Химера (космический корабль) - Википедия - Chimera (spacecraft)

Химера
Chimera Discovery Mission Concept.png
Ворота к кентаврам и секреты образования малых тел
Тип миссииКентавр Орбитальный аппарат
ОператорНАСА
Продолжительность миссии> 2 года орбитальных исследований
Свойства космического корабля
ПроизводительЛокхид Мартин [1]
Начало миссии
Дата запуска2025-2026 (предложено)[1]
Инструменты
Видимые и тепловизоры, масс-спектрометры и инфракрасные спектрометры, радары[1]
 

Химера это концепция миссии НАСА по орбите и исследованию 29P / Schwassmann-Wachmann 1 (SW1), активный, вспыхивающий маленькое ледяное тело во внешней солнечной системе.[1][2][3][4] Концепция была разработана в ответ на призыв НАСА 2019 года к потенциальным миссиям в Дискавери-класс,[5] и это было бы первое столкновение космического корабля с Кентавр и первое орбитальное исследование небольшого тела во внешней Солнечной системе. В Химера Предложение было отнесено к первому уровню (Категория 1) представлений, но не было выбрано для дальнейшей разработки по программной причине поддержания научного баланса.

SW1 является членом Группа кентавров, популяция почти нетронутых объектов, которые были возмущены гравитацией из-за Пояс Койпера на нестабильные орбиты в районе между Юпитером и Нептуном. Многие кентавры в конечном итоге мигрируют во внутренние области Солнечной системы, чтобы стать короткий период, кометы "Семья Юпитера" (JFC),[6] и SW1, как полагают, занимает орбитальные «ворота», через которые они проходят, совершая этот переход.[7] Характеристики SW1 являются химерный сочетание маленьких ледяных тел в разных точках эволюции от окраин Солнечной системы до активных комет, проходящих около Солнца. Это дает уникальную возможность изучить, как эти объекты формируются, складываются и изменяются с течением времени. Более чем за 2 года орбитального полета, Химера будет пробовать выходящую газовую кому SW1, изучать закономерности его активности и выбросов, наносить на карту состав и топографию его поверхности, исследовать его внутреннюю часть и следить за изменениями по мере его развития.

Наука

Семейная комета Юпитера 67П / Чурюмов-Герасименко как изображено Розетта космический корабль.
Объект пояса Койпера 486958 Аррокот (слева), как показано Новые горизонты сравнивается с 67П / Чурюмов-Герасименко (вверху справа: показан в относительном размере). Эрозионный эффект активности кометы на 67P очевиден по сравнению с относительно безликой поверхностью Аррокота.
Изображение 29P / Schwassmann-Wachmann 1 взят с Телескоп Spitzer показывает наличие стойкой пылевой комы.

Ледяные тельца - это исконные отголоски образования нашего Солнечная система, с физическими свойствами, полученными из диск, образующий планету[8] и распределение орбиты, связанное с ранним миграция[9] планет-гигантов. Исследование их состава (лед и газ), формы и внутренней структуры позволяет понять процесс планетарного развития. Современная популяция малых ледяных тел включает немодифицированные объекты на стабильных орбитах в удаленных внешних частях Солнечной системы (например, Пояс Койпера и Облако Оорта ) и более развитых объектов, которые мигрировали внутрь к Солнцу, чтобы стать долгопериодические кометы (например. C / 1995 O1 (Хейл-Бопп), короткопериодические кометы (например. 67П / Чурюмов-Герасименко ) и Кентавры.

Кентавры - наименее измененные ледяные тела, вращающиеся внутри Нептуна, с физическими характеристиками, которые являются промежуточными между небольшими ледяными телами, исследованными предыдущими (например, Розетта, Новые горизонты ) и запланированные (например, Люси, Комета-перехватчик ) миссии космических кораблей. Их орбиты нестабильны и в масштабе 1-10 млн лет[7][10] они либо рассеиваются обратно в свои Транснептуновый источник или внутрь к Солнцу, где они становятся кометами. Кентавры находятся слишком далеко от Солнца, чтобы могло произойти крупномасштабное кометное поведение на водной основе, но они находятся достаточно близко, чтобы некоторые из них испытывают спорадическую активность.[11][12] Эта обработка на ранней стадии дает возможность исследовать переход ледяных планетезималей от их изначального происхождения к их сильно выветрившимся кометным конечным состояниям.

