Op weg naar een ongerepte populatie van oude asteroïden, vertrok een NASA-wetenschapssonde genaamd Lucy zaterdag voor zonsopgang van Cape Canaveral en schoot de ruimte in bovenop een Atlas 5-draagraket om een 12-jarige missie van $ 981 miljoen te beginnen op zoek naar aanwijzingen over de vroege zonnestelsel.
De missie maakt gebruik van een unieke uitlijning tussen de aarde en de Trojaanse asteroïden, groepen objecten die Jupiter leiden en volgen in zijn baan rond de zon. Het traject zal het Lucy-ruimtevaartuig van 2025 tot 2033 in de buurt van acht asteroïden brengen, meer dan enige andere missie.
De sonde zal de eerste zijn die de Trojaanse asteroïden bezoekt, die vastzaten in twee zwermen toen Jupiter zich in zijn huidige baan rond de zon vestigde. Wetenschappers geloven dat de Trojaanse asteroïden oerresten zijn van het vroege zonnestelsel. Soortgelijke objecten botsten of klonterden samen om de gigantische planeten van het buitenste zonnestelsel te vormen.
"De manier waarop we ze zien zijn als fossielen, daarom hebben we het Lucy-ruimtevaartuig vernoemd naar het menselijke voorouderfossiel dat bekend staat als Lucy", zegt Hal Levison, hoofdonderzoeker van de Lucy-missie aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. "Dit gaat ons vertellen hoe de reuzenplaneten zijn gevormd en hoe ze zich hebben verplaatst."
Lucy zal zich richten op asteroïden in de Trojaanse zwermen die in grootte variëren van minder dan een mijl tot meer dan 60 mijl. Het ruimtevaartuig zal ook vliegen langs asteroïden die kleurverschillen lijken te hebben bij waarnemingen op de grond, een teken dat ze mogelijk verschillende composities hebben.
Na een probleemloze nachtelijke aftelling, schoot de robotverkenner zaterdag om 41:5 uur EDT (5 GMT) weg van pad 34 bij Cape Canaveral Space Force Station bovenop een United Launch Alliance Atlas 0934-raket.
Lucy vertrok bij de openingsseconde van een 23-daagse planetaire lanceringsperiode, volgens een schema dat bijna een half decennium van tevoren was vastgesteld.
Lancering van NASA's Lucy-asteroïdemissie op een Atlas 5-raket, het begin van een 12-jarige reis om een populatie oude asteroïden te verkennen. https://t.co/tVHTSswphM pic.twitter.com/tN4ZSlUAHQ
- Spaceflight Now (@SpaceflightNow) 16 oktober 2021
Berijdend op een Russische RD-180-motor, boog de 188 voet hoge (57 meter) draagraket naar het oosten van Cape Canaveral over de Atlantische Oceaan. De Atlas 5 vloog zaterdag in de basisconfiguratie van de raket, zonder vaste vaste raketboosters.
De door kerosine aangedreven eerste trap van de raket stopte en werd overboord gegooid om in de Atlantische Oceaan te vallen na ongeveer vier minuten in de missie, waardoor een bovenste trap van de Centaur een paar brandwonden opliep met behulp van de in de VS gemaakte RL10-motor geleverd door Aerojet Rocketdyne.
Het eerste RL10-vuur plaatste het Lucy-ruimtevaartuig in een parkeerbaan rond de aarde. Ongeveer 40 minuten na de missie startte de motor opnieuw voor een verbranding van zes minuten om de sonde te versnellen tot de vereiste snelheid om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen.
De vluchtvolgorde van de Atlas 5 leek vlekkeloos te verlopen en de raket liet het Lucy-ruimtevaartuig ongeveer 58 minuten na het opstijgen los. Ongeveer een half uur later kondigden grondteams aan dat de sonde de plaatsing van zijn dubbele waaiervormige zonnepanelen had voltooid, elk met een diameter van ongeveer 24 voet (7.3 meter).
