ภารกิจดาวเคราะห์น้อยลูซี่ของนาซ่าจะสำรวจความลึกลับของระบบสุริยะในยุคแรก
หน้าแรก ข่าว วิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ ยานอวกาศลูซี่กำลังศึกษาดาวเคราะห์น้อยโดยศิลปิน (เครดิตภาพ: Southwest Research Institute) ยานอวกาศได้เข้าเยี่ยมชมส่วนย่อยของระบบสุริยะส่วนใหญ่แล้วในตอนนี้ แต่ภูมิภาคใหม่กำลังจะอยู่ภายใต้การตรวจสอบของหุ่นยนต์ นั่นคือกลุ่มดาวเคราะห์น้อยสองกลุ่มที่ขนาบข้างดาวพฤหัสบดีอันยิ่งใหญ่ในวงโคจรของมัน แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะพบดาวเคราะห์น้อยโทรจันจำนวนหลายพันดวงในฝูงทั้งสองนี้ แต่ก็ไม่มีภารกิจใดที่เคยเห็นอย่างใกล้ชิด สิ่งนี้จะเปลี่ยนไปในปี 2027 เมื่อภารกิจขนานนามว่าลูซี่ทำการบินผ่านห้าครั้งเป็นครั้งแรกที่จะเปลี่ยนโทรจันเพียงไม่กี่ตัวจากจุดเลือนแสงให้กลายเป็นโลกที่ไม่เหมือนใคร และไม่ใช่แค่เกี่ยวกับหินในอวกาศเท่านั้น แต่ภาพที่ได้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมภาพในยุคแรก ๆ ของระบบสุริยะได้ดีขึ้น “ฉันใฝ่ฝันที่จะส่งยานอวกาศไปยังดาวเคราะห์น้อยโทรจันมานานกว่าทศวรรษ” Cathy Olkin รองผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจและนักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์ที่ Southwest Research Institute (SwRI) ในโคโลราโดกล่าวกับ Space.com “โอกาสนี้โดดเด่นมาก” ที่เกี่ยวข้อง: ภารกิจ Lucy ในการสำรวจดาวเคราะห์น้อยโทรจัน 7 ดวงที่อธิบายโดยภารกิจ Lucy มูลค่า 981 ล้านดอลลาร์ของ NASA ซึ่งมีกำหนดจะเปิดตัวในวันเสาร์ (16 ต.ค. ) เวลา 5:34 น. EDT (0934 GMT) เป็นการสำรวจที่กล้าหาญที่จะทำให้หกคนอย่างระมัดระวัง ฝูงบินผ่านที่ประสานกัน: หนึ่งในแถบดาวเคราะห์น้อยหลัก ส่วนที่เหลืออยู่ในกลุ่มโทรจันของดาวพฤหัสบดี กำหนดการของภารกิจอาศัยการรวบรวมข้อมูลที่ว่องไวซึ่งจำเป็นโดยการเยี่ยมชมโดยบินผ่านและการจัดตำแหน่งท้องฟ้าที่สะดวกสบายซึ่งนำเสนอขุมสมบัติที่แท้จริงของหินอวกาศที่น่าสนใจแปดก้อนแก่นักวิทยาศาสตร์ Hal Levison ผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจและนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์อีกคนที่ SwRI กล่าวว่า “เราโชคดีมากที่ได้เป้าหมายที่หลากหลาย” “วัตถุเหล่านี้บางชิ้นอาจเป็นวัตถุที่น่าสนใจในการส่งยานอวกาศไปแม้ว่าจะเป็นเป้าหมายเดียวที่ยานอวกาศจะไปถึงก็ตาม” นั่นเป็นแบบจำลองที่ภารกิจดาวเคราะห์น้อยล่าสุดเช่น Hayabusa2 ของญี่ปุ่นและ OSIRIS-REx ของ NASA ตามมา ยานอวกาศแต่ละลำใช้เวลาหลายเดือนในการศึกษาดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกก่อนที่จะส่งตัวอย่างไปให้นักวิทยาศาสตร์ แต่ลูซี่ไม่สามารถอยู่ที่ก้อนหินอวกาศก้อนใดก้อนหนึ่งได้โดยไม่ทำลายฝั่ง เนื่องจากการโคจรรอบดาวเคราะห์น้อยต้องใช้เชื้อเพลิงมากกว่าการบินผ่านก้อนหนึ่ง แต่ลูซี่จะกลายเป็นภารกิจแรกที่บินผ่านในระบบสุริยะชั้นนอกจำนวนมาก และจะเข้าใกล้เป้าหมายด้วยความเร็ว 3 ถึง 6 