NASAs Lucy på himlen med … asteroider?

For lidt over 4 milliarder år siden, planeterne i vores solsystem sameksisterede med et stort antal små stenede eller iskolde objekter, der kredsede om Solen. Disse var de sidste rester af planetesimalerne - de primitive byggesten, der dannede planeterne. De fleste af disse efterladte genstande gik tabt, da forskydninger i de gigantiske planeters baner spredte dem til de fjerne ydre rækker af solsystemet eller videre. Men nogle blev fanget i to mindre fjerne områder, nær punkter, hvor tyngdekraften fra Jupiter og Solen balancerer, og er blevet fanget der, for det meste uberørt, i milliarder af år.

For ikke helt 4 millioner år siden, en gammel forfader til moderne mennesker strejfede rundt i landet i det, der senere skulle blive landet Etiopien. For 34 år siden, Donald Johanson opdagede det fossiliserede skelet af dette væsen, senere navngivet Lucy, efter Beatles' hit "Lucy in the Sky with Diamonds" fra 1967.

Om tre år, et rumfartøj ved navn Lucy, inspireret af det berømte fossil, vil begynde sin udforskning, der kan hjælpe med at bestemme solsystemets tidlige historie.

NASAs Lucy-mission vil flyve forbi seks af de fangede planetesimaler – de trojanske Jupiter-asteroider – og give menneskeheden sit første glimt af disse gamle objekter. Ved at studere disse fossiler af planetdannelse, Lucy-missionen kunne afsløre lige så meget om solsystemets udvikling, som Lucy-fossilet gjorde om menneskets evolution. Og på vej til trojanske heste, Lucy vil besøge en asteroide, som holdet har navngivet Donaldjohanson, efter antropologen, der opdagede vores forfaders forstenede skelet.

"Trojanske heste har vigtige spor om solsystemets oprindelse, fordi de er rester fra, og det samme var vidner til, processen, der byggede planeterne, " sagde hovedforsker Harold Levison fra Southwest Research Institute i Boulder, Colorado.

Trojanerne kredser om Solen synkront med Jupiter, følger næsten samme vej, men fører den gigantiske planet med omkring en sjettedel af vejen rundt om kredsløbet, eller bagud med samme beløb. Dette holder dem i nærheden af ​​et af to gravitationsstabile "Lagrange"-punkter, L4 og L5, placeret i spidsen af ​​en ligesidet trekant med Jupiter og Solen, hvor de er beskyttet mod at blive forstyrret på forskellige baner eller helt ud af solsystemet. Områderne omkring Jupiters L4- og L5-punkter indeholder hver en sværm af genstande, som er milliarder af år gamle, og som rummer information om vores solsystems historie.

Jordbaserede observationer har gjort det muligt for astronomer at klassificere de trojanske asteroider ved subtile variationer i farve og sandsynlig sammensætning. "Vi ser variation i de egenskaber, vi kan måle fra Jorden, og vi vil gerne vide det fysiske grundlag bag denne variation, " Lucy Project Scientist Keith Noll sagde. "En mission til et enkelt objekt ville ikke have tilladt den slags sammenligning – ved at prøve et forskelligt sæt objekter, Lucy vil give et bedre grundlag for at forstå, hvad vi ser i den bredere befolkning." Ved at besøge seks trojanske heste, der spænder over alle hovedtyperne, hvoraf to udgør et binært system (to objekter, der kredser om hinanden), Lucy vil få et væld af oplysninger om de objekter, der udgjorde solsystemets oprindelige planetesimale skive. Noll arbejder på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som er en nøglepartner i Lucy-missionen.

Fælles for trojanerne er, at de er mørke. "De reflekterer kun fire eller fem procent af det lys, der rammer dem, sagde Noll. Det er virkelig mørkt. Sort fortov på vejen er langt mere reflekterende."

Det, der formørker trojanerne, er et mysterium, der kan have overraskende konsekvenser for vores jord. "Mørke genstande kan have organiske (kulstofholdige) forbindelser på deres overflader, " sagde seniorforsker Amy Simon. "Hvis mange af de trojanske heste, vi undersøger, viser bevis for organiske stoffer, det vil betyde, at byggestenene til livet var almindelige i hele det tidlige solsystem." Simon arbejder hos NASA Goddard, hvor hun fungerer som vice-hovedefterforsker for et af Lucy-rumfartøjets instrumenter.

Nogle af de samme processer, som fangede trojanerne i deres nuværende baner, sendte andre efterladte planetesimaler længere væk fra Solen, og vi finder dem nu i Kuiperbæltet, det iskolde område bag Neptun, der er hjemsted for Pluto og andre dværgplaneter. (NASAs New Horizons-rumfartøj udforskede Pluto efter en 9-årig rejse, og vil flyve forbi endnu et Kuiperbælteobjekt nytårsdag 2019.)

Dataindsamling vil være afgørende for Lucys succes. Missionen vil bære fire instrumenter i sin nyttelast:L'Ralph, bestående af MVIC (Multi-spectral Visible Imaging Camera), et multi-farve billedapparat, og LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), en spektrograf, der vil give information om overfladesammensætning; L'LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), et kamera med høj opløsning; og L'TES (Thermal Emission Spectrometer), som vil måle trojanernes overfladetemperaturer. Og ud over de videnskabelige instrumenter, Lucys kommunikation (radio) og målopsamlingssystem (TTCam) vil bidrage til videnskabsmissionen. L'Ralph vil analysere trojanernes overflader for at se efter tilstedeværelsen af ​​forskellige silikater, is og organiske stoffer på disse asteroider. L'LORRI vil tage højopløsningsbilleder af trojanske heste suppleret med TTCam ved nærmeste tilgang. L'TES vil undersøge den fysiske tilstand af trojanernes overflader, og radiodataene vil blive brugt sammen med billeddataene til at bestemme deres masser og tætheder.

Lucy er planlagt til at lancere i oktober 2021, flyver forbi flere mål i forskellige baner omkring Solen end nogen anden mission i historien. Svar på nøglespørgsmål om solsystemets fjerne fortid vil nu være inden for rækkevidde, takket være Lucy-missionen.

Lucy-missionen ledes af Dr. Harold Levison og hans team ved Southwest Research Institute og ledes af NASAs Goddard Space Flight Center. Instrumenterne på Lucy er udviklet af Goddard, Arizona State University, og Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Rumfartøjet vil blive udviklet og konstrueret af Lockheed Martin. Efter dens opførelse, Lucy vil gennemgå yderligere test, og om tre år blive lanceret på en mission, der for altid vil ændre vores viden om solsystemet.