Ten tweede zou de IOE de "aard, samenstelling en bronnen van de ISO-coma-activiteit bepalen of beperken en de processen bepalen die verantwoordelijk zijn voor [de] waargenomen activiteit." Meestal is coma-activiteit het gevolg van sublimatie van ijs wanneer objecten een ster naderen, waardoor stofkorrels en vuurvaste organische moleculen uit de kern vrijkomen. Zoals eerdere waarnemingen hebben aangetoond, hangt de activiteit van kometen af ​​van de zonnewarmte en de fysieke kenmerken van de komeet zelf. Zoals Stern en collega's in hun artikel verwoordden:

“Door de samenstelling en ruimtelijke verdeling van de coma van een ISO te karakteriseren, kan IOE direct de primaire componenten van zijn doel-ISO bepalen, de mechanismen achter coma-activiteit identificeren en onze inzichten verdiepen in de samenstelling en processen die bestaan ​​in zijn protoplanetaire formatieschijf, waar planetesimalen zich bevinden. alsof het zich aan het vormen was... Bovendien kan het vergelijken van de fysische eigenschappen (dat wil zeggen de chemische samenstelling, de grootteverdeling, het type vermenging) van ijs en vuurvaste materialen in de coma met die aan het oppervlak inzicht verschaffen in potentiële processen die de oppervlakken mogelijk hebben gewijzigd. "

Op basis van deze wetenschappelijke doelstellingen hebben Stern en zijn collega's op een rij gezet welke instrumenten de IOE nodig zou hebben. Deze omvatten:

• Een panchromatische beeldsensor met zichtbare golflengte, hoekresolutie van boogsecondeklasse en een hoog dynamisch bereik
• Een beeldsensor met zichtbare golflengte met drie filters (min.) en een infraroodbeeldspectrometer die het golflengtebereik van 1–2,5 μm (mogelijk tot 4 μm) bestrijkt met een oplossend vermogen van minimaal 100
• Een ultraviolette spectrometer met een golflengtebereik van 700–1970 Angström (Å) met een spectrale resolutie van gelijk of groter dan 20 Å
• Een panchromatische beeldsensor met zichtbare golflengte en UV- en infraroodbeeldspectrometers

Missieprofiel

Het volgende is het ontwerp van het ruimtevaartuig zelf, dat wordt gedicteerd door de kortstondige aard van ISO's. Zoals 'Oumuamua en Borisov hebben aangetoond, betekent de snelheid van ISO's dat ze waarschijnlijk onopgemerkt zullen blijven totdat ze dicht bij de binnenrand van de belangrijkste asteroïdengordel zijn. Bovendien zorgen hun hyperbolische trajecten ervoor dat ze waarschijnlijk rond onze zon vliegen en onbereikbaar worden kort nadat ze zijn gedetecteerd. Als laatste is er de positionering van de onderscheppingsmissie zelf, die rechtstreeks van invloed is op het vermogen van het ruimtevaartuig om de doel-ISO in te zetten en te bereiken.

Voor hun onderzoek selecteerden Stern en zijn team een ​​'opslagbaan'-locatie op het aardemaan L1 Lagrange Point, gelegen tussen de aarde en de maan. Deze locatie heeft verschillende voordelen, met name omdat een gepositioneerd ruimtevaartuig zeer weinig stuwkracht hoeft te genereren om de ontsnappingssnelheid te bereiken, wat betekent dat het grootste deel van zijn beschikbare versnelling (delta-v) in de richting van zijn onderscheppingstraject zal worden gebracht. Deze opslagbaan betekent ook dat er minder drijfgas nodig is en dat er minder tijd nodig is om op weg te gaan, en maakt snelle zwaartekrachtondersteuning mogelijk vanaf een vlucht nabij de aarde.

Voor hun onderzoek stelden Stern en zijn team een ​​detecteerbaarheidslimiet van 2 AU vast en simuleerden ISO's met een gemiddelde snelheid van 32,14 km/s (~20 mps) en een dichtstbijzijnde zonne-nadering van 10 AU of minder. Andere beperkingen waarmee rekening werd gehouden, waren onder meer de posities van de aarde en de ISO op het moment van detectie, de baanparameters van de ISO, de maximale afstand waarover een missie een ISO kon onderscheppen (ook wel de "heliocentrische onderscheppingsstraal" genoemd), en de relatieve snelheid. tussen het ruimtevaartuig en ISO. Om deze gegevens effectief te analyseren, heeft het team een ​​algoritme gegenereerd om het onderscheppingstraject te optimaliseren en een kleine subset van ISO's vast te stellen die mogelijk kunnen worden onderschept.

Ze simuleerden al deze berekeningen over een periode van tien jaar en leidden (met behulp van eerdere missies als precedenten) verschillende belangrijke parameters af. Zoals ze hadden vastgesteld, zou de missie in staat moeten zijn tot een versnelling (delta-v) van 3,0 km/s, een minimale vlieghoogte van 400 km (~250 mijl) moeten bereiken, de ISO binnen 3 AU's van de zon moeten onderscheppen, en een vliegsnelheid van 100 km/s (62 mps) bereiken. Toen deze 'detecteerbaarheidssfeer' was gevestigd, ontdekten ze dat de kansen op een succesvolle onderschepping aanzienlijk toenamen bij hogere snelheden (3 tot 3,9 km/s (1,86 tot 2,4 mps)) en op afstanden dichter bij 3 AU.

De studie van ISO's is een ontluikend gebied van astronomisch onderzoek dat observatoria van de volgende generatie (zoals Vera Rubin) en voorgestelde onderscheppingsmissies omvat. Naast de IOE zijn soortgelijke concepten voorgesteld sinds de detectie van 'Oumuamua en 2I/Borisov - inclusief Project Lyra, een voorstel van het Institute for Interstellar Studies (i4is). Hoewel het nog jaren kan duren voordat een dergelijke missie gerealiseerd is, zullen gedetailleerde studies zoals deze de volgende ontwikkelingsfase helpen bepalen:het ontwerpen en testen van de missieconcepten zelf.

Stern en zijn collega's erkennen dat er meer onderzoek nodig is voordat dit kan gebeuren, maar benadrukken dat hun werk een belangrijke eerste stap is. "Er zal meer gedetailleerd werk nodig zijn om het missieconcept beter voor te bereiden dat moet worden voorgesteld voor een toekomstige NASA-missie", schrijven ze, "maar dit rapport biedt de basisdoelstellingen, de belangrijkste vereisten en attributen van de missie als uitgangspunt." /P>

Meer informatie: S. Alan Stern et al, Een onderzoek naar een interstellaire objectverkenner (IOE), Planetaire en ruimtewetenschappen (2024). DOI:10.1016/j.pss.2024.105850

Aangeboden door Universe Today