In oktober veroorzaakte de aankondiging van de eerste interstellaire asteroïde een golf van opwinding. Sinds die tijd hebben astronomen vervolgobservaties uitgevoerd van het object dat bekend staat als 1I / 2017 U1 (ook bekend als `Oumuamua) en merkten ze een aantal nogal interessante dingen op. Door snelle veranderingen in de helderheid is bijvoorbeeld vastgesteld dat de asteroïde rotsachtig en metaalachtig is en nogal vreemd gevormd.
Waarnemingen van de baan van de asteroïde hebben ook onthuld dat deze in september 2017 zijn dichtstbijzijnde pass naar onze zon heeft gemaakt en momenteel op weg is naar de interstellaire ruimte. Vanwege de mysteries die dit lichaam in zich heeft, zijn er mensen die pleiten voor onderschepping en verkenning. Een van die groepen is Project Lyra, dat onlangs een studie heeft gepubliceerd waarin de uitdagingen en voordelen van een dergelijke missie worden beschreven.
De studie, die onlangs online verscheen onder de titel "Project Lyra: Sending a Spacecraft to 1I / 'Oumuamua (former A / 2017 U1), the Interstellar Asteroid", werd uitgevoerd door leden van het Initiative for Interstellar Studies (i4iS) - een vrijwilligersorganisatie die zich inzet om de interstellaire ruimtevaart in de nabije toekomst te realiseren. De studie werd ondersteund door Asteroid Initiatives LLC, een asteroïde-prospectief bedrijf dat zich toelegt op het vergemakkelijken van de exploratie en commerciële exploitatie van asteroïden.
Samenvattend, toen Oumuamua voor het eerst werd waargenomen op 19 oktober 2017 door astronomen die de University of Hawaii's Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) gebruikten, werd aanvankelijk aangenomen dat het object (toen bekend als C / 2017 U1) een komeet. Uit latere observaties bleek echter dat het eigenlijk een asteroïde was en de naam werd gewijzigd in 1I / 2017 U1 (of 1I / Oumuamua).
Vervolgobservaties gemaakt met behulp van de Very Large Telescope (VLT) van ESO konden beperkingen opleggen aan de grootte, helderheid, compositie, kleur en baan van de asteroïde. Hieruit bleek dat `Oumuamua ongeveer 400 meter lang was, erg langwerpig is en elke 7,3 uur om zijn as draait - zoals blijkt uit de manier waarop de helderheid met een factor tien varieert.
Er werd ook vastgesteld dat het rotsachtig en metaalrijk was en sporen van tholines bevatte - organische moleculen die zijn bestraald door UV-straling. De asteroïde heeft ook een extreem hyperbolische baan - met een excentriciteit van 1,2 - die hem momenteel uit ons zonnestelsel haalt. Voorlopige berekeningen van zijn baan gaven ook aan dat deze oorspronkelijk afkomstig was uit de algemene richting van Vega, de helderste ster in het noordelijke sterrenbeeld Lyra.
Aangezien deze asteroïde extrazonnig van aard is, zou een missie die hem van dichtbij zou kunnen bestuderen, ons zeker veel kunnen vertellen over het systeem waarin hij is gevormd. De aankomst in ons systeem heeft ook het bewustzijn vergroot over extra-zonneasteroïden, een nieuwe klasse van interstellaire objecten waarvan astronomen nu schatten dat ze in ons systeem arriveren met een snelheid van ongeveer één per jaar.
Daarom is het team achter Project Lyra van mening dat het bestuderen van 1I / Oumuamua een once-in-a-lifetime kans zou zijn. Zoals ze in hun studie stellen:
"Aangezien 1I /‘ Oumuamua het dichtstbijzijnde macroscopische monster van interstellair materiaal is, waarschijnlijk met een isotopische signatuur die verschilt van elk ander object in ons zonnestelsel, zijn de wetenschappelijke opbrengsten van het nemen van monsters van het object moeilijk te onderschatten. Gedetailleerde studie van interstellaire materialen op interstellaire afstanden is waarschijnlijk tientallen jaren verwijderd, zelfs als het project Starshot van Breakthrough Initiatives bijvoorbeeld krachtig wordt voortgezet. Daarom is een interessante vraag of er een manier is om deze unieke kans te benutten door een ruimtevaartuig naar 1I / ‘Oumuamua te sturen om waarnemingen van dichtbij te doen."