С момента открытия во время вспышки 1927 г. 29P / Schwassmann-Wachmann 1 определили ее как загадочную по сравнению с другими известными кометами[13] и кандидат на детальное изучение.

  • SW1 - самое активное маленькое тело во внешней Солнечной системе и единственный известный кентавр. непрерывно активный.
  • SW1 имеет многовековую историю возникновения основных (2-5 Визуальная величина ) взрыв события, которые могут исключить ≥109 кг пыли, газа и льда.[14][12] Современные исследования показывают частоту вспышек ~ 7 в год,[15] что делает его единственным известным объектом, где есть возможность на месте изучение этих высокоэнергетических событий гарантировано как часть длительной встречи космического корабля.
  • SW1 вращается внутри динамического «шлюза», через который проходит большинство будущих JFC.[7] Форвардное моделирование дает SW1 75% шанс стать JFC в течение следующих 4000 лет.

Физические характеристики SW1 и его орбиты одновременно связывают его с ледяными планетезималиями в нескольких эволюционных состояниях. Его исследование дает представление об их уникальной истории.

  • Орбитальная эволюция SW1 связана как с KBO (объекты пояса Койпера), так и с JFC.
  • Паттерны активности SW1 отражают паттерны LPC в регионе гигантской планеты.[12][16]
  • SW1 испытывает физическую обработку, обычную для эмбриональных JFC.
  • Тепловая среда SW1 аналогична окружающей среде Юпитер Трояны в течение возможного раннего активного периода.[17]

Доступность и окружающая среда

Орбитальная диаграмма 29P / Schwassmann-Wachmann

Орбита SW1 имеет наименьшую большая полуось (5.986 au ) крупных кентавров, очень низкий эксцентриситет (е= 0,044) и скромный склонность (9,39 °). Эти факторы в сочетании с его близостью к Юпитеру делают его уникально доступным для орбитальных сближений в пределах ресурсов Земли. Открытие класс миссии. Подобно другим кентаврам с окружающими их кольцами и саванами из обломков (например, 10199 Чарикло,[18] 2060 Хирон[19]), Ядро SW1 скрыто обширной пылевой комой, которая постоянно пополняется за счет сочетания непрерывной активности и крупных вспышек. Хотя присутствие более крупных зерен комы вокруг этих объектов может представлять опасность во время столкновений с высокими относительными скоростями, их окружение благоприятно для космических аппаратов на гораздо более медленных орбитальных траекториях. SW1 имеет оценочный диаметр 60,4 ± 7,4 км.[20] который больше любого известного JFC и сопоставим по размеру[21] и активность[12] к известной долгопериодической комете Хейл-Бопп. Скорость его вращения менее жестко ограничена, в нескольких исследованиях были получены периоды от нескольких дней до 2 месяцев.[14][22][23]

Дизайн миссии

Премьер запускать окна для Химеры - в 2025 и 2026 годах. Траектория космического корабля использует редкую планетарную конфигурацию, которая не повторяется до 2080-х годов. Серия гравитационные маневры используются для позиционирования Химеры на SW1 с относительной скоростью, достаточно низкой, чтобы позволить орбитальная установка. Несколько планетарных и встреча с маленьким телом на этапе круиза возможны варианты для повышения научной отдачи. Химера будет первым орбитальным исследованием небольшого тела за пределами Солнечной системы и третьей миссией орбитального космического корабля (после Кассини-Гюйгенс и предстоящий Стрекоза ) для работы за пределами Юпитера. Это также будет самый далекий космический корабль, использующий солнечную энергию.

