Il 19 ottobre 2017, gli astronomi con l'indagine Pann-STARRS hanno osservato un oggetto interstellare che passava attraverso il nostro sistema:1I/2017 U1 'Oumuamua. Questa è stata la prima volta che è stato rilevato un ISO, confermando che tali oggetti attraversano regolarmente il sistema solare, come gli astronomi avevano previsto decenni prima. Solo due anni dopo fu rilevato un secondo oggetto, la cometa interstellare 2I/Borisov. Data la natura insolita di 'Oumuamua (ancora fonte di controversia) e le informazioni che gli ISO potrebbero rivelare sui sistemi stellari distanti, gli astronomi sono ansiosi di dare un'occhiata più da vicino ai futuri visitatori.
Ad esempio, sono state avanzate numerose proposte per veicoli spaziali intercettori che potrebbero mettersi al passo con i futuri ISO, studiarli e persino condurre un campione di ritorno (come il Comet Interceptor dell'ESA). In un nuovo articolo di un team del Southwest Research Institute (SwRI), Alan Stern e i suoi colleghi hanno studiato possibili concetti e hanno raccomandato una missione di sorvolo ISO robotica appositamente costruita chiamata Interstellar Object Explorer (IOE). Dimostrano inoltre come questa missione potrebbe essere eseguita con un budget modesto con l'attuale tecnologia del volo spaziale.
Lo studio è stato condotto da Alan Stern, il ricercatore principale delle missioni New Horizons della NASA, e dai suoi colleghi del Southwest Research Institute (SwRI) di Boulder, in Colorado. Tra questi figuravano la scienziata principale Silvia Protopapa, il manager Matthew Freeman, il ricercatore/direttore Joel Parker e l'ingegnere di sistema Mark Tapley. A loro si sono uniti il ricercatore associato della Cornell Darryl Z. Seligman e Caden Andersson, un ricercatore della società Custom Microwave Inc. (CMI) con sede in Colorado. Il loro articolo è stato pubblicato il 5 febbraio 2024 sulla rivista Planetary and Space Science .
Da quando 'Oumuamua ha ronzato per la prima volta nel nostro sistema, gli scienziati hanno assegnato un valore elevato agli ISO, che rappresentano il materiale espulso da altri sistemi solari. Ottenendo campioni e studiandoli da vicino, potremmo imparare molto sulla formazione di altre stelle e pianeti senza inviare effettivamente missioni lì. Potremmo anche imparare molto sul mezzo interstellare (ISM) e su come il materiale organico, e forse anche gli elementi costitutivi della vita, sono distribuiti in tutta la galassia (aka Teoria della Panspermia). Come affermano nel loro articolo:
"Gli ISO rappresentano i resti della formazione di sistemi planetari attorno ad altre stelle. In quanto tali, il loro studio offre nuove intuizioni critiche sulle caratteristiche chimiche e fisiche dei dischi da cui hanno avuto origine. Inoltre, un'analisi completa della loro composizione, geologia e l'attività farà luce sui processi dietro la formazione e l'evoluzione dei planetesimi in altri sistemi solari.
"Gli incontri ravvicinati con piccoli corpi nel nostro sistema solare hanno notevolmente migliorato la nostra comprensione di questi oggetti, contestualizzato le nostre osservazioni da terra e avanzato la nostra conoscenza dei modelli di formazione planetesimale. Allo stesso modo, un sorvolo ravvicinato di un ISO promette di essere altrettanto trasformativo. rappresenta il logico passo successivo nell'esplorazione della storia primordiale del nostro sistema solare e dei sistemi esoplanetari."
Inoltre, studi sulla popolazione degli ISO hanno indicato che circa sette attraversano il nostro sistema solare ogni anno. Nel frattempo, altre ricerche hanno dimostrato che alcuni vengono periodicamente catturati e sono ancora qui. Con l’entrata in funzione degli strumenti di prossima generazione, gli scienziati prevedono che ci sarà un aumento significativo nel tasso di scoperte ISO tra la fine degli anni ’20 e gli anni ’30. Ciò include l'Osservatorio Vera C. Rubin attualmente in costruzione in Cile, che dovrebbe raccogliere la sua prima luce nel gennaio 2025.
I ricercatori prevedono che l’osservatorio raccoglierà dati su oltre 5 milioni di oggetti della cintura di asteroidi, 300.000 troiani di Giove, 100.000 oggetti vicini alla Terra e più di 40.000 oggetti della cintura di Kuiper. Si stima inoltre che rileverà circa 15 oggetti interstellari nel suo primo periodo di 10 anni, noto come Legacy Survey of Space and Time, anche se altre stime dicono fino a 70 ISO all'anno. Per il loro studio, Stern e i suoi colleghi presumono che qualsiasi ISO entro una distanza di circa il doppio della distanza tra la Terra e il sole (2 UA) sarebbe abbastanza luminoso da essere rilevabile dall'LSST.
Come spiegano Stern e i suoi colleghi nel loro articolo, l’IOE proposto avrebbe due obiettivi scientifici principali. Questi includono la determinazione della "composizione dell'ISO per fornire approfondimenti sulla sua origine ed evoluzione". Come notato, questi studi fornirebbero informazioni preziose sulle condizioni iniziali del sistema solare ospite dell’ISO. A questo proposito, l'IOE fornirebbe informazioni simili a quelle rivelate dalla missione New Horizons sull'oggetto Arrokoth della cintura di Kuiper o su come la missione Rosetta dell'ESA ha rilevato gli elementi costitutivi della vita nella cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko.