ไมล์ (5 ถึง 9 กิโลเมตร) ต่อวินาที นั่นคือมหันต์ 10,800 ถึง 21,600 ไมล์ต่อชั่วโมง (18,000 ถึง 32,400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) เพื่อเข้าใจความยิ่งใหญ่ของความท้าทายนั้น Olkin แนะนำให้จินตนาการถึงการวิ่งแข่ง 10K – แต่ในเวลาเพียงไม่กี่วินาที “ฉันชอบความท้าทายของมันมาก เพราะมันทำให้วิทยาศาสตร์กลับมาสมบูรณ์ยิ่งขึ้น” Olkin กล่าว “ด้วยการบินผ่าน ทุกช่วงเวลามีค่า” ในทำนองเดียวกัน แม้ว่าภารกิจจะกินเวลานานกว่า 12 ปี แต่ลูซีจะทำงานส่วนใหญ่ภายในเวลาประมาณ 24 ชั่วโมง เลวิสันกล่าว มุมมองของยานอวกาศลูซี่ใกล้จุดสิ้นสุดของการประกอบซึ่งแสดงเสาอากาศขนาดใหญ่ที่จะใช้เพื่อสื่อสารกับโลกและวัดมวลของดาวเคราะห์น้อยแต่ละดวงที่มันบินผ่าน (เครดิตรูปภาพ: Lockheed Martin) เสน่ห์ของโทรจันจาก Earth นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถดูรายละเอียดมากนักเกี่ยวกับโทรจันที่ให้มา แต่ระหว่างกลุ่มดาวเคราะห์น้อยสองกลุ่มที่ดาวพฤหัสบดี นักดาราศาสตร์ได้ระบุวัตถุมากกว่า 10,000 ตัวที่ติดอยู่ในที่จอดรถที่มีแรงโน้มถ่วงด้านหน้าและด้านหลังดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ (สิ่งเหล่านี้ไปยังกระจุกเรียกว่า L4 และ L5 swarms ซึ่งเป็นศัพท์ทางเทคนิคสำหรับจุดหวานโน้มถ่วงเช่นจุด Lagrange) และจากระยะไกลนักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นความหลากหลายที่ผิดปกติในหมู่ดาวเคราะห์น้อยโทรจันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของสีซึ่ง มีตั้งแต่สีเทาจนถึงค่อนข้างแดง และเชื่อมโยงกับความแตกต่างที่คาดหวังในการแต่งหน้าด้วยสารเคมี “พวกมันใช้พื้นที่เล็กมาก แต่พวกมันก็แตกต่างกันมาก” เลวิสันกล่าว “พวกมันเป็นปริศนาจริงๆ” เลวิสันสงสัยมานานแล้วว่าการเข้าใจโทรจันมากขึ้นจะทำให้ภาพของนักวิทยาศาสตร์คมชัดขึ้นว่าระบบสุริยะเป็นอย่างที่เป็นได้อย่างไร โดยดาวเคราะห์ที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะก่อตัวขึ้น ณ ที่ซึ่งพบในปัจจุบันนี้ แบบจำลองที่เขาช่วยพัฒนาในปี 2548 ชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์ยักษ์สี่ดวงก่อตัวค่อนข้างใกล้กับดวงอาทิตย์แล้วอพยพออกไปด้านนอก ในกระบวนการกระจายเศษเล็กเศษน้อยอย่างดาวเคราะห์น้อยเข้าสู่ระบบสุริยะชั้นใน เขากล่าวว่าเขาหวังว่าข้อมูลที่ลูซี่รวบรวมจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดีขึ้นว่าทฤษฎีนี้และทฤษฎีอื่นๆ ใกล้เคียงกันมากเพียงใดกับอดีตที่แท้จริงของระบบสุริยะ เมื่อเขาเข้าสู่สนามในช่วงทศวรรษ 1980 เขากล่าวว่านักวิทยาศาสตร์ยังขาดความรู้ด้านทฤษฎี แต่ตอนนี้มันเปลี่ยนไปแล้ว “เรามาถึงจุดที่ฉันคิดว่าเรามีความคิดลอยๆ มากขึ้น และไม่มีข้อมูลที่จะคิดได้ว่าอันไหนถูกต้อง” เลวิสันกล่าว ลางสังหรณ์ของเขาคือสีต่างๆ ที่แสดงอยู่ท่ามกลางโทรจันแสดงถึงการก่อตัวในระยะทางที่ต่างกันจากดวงอาทิตย์ โดยดาวเคราะห์ที่อพยพย้ายถิ่นฐานจะเตะพวกมันไปยังบริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงคงที่ทั้งข้างหน้าและข้างหลังดาวพฤหัสบดี การเปรียบเทียบระหว่างโทรจันและดาวเคราะห์น้อยโดยทั่วไปเป็นหัวใจสำคัญของวิทยาศาสตร์ของลูซี่ “คนพวกนี้นั่งอยู่ที่เดิม ดังนั้นพวกเขาจึงมีเส้นทางวิวัฒนาการเหมือนกัน เพราะพวกเขาติดอยู่ในฝูงของมัน” เลวิสันกล่าว “ดังนั้นความแตกต่างที่เราเห็นจะเป็นความแตกต่างพื้นฐานในร่างกาย” ด้วยเหตุนี้ ฝูงบินผ่านจึงได้รับการประสานงานเพื่อให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเปรียบเทียบรายละเอียดของการสังเกตการณ์ที่รวบรวมจากดาวเคราะห์น้อยต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย การสังเกตรวมถึงภาพถ่ายสีของพื้นผิวของโทรจัน, อินฟราเรดสเปกโตรเมตรีเพื่อระบุสารประกอบต่างๆ บนพื้นผิวและการวิเคราะห์สัญญาณการสื่อสารของลูซีจากโลกที่จะบอกนักวิทยาศาสตร์ว่าดาวเคราะห์น้อยแต่ละดวงมีความหนาแน่นเพียงใด แผนการเดินทางอันสมบูรณ์ ทีมงานได้สร้างแผนการเดินทางของยานอวกาศโดยมีดาวเคราะห์น้อยสองดวงซึ่งโดยทั่วไปมีขนาดและวงโคจรใกล้เคียงกัน แต่มีหนึ่งสีเทาและหนึ่งสีแดง “ถ้าเราพบคู่แบบนั้น เรารู้ว่าพวกมันมีประวัติการชนกันแบบเดียวกัน เพราะพวกมันอยู่บนวงโคจรเดียวกัน พวกมันมีขนาดเท่ากัน มีรังสีดวงอาทิตย์เหมือนกัน — ทั้งหมดก็เหมือนเดิมในช่วง 4 ปีที่ผ่านมา พันล้านปี ให้หรือรับ” เลวิสันกล่าว “ดังนั้น ถ้าเราเห็นความแตกต่างระหว่างทั้งสอง เราจะรู้ว่านั่นกำลังบอกอะไรบางอย่างที่สำคัญเกี่ยวกับคุณสมบัติที่แท้จริงของพวกเขา” คู่กระดูกสันหลังนั้นคือ Eurybates และ Orus นักวิทยาศาสตร์ประเมินดาวเคราะห์น้อยทั้งสองดวงที่กว้างประมาณ 64 กิโลเมตร Eurybates ค่อนข้างเทาและมีแนวโน้มว่าอุดมไปด้วยคาร์บอน ในขณะที่ Orus ค่อนข้างสีแดงและมีแนวโน้มว่าอุดมไปด้วยวัสดุอินทรีย์ ลูซี่จะบินผ่านเหล่านี้ในวันที่ 12 ส.ค. 2027 และ 11 พ.ย. 2571 อีกรายการบินผ่านในแผนการเดินทางเป็นเรื่องบังเอิญ วัตถุที่ลูซี่จะบินเข้าไปใกล้ๆ มากพอที่ยานอวกาศจะมีค่าทางอ้อมเล็กน้อย “นั่นคือจุดเริ่มต้นของเรา ที่เหลือคือโชค” เลวิสันกล่าว โชคเริ่มต้นด้วยการบินครั้งแรกของ Lucy ในเดือนเมษายน 2025 ของดาวเคราะห์น้อยแถบหลักซึ่งปัจจุบันถูกขนานนามว่า Donaldjohanson เพื่อเป็นเกียรติแก่นักมานุษยวิทยาที่ค้นพบฟอสซิลที่ภารกิจ Lucy ตั้งชื่อตาม hominin ที่อาศัยอยู่ในเอธิโอเปีย 3.2 ล้านปีก่อน . การบินผ่านเป็นโบนัส — ดาวเคราะห์น้อยจะอยู่ใกล้เส้นทางที่ลูซี่ต้องเดินทางต่อไปในการเดินทางไปยังโทรจัน — แต่วัตถุนั้นยังคงน่าสนใจ เป็นหนึ่งในสมาชิกของกลุ่มดาวเคราะห์น้อยที่เป็นชิ้นส่วนของหินอวกาศที่มีขนาดใหญ่กว่ามากซึ่งถูกทุบให้เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย ซึ่งเป็นดาวเคราะห์น้อยประเภทหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยเห็นมาก่อน และนักดาราศาสตร์รู้ด้วยซ้ำว่าการชนที่เป็นปัญหาเกิดขึ้นเมื่อใด “วัตถุชิ้นนี้ยังเด็กมาก” เลวิสันกล่าว “คาดว่ามีอายุระหว่าง 