Фаза встречи миссии начинается с замедления космического корабля за пределами Сфера холма SW1. За этим следует медленное сближение с относительной скоростью <10 м / с, во время которого описываются свойства ядра, характер активности, поведение вспышек и окружение обломков. После выхода на орбиту Химера начинает детальное изучение топографии поверхности, распределения льда и тепловых характеристик, распределения и величины активности и выбросов, внутренней структуры ядра и на месте состав газовой комы. В течение следующих ~ 2 лет орбита космического корабля будет продвигаться к более низким высотам для проведения интенсивного изучения интересующих областей, отслеживания физической эволюции, получения более точных внутренних измерений и отбора проб близких подповерхностных слоев.

Научная полезная нагрузка

Цели исследования Химеры[1] достигаются с помощью комбинации измерений, включая

  • Изображение высокого разрешения элементов поверхности и окружающей пыли в видимом диапазоне длин волн,
  • Спектроскопия поверхности, пыли и газовая кома композиция в ближнем инфракрасном диапазоне,
  • На месте Масс-спектроскопия элементного, молекулярного и плазменного состава газовая кома,
  • Наука о гравитации с помощью Доплеровские сдвиги в частоте передатчика космического корабля для измерения распределения внутренней массы ядра,
  • Широкополосный мониторинг для вспышек и орбитальных обломков,
  • Тепловидение температуры на поверхности и в пылевом коме,
  • Радар измерения приповерхностной структуры и состава.