NASA's Deep Space Network-station in Australië ontving rond dezelfde tijd de eerste signalen van het Lucy-ruimtevaartuig, wat bevestigt dat de sonde functioneel was nadat hij met de Atlas 5-raket naar de ruimte was gereden.
De lancering van zaterdag markeerde de 89e vlucht van een Atlas 5-raket en de derde Atlas 5-vlucht van dit jaar.
"Op dit moment ziet het ruimtevaartuig er goed uit", vertelde Levison aan Spaceflight Now na de lancering zaterdag. “De zonnepanelen, dat was onze grote zorg. Ze produceren de stroom die ze zouden moeten produceren. Dus dat lijkt me gezond. Het is onderweg."
Volledig ontplooid, beslaan de zonnepanelen een oppervlakte van ongeveer 548 vierkante meter, waardoor Lucy's zonnevleugels de grootste zijn die ooit naar de verre ruimte zijn gestuurd. De structuren geven het Lucy-ruimtevaartuig een spanwijdte van meer dan 51 voet of 52 meter.
NASA bevestigt dat de cirkelvormige zonnepanelen van het Lucy-ruimtevaartuig zich hebben ontplooid na de lancering van vanmorgen.
Hierdoor kan het ruimtevaartuig zijn batterijen opladen om de tocht naar de Trojaanse asteroïden te beginnen.https://t.co/tVHTSswphM pic.twitter.com/sBnd5OzvIY
- Spaceflight Now (@SpaceflightNow) 16 oktober 2021
De lancering op zaterdag was een keerpunt voor de Lucy-missie na zeven jaar ontwerpen, ontwikkelen, bouwen en testen. Maar wetenschappers moeten nog 12 jaar wachten voordat Lucy al zijn doel-asteroïden heeft bezocht.
"Ik heb niet zo lang geleden gezocht naar de eerste instantie van het woord Lucy in een onderwerp van een e-mail, en het was maart 2014," zei Levison.
Ingenieurs en wetenschappers voltooiden de ontwikkeling van de Lucy-missie die werd bedreigd door de pandemie van het coronavirus. Ondanks de uitdagingen handhaafden ze het schema en het budget van de missie
"De analogie die ik heb gebruikt, is dat het lijkt op het opvoeden van een kind," zei Levison. “En dit is een moeilijke zwangerschap geweest. Nu is ze geboren, en nu zal ze groeien.”
Het Lucy-ruimtevaartuig van 3,300 pond (1,500 kilogram), gebouwd door Lockheed Martin in Colorado, is geladen met hydrazine en stikstoftetroxide om een reeks diepe ruimtemanoeuvres uit te voeren om zichzelf naar zijn asteroïde flyby-doelen te leiden.
De helft van de massa van de sonde is drijfgas, waardoor Lucy tijdens zijn missie zijn baan rond de zon drastisch kan veranderen.
Maar het grootste deel van het unieke traject van de missie zal worden aangedreven door natuurlijke krachten, wanneer Lucy terugkeert voor drie nauwe ontmoetingen met de aarde om snelheid te winnen en verder van de zon te versnellen, en uiteindelijk de afstand van Jupiter in 2027 te bereiken. missie zal in 15 maanden langs vijf asteroïden vliegen voordat ze nog een ronde rond de zon maken, en zich voorbereiden op een laatste vlucht langs een intrigerend binair paar asteroïden in 2033.
Wetenschappers noemden de Lucy-missie naar de gefossiliseerde overblijfselen van een menselijke voorouder, Lucy genoemd door de wetenschappers die haar in 1974 in Ethiopië ontdekten.
Wetenschappers geloven dat de Trojaanse asteroïden een divers voorbeeld zijn van de soorten kleine planetaire bouwstenen die zijn achtergelaten nadat het zonnestelsel 4.5 miljard jaar geleden werd gevormd.