100 ถึง 200 ล้านปี ซึ่งทำให้เป็นหนึ่งในสิ่งที่อายุน้อยที่สุดในระบบสุริยะ” ภาพชุดหนึ่งของศิลปินแสดงเป้าหมายหลักเจ็ดประการของภารกิจลูซี (เครดิตรูปภาพ: ห้องทดลองภาพแนวคิดศูนย์การบินอวกาศ Goddard ของ NASA) เป้าหมายโทรจันแรกของลูซี่คือยูรีเบตส์ซึ่งเป็นองค์ประกอบสีเทาของทั้งคู่ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของการออกแบบภารกิจ เหมือนกับโดนัลด์โจแฮนสัน เป็นเพียงเศษเสี้ยวของผลกระทบ Olkin กล่าวว่า “มันเป็นดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุดจากครอบครัวที่มีการชนกัน และนั่นทำให้มันน่าสนใจมาก” นักวิทยาศาสตร์รู้ดีว่าประวัติศาสตร์เพราะ Eurybates ถูกล้อมรอบด้วยชิ้นส่วนเล็กๆ จำนวนมากที่เคลื่อนตัวไปตามวงโคจรที่เกือบจะเหมือนกัน ซึ่งเป็นเครื่องหมายของครอบครัวที่มีการชนกัน Eurybates ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจแล้วในระหว่างที่พวกเขาวางแผนภารกิจ ในปี 2018 นักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลพบดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดเล็กกว่ามากซึ่งโคจรรอบวัตถุหลักของ Eurybates ซึ่งเป็นดวงจันทร์ขนาดเล็ก โดยการค้นพบนี้ได้รับการยืนยันในปี 2020 ปัจจุบันมีชื่อเรียกว่า Queta ดาวเทียมอาจอยู่ห่างออกไป 0.6 ไมล์ (1 กิโลเมตร) และโคจรรอบ Eurybates ทุกๆ 84 วันหรือมากกว่านั้น Queta เป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กกว่ามากของดาวเคราะห์น้อยดวงเดียวกับที่ Eurybates เคยเป็น เลวิสันกล่าวว่าเขาหวังว่าการเยือนครั้งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจการชนกัน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการก่อตัวดาวเคราะห์ “เราเห็นสมาชิกที่ใหญ่ที่สุดของประชากรกลุ่มนี้ เป็นกลุ่มที่ฉลาดที่สุด และรอบ ๆ มันเป็นหนึ่งในสิ่งที่เล็กที่สุด ดังนั้นการเปรียบเทียบวัตถุทั้งสองจึงน่าสนใจเช่นกัน” เขากล่าว ต่อไป ลูซี่จะบินผ่านอย่างรวดเร็วสามครั้ง ประการแรก ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2570 Polymele ดาวเคราะห์น้อยสีแดงขนาดเล็กที่อาจเป็นตัวแทนของเศษหินขนาดใหญ่ที่สูญหาย เจ็ดเดือนต่อมา Leucus ด้วยการหมุนช้าอย่างน่าประหลาดที่อาจส่งผลต่ออุณหภูมิของดาวเคราะห์น้อย ถัดมาคือ Orus สมาชิกสีแดงของคู่เปรียบเทียบสีที่ Lucy สร้างขึ้น กำหนดการดังกล่าวหมายความว่าฝูงบินโดย Lucy จะมาในช่วงเวลาเพียง 15 เดือนในช่วงปลายปี 2027 และ 2028 Olkin ตั้งข้อสังเกต “คงจะยุ่งมากเลยสินะ” ตอนจบที่ยิ่งใหญ่ โทรจันทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในกลุ่ม L4 ซึ่งวิ่งไปข้างหน้าดาวพฤหัสบดีในวงโคจรของมัน หลังจากการระเบิดของ flybys นี้ ลูซี่จะมุ่งหน้ากลับไปที่ดวงอาทิตย์เพื่อบินผ่านโลกอีกครั้ง ซึ่งจะทำให้ยานอวกาศสามารถติดตามเพื่อเยี่ยมชมฝูง L5 ที่ตามหลังดาวพฤหัสบดีในต้นปี 2030 และในกลุ่มนั้นก็เป็นอีกรางวัลหนึ่งของภารกิจ: ก้อนหินขนาดเกือบคู่ที่โคจรรอบกันขนานนามว่า