Maar natuurlijk is het ontmoeten van deze asteroïde veel uitdagingen. Het meest voor de hand liggende is die van snelheid, en het feit dat 1I / Oumuamua al op weg is uit ons zonnestelsel. Op basis van berekeningen van de baan van de asteroïde is vastgesteld dat 1I / `Oumuamua met een snelheid van 26 km / s reist - wat neerkomt op 95.000 km / uur (59.000 mph).
Geen enkele missie in de geschiedenis van de ruimteverkenning is zo snel gereisd en de snelste missies tot nu toe hebben slechts twee derde van die snelheid weten te volbrengen. Dit omvat het snelste ruimteschip dat het zonnestelsel verlaat (Voyager 1) en het snelste ruimteschip bij de lancering (de Nieuwe horizonten missie). Dus het creëren van een missie die haar zou kunnen inhalen, zou een grote uitdaging zijn. Zoals het team schreef:
“Dit [is] aanzienlijk sneller dan enig ander object dat de mensheid ooit in de ruimte heeft gelanceerd. Voyager 1, het snelste object dat de mensheid ooit heeft gebouwd, heeft een hyperbolische buitensnelheid van 16,6 km / s. Aangezien 1I / ‘Oumuamua ons zonnestelsel al verlaat, zou elk in de toekomst gelanceerd ruimtevaartuig het moeten achtervolgen."
Maar zoals ze verder stellen, zou het aangaan van deze uitdaging onvermijdelijk leiden tot belangrijke innovaties en ontwikkelingen in ruimtevaarttechnologie. Het is duidelijk dat de lancering van een dergelijke missie eerder dan later zou moeten plaatsvinden, gezien de hoge bewegingssnelheid van de asteroïde. Maar elke missie die binnen een paar jaar wordt gelanceerd, zal niet kunnen profiteren van latere technische ontwikkelingen.
Zoals de beroemde schrijver Paul Glister, een van de oprichters van de Tau Zero Foundation en de maker van Centauri Dreams, op zijn website opmerkte:
"De uitdaging is formidabel: 1I /’ Oumuamua heeft een hyperbolische buitensnelheid van 26 km / s, wat zich vertaalt in een snelheid van 5,5 AU / jaar. Het zal binnen twee jaar voorbij de baan van Saturnus zijn. Dit is veel sneller dan enig ander object dat de mensheid ooit in de ruimte heeft gelanceerd. '
Als zodanig zou elke missie die op 1I / `Oumuamua wordt uitgevoerd, drie opmerkelijke afwegingen met zich meebrengen. Deze omvatten de wisselwerking tussen reistijd en delta V (d.w.z. de snelheid van het ruimtevaartuig), de wisselwerking tussen de lanceringsdatum en reistijd, en de wisselwerking tussen de startdatum / reistijd en de karakteristieke energie. Karakteristieke energie (C3) verwijst naar het kwadraat van de hyperbolische overtollige snelheid, of de snelheid op oneindig ten opzichte van de zon.
Last but not least is de wisselwerking tussen de overtollige snelheid van het ruimtevaartuig bij de lancering en de overtollige snelheid ten opzichte van de asteroïde tijdens de ontmoeting. Een te hoge snelheid verdient de voorkeur bij de lancering, omdat dit resulteert in kortere reistijden. Maar een hoge overtollige snelheid tijdens de ontmoeting zou betekenen dat het ruimtevaartuig minder tijd zou hebben om metingen uit te voeren en gegevens over de asteroïde zelf te verzamelen.
