Hvordan NASAs Psyche-mission vil udforske en uudforsket verden

Lanceret i august 2022 og ankommer til asteroidebæltet i 2026, vil NASA's Psyche-rumfartøj kredse om en verden, vi knap kan lokalisere fra Jorden og aldrig har besøgt.

Målet for NASAs Psyche-mission – en metalrig asteroide, også kaldet Psyche, i hovedbæltet mellem Mars og Jupiter – er en ukendt verden i det ydre rum. Fra jord- og rumbaserede teleskoper fremstår asteroiden som en sløret sløring. Hvad videnskabsmænd ved fra radardata er, at den er formet lidt som en kartoffel, og at den snurrer på siden.

Ved at analysere lys, der reflekteres fra asteroiden, antager forskerne, at asteroiden Psyche er usædvanlig rig på metal. En mulig forklaring er, at den blev dannet tidligt i vores solsystem, enten som en kerne af en planetesimal – et stykke af en planet – eller som urmateriale, der aldrig smeltede. Denne mission har til formål at finde ud af det, og i processen med at gøre det forventer de at hjælpe med at besvare grundlæggende spørgsmål om dannelsen af ​​vores solsystem.

"Hvis det viser sig at være en del af en metalkerne, ville det være en del af den allerførste generation af tidlige kerner i vores solsystem," sagde Lindy Elkins-Tanton fra Arizona State University, der som hovedefterforsker leder Psyche-missionen. "Men vi ved det ikke rigtigt, og vi ved ikke noget med sikkerhed, før vi når dertil. Vi ville gerne stille primære spørgsmål om det materiale, der byggede planeter. Vi er fyldt med spørgsmål og ikke mange svar. Det her er ægte udforskning."

Elkins-Tanton ledede gruppen, der foreslog Psyche som en NASA Discovery-klasse mission; det blev udvalgt i 2017. En kæmpe udfordring, sagde hun, var at vælge missionens videnskabelige instrumenter:Hvordan sikrer du dig, at du får de data, du har brug for, når du ikke er sikker på, hvad du specifikt skal måle?

For eksempel, for at bestemme, hvad asteroiden præcist er lavet af, og om den er en del af en planetesimal kerne, havde videnskabsmænd brug for instrumenter, der kunne redegøre for en række muligheder:Nikkel, jern, forskellige slags sten eller sten og metal blandet sammen.

De valgte en nyttelastpakke, der inkluderer et magnetometer til at måle ethvert magnetfelt; billedapparater til at fotografere og kortlægge overfladen; og spektrometre til at angive, hvad overfladen er lavet af ved at måle gammastrålerne og neutronerne udsendt fra den. Forskere fortsætter med at opstille hypoteser om, hvad Psyche er lavet af, men "ingen har været i stand til at finde på en Psyche, som vi ikke kan håndtere med de videnskabelige instrumenter, vi har," sagde Elkins-Tanton.

Sådan turnerer du en ukendt verden

Men før videnskabsmænd kan sætte disse instrumenter i gang, bliver de nødt til at nå asteroiden og komme i kredsløb. Efter opsendelse fra NASAs Kennedy Space Center i august 2022, vil Psyche sejle forbi Mars ni måneder senere, ved at bruge planetens tyngdekraft til at slynge sig selv mod asteroiden. Det er en samlet rejse på omkring 1,5 milliarder miles (2,4 milliarder kilometer).

Rumfartøjet vil begynde sin endelige tilgang til asteroiden i slutningen af ​​2025. Efterhånden som rumfartøjet kommer tættere på sit mål, vil missionsholdet tænde sine kameraer, og asteroiden Psyches visuelle vil forvandle sig fra den uklare klat, vi kender nu, til høj- definition og afslører overfladetræk af denne mærkelige verden for første gang. Billederne vil også hjælpe ingeniører med at finde ud af, når de forbereder sig på at glide ind i kredsløb i januar 2026. Rumfartøjets oprindelige kredsløb er designet til at være i en høj, sikker højde - omkring 700 kilometer over asteroidens overflade.

Under denne første bane vil Psyches missionsdesign og navigationsteam være laserfokuseret på at måle asteroidens tyngdefelt, den kraft, der vil holde rumfartøjet i kredsløb. Med en forståelse af tyngdekraftsfeltet kan holdet derefter trygt navigere rumfartøjet tættere og tættere på overfladen, efterhånden som den videnskabelige mission udføres på knap to år.

Psyche ser ud til at være klumpet, bredere på tværs (173 miles, eller 280 kilometer, på det bredeste sted), end den er fra top til bund, med en ujævn massefordeling. Nogle dele kan være mindre tætte, som en svamp, og nogle kan være mere tætpakket og mere massive. De dele af Psyche med mere masse vil have højere tyngdekraft og udøve et stærkere træk på rumfartøjet.

For at løse tyngdefeltsmysteriet vil missionsholdet bruge rumfartøjets telekommunikationssystem. Ved at måle subtile ændringer i X-båndets radiobølger, der hopper frem og tilbage mellem rumfartøjet og de store Deep Space Network-antenner rundt om Jorden, kan ingeniører præcist bestemme asteroidens masse, tyngdefelt, rotation, orientering og slingre.

Holdet har arbejdet op scenarier og har udtænkt tusindvis af "mulige psyker" - simulering af variationer i asteroidens tæthed og masse og orientering af dens spinakse - for at lægge grunden til orbitalplanen. De kan teste deres modeller i computersimuleringer, men der er ingen måde at vide det med sikkerhed, før rumfartøjet rent faktisk når dertil.

I løbet af de følgende 20 måneder vil rumfartøjet bruge sit blide elektriske fremdriftssystem til at dyppe ned i lavere og lavere baner. Målinger af tyngdekraftsfeltet vil blive mere præcise, efterhånden som rumfartøjet kommer tættere på, og billeder af overfladen vil få højere opløsning, hvilket giver holdet mulighed for at forbedre deres forståelse af kroppen. Til sidst vil rumfartøjet etablere en endelig bane omkring 53 miles (85 kilometer) over overfladen.

Det hele er i et forsøg på at løse gåderne om denne unikke asteroide:Hvor kom Psyche fra, hvad er den lavet af, og hvad fortæller den os om dannelsen af ​​vores solsystem?

"Mennesker har altid været opdagelsesrejsende," sagde Elkins-Tanton. "Vi har altid sat ud, hvorfra vi er for at finde ud af, hvad der er over den bakke. Vi vil altid gerne længere; vi vil altid forestille os. Det er iboende i os. Vi ved ikke, hvad vi skal finde , og jeg forventer, at vi bliver fuldstændig overraskede."