ir organines medžiagas. Šiluminis infraraudonųjų spindulių spektrometras L'TES rinks informaciją apie medžiagos sudėtį ir struktūrą.

"Asteroidai atspindi tik saulės spinduliuotę, todėl infraraudonųjų spindulių diapazonas leidžia gauti išsamesnę informaciją apie kūnų paviršiaus cheminę ir net tam tikra dalimi mineralinę sudėtį, taigi, ir apie jų kilmę", — apibendrina Šematovičius.

"Lucy" — pirmasis kosminis zondas, kuris aplankys Trojėnus ir per vieną skrydį ištirs tiek daug nepriklausomų Saulės sistemos kūnų — septynis, įskaitant asteroidą 52246 Donaldjohanson. Ši misija, anot mokslininkų, bus rimtas visuotinai pripažintos teorijos apie planetų susidarymą Saulės sistemoje išbandymas.