Команда разработчиков

В Химера концепция миссии - это совместная разработка Лунно-планетная лаборатория на Университет Аризоны, Центр космических полетов Годдарда, и Локхид Мартин.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Harris, W .; Woodney, L .; Вильянуэва, Г. (2019). "Химера: Миссия открытия первого кентавра" (PDF). Тезисы EPSC (Совместное собрание EPSC-DPS 2019). 13.
  2. ^ Harris, W .; Woodney, L .; Вильянуэва, Г. (2019). Химера: Миссия открытия первого кентавра. Осеннее собрание AGU. п. 627815.
  3. ^ Валл, М. (25 марта 2019 г.). «Восход кентавров: НАСА наблюдает за полетами странных гибридов астероидов и комет». Space.com.
  4. ^ Корнфельд, Л. (22 ноября 2019 г.). «Две миссии« Кентавр »предложены в программе NASA Discovery». Spaceflightinsider.com.
  5. ^ «Объявление о возможностях программы NASA Discovery 2019». nasa.gov. 8 апреля 2019.
  6. ^ Дункан, M.J .; Левисон, Х.Ф. (1997). «Рассеянный диск кометы и происхождение комет семейства Юпитера». Наука. 276 (5319): 1670–2. Bibcode:1997Sci ... 276.1670D. Дои:10.1126 / science.276.5319.1670. PMID  9180070.
  7. ^ а б c Сарид, G .; Volk, K .; Steckloff, J .; Harris, W .; Womack, M .; Вудни, Л. (2019). "29P / Schwassmann-Wachmann 1, Кентавр у ворот к кометам семейства Юпитер". Письма в астрофизический журнал. 883 (1): 7. arXiv:1908.04185. Bibcode:2019ApJ ... 883L..25S. Дои:10.3847 / 2041-8213 / ab3fb3. S2CID  199543466.
  8. ^ Willacy, K .; и другие. (2015). «Состав протосолнечного диска и условия образования комет». Обзоры космической науки. 197 (1–4): 151–190. Дои:10.1007 / s11214-015-0167-6. S2CID  59928574.
  9. ^ Циганис, К .; Gomes, R .; Morbidelli, A .; Левисон, Х. (2005). «Происхождение орбитальной архитектуры планет-гигантов Солнечной системы». Природа. 435 (7041): 459–461. Bibcode:2005Натура.435..459Т. Дои:10.1038 / природа03539. PMID  15917800. S2CID  4430973.
  10. ^ Тискарено, М .; Малхотра Р. (2003). «Динамика известных кентавров». Астрономический журнал. 126 (6): 3122–3131. arXiv:Astro-ph / 0211076. Bibcode:2003AJ .... 126.3122T. Дои:10.1086/379554. S2CID  8177784.
  11. ^ Джевитт, Д. (2009). "Активные кентавры". Астрономический журнал. 137 (5): 4296–4312. Дои:10.1088/0004-6256/137/5/4296.
  12. ^ а б c d Wierzchos, K .; Womack, M .; Сарид, Г. (2017). "Окись углерода в отдаленно активном кентавре (60558) 174P / Echeclus по 6 а.е. ". Астрономический журнал. 153 (5): 8. arXiv:1703.07660. Bibcode:2017AJ .... 153..230Вт. Дои:10.3847 / 1538-3881 / aa689c. S2CID  119093318.
  13. ^ Ван Бисбрук, Г. А. (1928). "Примечания к комете: Комета 1927 d (Стернса) Комета 1927 h (Энке) Комета 1927 j (Швассманн-Вахманн)". Популярная астрономия. 36: 69.
  14. ^ а б Schambeau, C .; Fernández, Y .; Самарасинья, Н .; Мюллер, Б .; Вудни, Л. (2017). «Анализ наблюдений вспышки кометы 29P / Швассмана-Вахмана 1 в полосе R с целью наложения ограничений на состояние вращения ядра». Икар. 284: 359–371. Bibcode:2017Icar..284..359S. Дои:10.1016 / j.icarus.2016.11.026.
  15. ^ Trigo-Rodríguez, J .; и другие. (2008). «Вспышки комет. I. Непрерывный мониторинг кометы 29P / Швассмана-Вахмана 1». Астрономия и астрофизика. 485 (2): 599–606. Дои:10.1051/0004-6361:20078666.
  16. ^ Bauer, J .; и другие. (2015). "The NEOWISE-Обнаруженная популяция комет и CO + CO2 Темпы производства ». Астрофизический журнал. 814 (85): 24 стр. Дои:10.1088 / 0004-637X / 814/2/85.
  17. ^ Morbidelli, A .; Levison, H.F .; Циганис, К .; Гомес, Р. (26 мая 2005 г.). «Хаотический захват троянских астероидов Юпитера в ранней Солнечной системе». Природа. 435 (7041): 462–465. Bibcode:2005Натура.435..462М. Дои:10.1038 / природа03540. PMID  15917801. S2CID  4373366.
  18. ^ Брага-Рибас, Ф .; и другие. (2014). «Кольцевая система обнаружена вокруг Кентавра (10199) Харикло». Природа. 508 (7494): 72–75. arXiv:1409.7259. Bibcode:2014Натура 508 ... 72Б. Дои:10.1038 / природа13155. PMID  24670644. S2CID  4467484.
  19. ^ Sickafoose, A .; и другие. (2019). «Характеристика материала вокруг кентавра (2060) Хирона от видимого и ближнего инфракрасного звездного затенения в 2011 году». MNRAS. 491 (3): 3643–3654. arXiv:1910.05029. Bibcode:2019MNRAS.tmp.2726S. Дои:10.1093 / mnras / stz3079. S2CID  204402461.
  20. ^ Schambeau, C .; Fernández, Y .; Lisse, C .; Самарасинья, Н .; Вудни, Л. (2015). "Новый анализ Spitzer наблюдения кометы 29P / Schwassmann-Wachmann 1 ". Икар. 260: 60–72. arXiv:1506.07037. Bibcode:2015Icar..260 ... 60S. Дои:10.1016 / j.icarus.2015.06.038. S2CID  119298410.
  21. ^ Fernández, Y .; и другие. (1999). «Внутренняя кома и ядро ​​кометы Хейла – Боппа: результаты звездного затмения». Икар. 140 (1): 205–220. Bibcode:1999Icar..140..205F. Дои:10.1006 / icar.1999.6127.
  22. ^ Майлз, Р. (2016). «Дискретные источники криовулканизма на ядре кометы 29P / Швассмана-Вахмана и их происхождение». Икар. 272: 387–413. Bibcode:2016Icar..272..387M. Дои:10.1016 / j.icarus.2015.11.011.
  23. ^ Stansberry, J .; и другие. (2004). "Спитцеровские наблюдения пылевой комы и ядра 29P / Schwassmann-Wachmann". Серия дополнений к астрофизическому журналу. 154 (1): 463–468. Дои:10.1086/422473.

внешняя ссылка