Patroclus และ Menoetius ซึ่ง Lucy จะบินผ่านมาในปี 2033 “นี่ ฉันต้องยอมรับ ของโปรดของฉัน ฉันรู้จักเธอดี” ไม่ควรมีลูกคนโปรด แต่ลูกนี้เป็นลูกที่ฉันชอบ” เลวิสันกล่าวถึงทั้งคู่ซึ่งเรียกว่าเลขฐานสอง ระบบสุริยะชั้นในและแถบดาวเคราะห์น้อยหลักที่มีขนาดเท่ากันนั้นหาได้ยาก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาเศษหินหรืออิฐดังกล่าวได้ง่ายที่สุด แต่การสังเกตการณ์ล่าสุดในแถบไคเปอร์ของวัตถุขนาดเล็กที่อยู่นอกดาวเนปจูนแสดงให้เห็นว่าในละแวกรอบนอกนี้ ระบบไบนารีที่มีความสมดุลนั้นเป็นเรื่องปกติธรรมดา และในระยะทางนั้น วัตถุต่างๆ จะไม่ถูกแตะต้อง “สิ่งเหล่านี้อยู่ห่างจากระบบดาวเคราะห์มากพอที่ความรุนแรงของการก่อตัวของดาวเคราะห์ไม่เคยส่งผลกระทบต่อพวกมัน” เลวิสันกล่าว ทฤษฎีก็คือว่า Patroclus และ Menoetius เป็นหนึ่งในคู่แฝดมวลเท่าๆ กันที่มีอยู่เดิมเพียงไม่กี่คู่ในใจกลางของระบบสุริยะที่จะอยู่รอดจากความหายนะของระบบสุริยะในยุคแรกๆ “มันเป็นหนึ่งในผู้รอดชีวิตเพียงคนเดียวที่เราไปถึงได้ด้วยยานอวกาศ” เลวิสันกล่าว “สำหรับฉัน มันลึกซึ้งมาก” และจากงานเปรียบเทียบของ Lucy Patroclus และ Menoetius จะทำหน้าที่เป็นความแตกต่างที่สำคัญกับโทรจัน Eurybates ตัวแรกของยานอวกาศ “เรากำลังไปโดยวัตถุชิ้นหนึ่งที่มีการชนกันขนานใหญ่มาก ดังนั้นจึงเริ่มมีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวดาวเคราะห์ และวัตถุที่เราคิดว่าบริสุทธิ์” เลวิสันกล่าว “ความสามารถในการเปรียบเทียบสองสิ่งนี้จะมีความสำคัญจริงๆ” แต่ทั้ง Olkin และ Levison คาดหวังว่า Lucy จะทำวิทยาศาสตร์ได้มากกว่า และมองเห็นหินที่แปลกกว่าที่พวกมันจะวาดจากที่นี่บนโลกได้ “ฉันไม่รู้ว่าเราจะได้เห็นอะไร ดังนั้นฉันไม่สามารถพูดได้ว่าฉันคาดหวังสิ่งนี้หรือสิ่งนั้น” Olkin กล่าว “เราจะส่งยานอวกาศไปที่นั่น และเราจะเรียนรู้เกี่ยวกับมัน เพราะนั่นคือกระบวนการของวิธีที่เราทำวิทยาศาสตร์” ส่งอีเมลถึง Meghan Bartels ที่ mbartels@space.com หรือติดตามเธอทาง Twitter @meghanbartels ติดตามเราบน Twitter @Spacedotcom และบน Facebook เข้าร่วม Space Forums ของเราเพื่อพูดคุยในภารกิจล่าสุด ท้องฟ้ายามค่ำคืน และอีกมากมาย! และหากคุณมีเคล็ดลับข่าวสาร แก้ไข หรือแสดงความคิดเห็น โปรดแจ้งให้เราทราบที่ community@space.com เมแกนเป็นนักเขียนอาวุโสที่ Space.com และมีประสบการณ์มากกว่าห้าปีในฐานะนักข่าววิทยาศาสตร์ในนิวยอร์กซิตี้ เธอเข้าร่วม Space.com ในเดือนกรกฎาคม 2018 โดยมีงานเขียนก่อนหน้านี้ตีพิมพ์ในร้านค้าต่างๆ เช่น Newsweek และ Audubon เมแกนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทด้านวารสารศาสตร์วิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก และปริญญาตรีสาขาคลาสสิกจากมหาวิทยาลัยจอร์จทาวน์ และในเวลาว่าง เธอชอบการอ่านและเยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์ ติดตามเธอทาง Twitter ได้ที่ @meghanbartels
