NASA's Psyche-ruimtevaartuig, dat in augustus 2022 wordt gelanceerd en in 2026 bij de asteroïdengordel aankomt, zal in een baan om een ​​wereld cirkelen die we vanaf de aarde nauwelijks kunnen lokaliseren en die we nog nooit hebben bezocht.

Het doelwit van NASA's Psyche-missie - een metaalrijke asteroïde, ook wel Psyche genoemd, in de hoofdgordel tussen Mars en Jupiter - is een onbekende wereld in de ruimte. Van telescopen op aarde en in de ruimte verschijnt de asteroïde als een wazige waas. Wat wetenschappers uit radargegevens weten, is dat het een beetje de vorm van een aardappel heeft en dat het op zijn kant draait.

Door het licht te analyseren dat door de asteroïde wordt weerkaatst, veronderstellen wetenschappers dat asteroïde Psyche ongewoon rijk is aan metaal. Een mogelijke verklaring is dat het zich vroeg in ons zonnestelsel heeft gevormd, hetzij als een kern van een planetesimaal - een stuk van een planeet - of als oermateriaal dat nooit is gesmolten. Deze missie is bedoeld om erachter te komen, en terwijl ze dat doen, verwachten ze te helpen bij het beantwoorden van fundamentele vragen over de vorming van ons zonnestelsel.

"Als het onderdeel blijkt te zijn van een metalen kern, zou het deel uitmaken van de allereerste generatie vroege kernen in ons zonnestelsel", zei Lindy Elkins-Tanton van de Arizona State University, die als hoofdonderzoeker de Psyche-missie leidt. "Maar we weten het niet echt, en we zullen niets zeker weten totdat we daar zijn. We wilden primaire vragen stellen over het materiaal dat planeten heeft gebouwd. We zitten vol met vragen en niet veel antwoorden. Dit is echte verkenning."

Elkins-Tanton leidde de groep die Psyche voorstelde als een NASA Discovery-klasse missie; het werd geselecteerd in 2017. Een enorme uitdaging, zei ze, was het kiezen van de wetenschappelijke instrumenten van de missie:hoe zorg je ervoor dat je de gegevens krijgt die je nodig hebt als je niet zeker weet wat je specifiek gaat meten?

Om bijvoorbeeld te bepalen waar de asteroïde precies van is gemaakt en of deze deel uitmaakt van een planetesimale kern, hadden wetenschappers instrumenten nodig die een scala aan mogelijkheden konden verklaren:nikkel, ijzer, verschillende soorten gesteente, of steen en metaal door elkaar.

Ze selecteerden een payload-suite met een magnetometer om elk magnetisch veld te meten; imagers om het oppervlak te fotograferen en in kaart te brengen; en spectrometers om aan te geven waaruit het oppervlak is gemaakt door de gammastralen en neutronen te meten die eruit worden uitgezonden. Wetenschappers blijven hypothetiseren over waar Psyche van gemaakt is, maar "niemand heeft een Psyche kunnen bedenken die we niet aankunnen met de wetenschappelijke instrumenten die we hebben", zei Elkins-Tanton.

Hoe reis je door een onbekende wereld

Maar voordat wetenschappers die instrumenten aan het werk kunnen zetten, moeten ze de asteroïde bereiken en in een baan om de aarde komen. Na de lancering vanaf NASA's Kennedy Space Center in augustus 2022, zal Psyche negen maanden later langs Mars varen, gebruikmakend van de zwaartekracht van de planeet om zichzelf naar de asteroïde te slingeren. Het is een totale reis van ongeveer 2,4 miljard kilometer.

Het ruimtevaartuig zal eind 2025 zijn laatste nadering van de asteroïde beginnen. Naarmate het ruimtevaartuig dichter bij zijn doel komt, zal het missieteam zijn camera's inschakelen, en het beeld van asteroïde Psyche zal veranderen van de vage klodder die we nu kennen in hoge- definitie, waardoor voor het eerst oppervlaktekenmerken van deze vreemde wereld worden onthuld. De beelden zullen ingenieurs ook helpen zich te oriënteren terwijl ze zich voorbereiden om in januari 2026 in een baan om de aarde te glijden. De oorspronkelijke baan van het ruimtevaartuig is ontworpen om op een hoge, veilige hoogte te zijn - ongeveer 435 mijl (700 kilometer) boven het oppervlak van de asteroïde.

Tijdens deze eerste baan zal het ontwerp- en navigatieteam van Psyche zich met een laser richten op het meten van het zwaartekrachtveld van de asteroïde, de kracht die het ruimtevaartuig in een baan om de aarde zal houden. Met een goed begrip van het zwaartekrachtveld kan het team het ruimtevaartuig veilig dichter en dichter bij het oppervlak navigeren, aangezien de wetenschappelijke missie in iets minder dan twee jaar wordt uitgevoerd.

Psyche lijkt klonterig te zijn, breder (173 mijl of 280 kilometer, op het breedste punt) dan van boven naar beneden, met een ongelijke verdeling van de massa. Sommige delen kunnen minder dicht zijn, zoals een spons, en sommige kunnen dichter opeengepakt en massiever zijn. De delen van Psyche met meer massa zullen een hogere zwaartekracht hebben, waardoor een sterkere aantrekkingskracht op het ruimtevaartuig wordt uitgeoefend.

Om het mysterie van het zwaartekrachtveld op te lossen, zal het missieteam het telecommunicatiesysteem van het ruimtevaartuig gebruiken. Door subtiele veranderingen te meten in de X-band radiogolven die heen en weer kaatsen tussen het ruimtevaartuig en de grote Deep Space Network-antennes rond de aarde, kunnen ingenieurs de massa, het zwaartekrachtveld, de rotatie, oriëntatie en wiebelen van de asteroïde nauwkeurig bepalen.

Het team heeft scenario's uitgewerkt en duizenden "mogelijke Psyches" bedacht - simulaties van variaties in de dichtheid en massa van de asteroïde, en de oriëntatie van zijn spin-as - om de basis te leggen voor het baanplan. Ze kunnen hun modellen testen in computersimulaties, maar dat weten ze pas zeker als het ruimtevaartuig er is.

In de komende 20 maanden zal het ruimtevaartuig zijn zachte elektrische voortstuwingssysteem gebruiken om in lagere en lagere banen te duiken. Metingen van het zwaartekrachtveld zullen nauwkeuriger worden naarmate het ruimtevaartuig dichterbij komt, en beelden van het oppervlak zullen een hogere resolutie krijgen, waardoor het team hun begrip van het lichaam kan verbeteren. Uiteindelijk zal het ruimtevaartuig een laatste baan maken op ongeveer 85 kilometer boven het oppervlak.

Het is allemaal in een poging om de raadsels van deze unieke asteroïde op te lossen:waar komt Psyche vandaan, waar is het van gemaakt en wat vertelt het ons over de vorming van ons zonnestelsel?

"Mensen zijn altijd ontdekkingsreizigers geweest," zei Elkins-Tanton. "We zijn altijd vertrokken van waar we zijn om erachter te komen wat er over die heuvel is. We willen altijd verder gaan; we willen ons altijd voorstellen. Het is inherent aan ons. We weten niet wat we gaan vinden , en ik verwacht dat we volledig verrast zullen zijn."