In secondo luogo, l'IOE determinerebbe o limiterebbe "la natura, la composizione e le fonti dell'attività del coma ISO e determinerebbe i processi responsabili dell'attività osservata". Tipicamente, l'attività del coma deriva dalla sublimazione del ghiaccio quando gli oggetti si avvicinano a una stella, che rilascia granelli di polvere e molecole organiche refrattarie dal nucleo. Come hanno dimostrato le osservazioni precedenti, l'attività delle comete dipende dal riscaldamento solare e dalle caratteristiche fisiche della cometa. Come hanno affermato Stern e colleghi nel loro articolo:
"Caratterizzando la composizione e la distribuzione spaziale della chioma di un ISO, l'IOE può determinare direttamente i componenti primari del suo ISO target, identificare i meccanismi dietro l'attività della coma e approfondire le nostre conoscenze sulla composizione e sui processi esistenti nel suo disco di formazione protoplanetaria, dove i planetesimi come se si stesse formando... Inoltre, il confronto delle proprietà fisiche (cioè la composizione chimica, la distribuzione dimensionale, il tipo di miscelazione) dei ghiacci e dei materiali refrattari nella coma con quelli in superficie può fornire informazioni su potenziali processi che potrebbero aver modificato le superfici. "
Sulla base di questi obiettivi scientifici, Stern e i suoi colleghi hanno elencato gli strumenti di cui l’IOE avrebbe bisogno. Questi includono:
Il prossimo passo è la progettazione della navicella stessa, dettata dalla natura effimera degli ISO. Come hanno dimostrato 'Oumuamua e Borisov, la velocità degli ISO significa che probabilmente non verranno rilevati finché non saranno vicini al bordo interno della cintura principale degli asteroidi. Inoltre, le loro traiettorie iperboliche significano che è probabile che sfreccino attorno al nostro sole e diventino irraggiungibili poco dopo essere stati rilevati. Infine, c'è il posizionamento della missione di intercettazione stessa, che influisce direttamente sulla capacità del veicolo spaziale di schierarsi e raggiungere l'ISO target.
Per il loro studio, Stern e il suo team hanno selezionato una posizione di “orbita di stoccaggio” presso il punto Lagrange L1 Terra-Luna, situato tra la Terra e la Luna. Questa posizione presenta numerosi vantaggi, in particolare il fatto che un veicolo spaziale posizionato dovrà generare pochissima spinta per raggiungere la velocità di fuga, il che significa che la maggior parte della sua accelerazione disponibile (delta-v) sarà indirizzata verso la sua traiettoria di intercettazione. Questa orbita di stoccaggio significa anche meno propellente e meno tempo necessario per prendere il volo, oltre a consentire una rapida assistenza gravitazionale da un sorvolo vicino alla Terra.
Per il loro studio, Stern e il suo team hanno fissato un limite di rilevabilità di 2 UA e hanno simulato ISO con una velocità media di 32,14 km/s (~20 mps) e un avvicinamento solare più vicino di 10 UA o meno. Altri vincoli considerati includevano le posizioni della Terra e dell'ISO al momento del rilevamento, i parametri dell'orbita dell'ISO, la distanza massima alla quale una missione potrebbe intercettare un ISO (noto anche come "raggio eliocentrico di intercettazione") e la velocità relativa. tra la navicella spaziale e l'ISO. Per analizzare in modo efficace questi dati, il team ha generato un algoritmo per ottimizzare la traiettoria di intercettazione e stabilire un piccolo sottoinsieme di ISO che potrebbero essere intercettate in modo fattibile.
Hanno simulato tutti questi calcoli per un periodo di 10 anni e (usando missioni precedenti come precedenti) hanno derivato diversi parametri chiave. Come stabilito, la missione dovrebbe essere capace di un'accelerazione (delta-v) di 3,0 km/s, stabilire un'altitudine minima di sorvolo di 400 km (~250 mi), intercettare l'ISO entro 3 AU dal sole e raggiungere una velocità di sorvolo di 100 km/s (62 mps). Una volta stabilita questa "sfera di rilevabilità", hanno scoperto che le possibilità di un'intercettazione riuscita aumentavano considerevolmente a velocità più elevate - da 3 a 3,9 km/s (da 1,86 a 2,4 mps) - e a distanze più vicine a 3 UA.
Lo studio degli ISO è un campo fiorente della ricerca astronomica che comprende osservatori di prossima generazione (come Vera Rubin) e proposte di missioni di intercettazione. Oltre all'IOE, concetti simili sono stati proposti dopo il rilevamento di 'Oumuamua e 2I/Borisov, incluso il Progetto Lyra, una proposta avanzata dall'Istituto per gli studi interstellari (i4is). Sebbene una missione del genere possa richiedere anni prima di essere realizzata, studi dettagliati come questo aiuteranno a orientare la fase successiva di sviluppo:la progettazione e il test dei concetti di missione stessi.
Stern e i suoi colleghi riconoscono che sono necessarie ulteriori ricerche prima che ciò possa accadere, ma sottolineano che il loro lavoro rappresenta un primo passo importante. "Sarà necessario un lavoro più dettagliato per preparare meglio il concetto di missione da proporre a una futura opportunità di missione della NASA", scrivono, "ma questo rapporto fornisce gli obiettivi di base della missione, i requisiti chiave e gli attributi come punto di partenza." /P>
Ulteriori informazioni: S. Alan Stern et al, Uno studio su una missione di esplorazione di oggetti interstellari (IOE), Scienze planetarie e spaziali (2024). DOI:10.1016/j.pss.2024.105850
Fornito da Universe Today
