Når et objekt som Oumuamua kommer rundt igen, kunne vi være klar med en interstellar objektudforsker

For det andet ville IOE bestemme eller begrænse "naturen, sammensætningen og kilderne til ISO-comaaktiviteten og bestemme de processer, der er ansvarlige for [den] observerede aktivitet." Typisk skyldes komaaktivitet fra is, der sublimerer, når objekter nærmer sig en stjerne, som frigiver støvkorn og ildfaste organiske molekyler fra kernen. Som tidligere observationer har vist, afhænger kometernes aktivitet af solopvarmning og kometens egne fysiske egenskaber. Som Stern og kolleger udtrykte i deres papir:

"Ved at karakterisere sammensætningen og den rumlige fordeling af en ISO's koma kan IOE direkte bestemme de primære komponenter i dens mål-ISO, identificere mekanismerne bag komaaktivitet og uddybe vores indsigt i sammensætningen og processerne, der eksisterer i dens protoplanetariske dannelsesskive, hvor planetesimaler ligesom det var ved at dannes... Desuden kan sammenligning af de fysiske egenskaber (dvs. den kemiske sammensætning, størrelsesfordeling, type blanding) af is og ildfaste materialer i koma med dem på overfladen give indsigt i potentielle processer, der kan have modificeret overfladerne. "

Baseret på disse videnskabelige mål, listede Stern og hans kolleger, hvilke instrumenter IOE ville have brug for. Disse omfatter:

• En pankromatisk billedkamera med synlig bølgelængde med buesekundklasses vinkelopløsning og højt dynamisk område
• Et billedapparat med synlig bølgelængde med tre filtre (min) og et infrarødt billedspektrometer, der spænder over bølgelængdeområdet 1-2,5 um (muligvis op til 4 um) med en opløsningsevne på mindst 100
• Et ultraviolet spektrometer, der spænder over bølgelængdeområdet 700–1970 ångström (Å) med en spektral opløsning på lig med eller større end 20 Å
• En pankromatisk billedkamera med synlig bølgelængde og UV- og infrarøde billedspektrometre

Missionsprofil

Dernæst er designet af selve rumfartøjet, som er dikteret af ISO'ernes flygtige natur. Som 'Oumuamua og Borisov demonstrerede, betyder hastigheden af ​​ISO'er, at de sandsynligvis vil forblive uopdagede, indtil de er tæt på den inderste kant af Hovedasteroidebæltet. Derudover betyder deres hyperbolske baner, at de sandsynligvis vil glide rundt om vores sol og blive utilgængelige kort efter, de er opdaget. Til sidst er der placeringen af ​​selve opsnapningsmissionen, som direkte påvirker rumfartøjets evne til at implementere og nå målet ISO.

Til deres undersøgelse valgte Stern og hans team en "opbevaringsbane" placering ved Jord-månen L1 Lagrange Point, der ligger mellem Jorden og månen. Denne placering har flere fordele, især hvordan et rumfartøj, der er placeret, skal generere meget lidt tryk for at opnå flugthastighed - hvilket betyder, at det meste af dets tilgængelige acceleration (delta-v) vil blive rettet mod dets interceptbane. Denne opbevaringsbane betyder også, at der er mindre drivmiddel og mindre tid, der skal til for at komme i gang, og det giver mulighed for en hurtig tyngdekraftsassistance fra en forbiflyvning nær Jorden.

Til deres undersøgelse satte Stern og hans team en detekterbarhedsgrænse på 2 AU og simulerede ISO'er med en gennemsnitlig hastighed på 32,14 km/s (~20 mps) og en nærmeste soltilgang på 10 AU eller mindre. Andre begrænsninger, der blev overvejet, omfattede positionerne for Jorden og ISO på tidspunktet for dets detektering, ISO's kredsløbsparametre, den maksimale afstand, som en mission kunne opsnappe en ISO (også kendt som den "heliocentriske radius for opsnapning") og den relative hastighed mellem rumfartøjet og ISO. For effektivt at analysere disse data genererede teamet en algoritme til at optimere opsnapningsbanen og etablere en lille delmængde af ISO'er, der let kunne opsnappes.

De simulerede alle disse beregninger over en periode på 10 år og (ved at bruge tidligere missioner som præcedens) udledte flere nøgleparametre. Som de etablerede, skulle missionen være i stand til en acceleration (delta-v) på 3,0 km/s, etablere en minimum flyby-højde på 400 km (~250 mi), opsnappe ISO inden for 3 AUs fra solen, og opnå en flyby-hastighed på 100 km/s (62 mps). Med denne "detektionssfære" etableret, fandt de ud af, at chancerne for en vellykket opskæring steg betydeligt ved højere hastigheder – 3 til 3,9 km/s (1,86 til 2,4 mps) – og ved afstande tættere på 3 AU.

Studiet af ISO'er er et spirende felt af astronomisk forskning, der omfatter næste generations observatorier (som Vera Rubin) og foreslåede opsnapningsmissioner. Ud over IOE er lignende koncepter blevet foreslået siden påvisningen af ​​'Oumuamua og 2I/Borisov - inklusive Project Lyra, et forslag lavet af Institute for Interstellar Studies (i4is). Selvom en sådan mission kan tage flere år fra realiseringen, vil detaljerede undersøgelser som denne hjælpe med at informere den næste fase af udviklingen – selve design og test af missionskoncepter.

Stern og hans kolleger erkender, at der er behov for mere forskning, før dette kan ske, men understreger, at deres arbejde er et vigtigt første skridt. "Mere detaljeret arbejde vil være nødvendigt for bedre at forberede missionskonceptet, der skal foreslås til en fremtidig NASA-missionsmulighed," skriver de, "men denne rapport giver missionens grundlæggende mål, nøglekrav og attributter som udgangspunkt."

Flere oplysninger: S. Alan Stern et al., En undersøgelse af en interstellar object explorer-mission (IOE), Planetary and Space Science (2024). DOI:10.1016/j.pss.2024.105850

Leveret af Universe Today