Met alles erbij, overweegt het team vervolgens verschillende mogelijkheden om een ruimtevaartuig te maken dat zou vertrouwen op een impulsief voortstuwingssysteem (d.w.z. een met voldoende korte stuwkracht). Bovendien gaan ze ervan uit dat deze missie geen planetaire of zonne-fly-bys zou omvatten en rechtstreeks zou vliegen naar 1I / `Oumuamua. Hieruit worden enkele basisparameters opgesteld die ze vervolgens opmaken.
"Samenvattend, de moeilijkheid om 1I /‘ Oumuamua te bereiken is een functie van wanneer te lanceren, de hyperbolische te hoge snelheid en de duur van de missie, "geven ze aan. “Toekomstige missieontwerpers zouden passende afwegingen tussen deze parameters moeten vinden. Voor een realistische lanceringsdatum in 5 tot 10 jaar is de hyperbolische overtollige snelheid in de orde van 33 tot 76 km / s met een ontmoeting op een afstand ver buiten Pluto (50-200AU). ”
Last but not least beschouwen de auteurs verschillende missie-architecturen die momenteel worden ontwikkeld. Deze omvatten degenen die prioriteit zouden geven aan urgentie (d.w.z. lancering binnen een paar jaar tijd), zoals NASA's Space Launch System (SLS) - waarvan zij beweren dat het het ontwerp van de missie zou vereenvoudigen. Een andere is SpaceX's Big Falcon Rocket (BFR), die volgens hen een directe missie tegen 2025 mogelijk zou maken dankzij de in-space tanktechniek.
Voor dit soort missies is echter ook een Jupiter-flyby nodig om zwaartekrachthulp te bieden. Op zoek naar meer langetermijntechnieken, die meer geavanceerde technologieën zouden benadrukken, beschouwen ze ook zonne-aangedreven technologie. Dit wordt geïllustreerd door het Starshot-concept van Breakthrough Initiatives, dat missieflexibiliteit zou bieden en de mogelijkheid zou bieden om snel te reageren op toekomstige onverwachte gebeurtenissen.
Hoewel deze benadering wachten met zich meebrengt, mogelijkheid voor toekomstige ontmoetingen met een interstellaire asteroïde, zou het een snelle respons en een missie mogelijk maken die zwaartekrachtassistenten zou kunnen afschaffen. Het kan ook een bijzonder aantrekkelijk missieconcept mogelijk maken, namelijk het sturen van kleine zwermen sondes om de asteroïde te ontmoeten. Hoewel dit aanzienlijke investeringen met zich meebrengt, zou de waarde van de infrastructuur de kosten rechtvaardigen, beweren ze.
Uiteindelijk heeft het team vastgesteld dat verder onderzoek en ontwikkeling nodig is, wat het belang van Project Lyra onderschrijft. Zoals ze concludeerden:
“[Een] missie naar het object zal de grens verleggen van wat vandaag technologisch mogelijk is. Een missie met een conventioneel chemisch voortstuwingssysteem zou mogelijk zijn met behulp van een Jupiter-flyby om door de zwaartekracht te assisteren in een nabije ontmoeting met de zon. Met de juiste materialen zou zonnezeiltechnologie of laserzeilen kunnen worden gebruikt ... Toekomstig werk binnen Project Lyra zal zich concentreren op het in meer detail analyseren van de verschillende missieconcepten en technologieopties en het selecteren van 2 - 3 veelbelovende concepten voor verdere ontwikkeling. ”
Het is een eeuwenoud axioma dat uitdagende uitdagingen essentieel zijn voor innovatie en verandering. In dit opzicht heeft de verschijning van `Oumuamua in ons zonnestelsel de interesse in het onderzoeken van interstellaire asteroïden gestimuleerd. En hoewel een kans om deze asteroïde te verkennen de komende jaren misschien niet mogelijk is, is de komst van toekomstige rotsachtige indringers in ons Systeem misschien wel bereikbaar.