"Deze objecten zijn interessant omdat ze de overblijfselen zijn van de vorming van het zonnestelsel", zegt Cathy Olkin, plaatsvervangend hoofdonderzoeker van de Lucy-missie bij SWRI. “We hebben onze missie ontworpen om de diversiteit van deze objecten in deze populatie te onderzoeken. We gaan de meeste asteroïden ooit bezoeken met één missie. We vliegen langs zeven Trojaanse asteroïden in deze epische reis van bijna 4 miljard mijl. We gaan de geologie, de samenstelling van het oppervlak bestuderen... en we gaan op zoek naar satellieten rond deze objecten.”
Net als de fossiele ontdekking die wetenschappers over de menselijke evolutie informeerde, zouden de Trojaanse asteroïden aanwijzingen kunnen geven over de oude geschiedenis van het zonnestelsel. Nadat Jupiter zich had gevormd en zich in zijn huidige baan had gevestigd, kwamen de asteroïden vast te zitten in zwermen, elk gecentreerd op een zwaartekracht-stabiel libratiepunt voor en achter de grootste planeet van het zonnestelsel.
"Dat fossiel veranderde ons begrip van de evolutie van de mensachtigen, net zoals we hopen dat het Lucy-ruimtevaartuig ons begrip van het zonnestelsel zal veranderen", zei Olkin.
NASA selecteerde de Lucy-missie, samen met een ander asteroïde-onderzoek genaamd Psyche, voor ontwikkeling in 2017. Psyche zal volgend jaar worden gelanceerd om een metaalrijke asteroïde te cirkelen.
Lucy en Psyche, ook wel zustermissies genoemd, zullen verschillende soorten objecten bezoeken. Maar beide konden wetenschappers veel vertellen over de evolutie van het zonnestelsel.
De twee diepe ruimtesondes sluiten zich aan bij NASA's reeks van kostenbeperkte Discovery-missies, een programma dat de Mars Pathfinder-rover, de Messenger-missie om in een baan om Mercurius draait en het Dawn-ruimtevaartuig dat in een baan om de gigantische asteroïde Vesta en de dwergplaneet Ceres cirkelde, omvatte.
Lucy en Psyche, gekozen uit een lijst van 28 voorstellen die in 2015 bij NASA zijn ingediend, zullen werelden bezoeken die nog nooit eerder van dichtbij zijn gezien, terwijl wetenschappers proberen de gewelddadige vroege geschiedenis van het zonnestelsel te ontrafelen, toen protoplaneten samenvloeiden uit fusies en botsingen tussen rotsen en keien in een schijf rond de zon.
De Trojaanse asteroïden, inclusief Lucy's flyby-doelen, zien er misschien nog steeds hetzelfde uit als meer dan 4 miljard jaar geleden, voordat wetenschappers geloven dat de enorme aantrekkingskracht van de zwaartekracht van Jupiter hen op hun huidige locaties vasthield terwijl de buitenste planeten van positie veranderden. De Trojaanse paarden zijn overblijfselen van de soorten objecten die samenkwamen om de reuzenplaneten te creëren: Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus.
"Als dit hele verhaal waar is ... vertegenwoordigen deze objecten echt objecten die zich in het buitenste zonnestelsel hebben gevormd en zich nu in de Trojaanse zwermen bevinden, waar een missie als Lucy ze kan gaan bestuderen," zei Levison.
Wetenschappers weten weinig over de Trojaanse asteroïden. Vanwege hun afstand tot de aarde zijn fragmenten van de Jupiter-trojanen nooit als meteorieten op de grond gevallen, waardoor wetenschappers elk inzicht in hun geschiedenis en samenstelling hebben beroofd.
Astronomen hebben meer dan 7,000 objecten gevonden in de Trojaanse zwermen. Mogelijk zijn er nog duizenden in afwachting van ontdekking met behulp van grote telescopen.
Maar zelfs de Hubble-ruimtetelescoop kan geen details oplossen over de samenstelling en het uiterlijk van de Trojaanse asteroïden. Wetenschappers hebben een ruwe schatting van de grootte van elk object dat door Lucy moet worden bezocht en weten iets over hun kleuren. Sommige zijn grijs en sommige zijn meer roodachtig van uiterlijk.
"Dit is een verkenningsmissie", zei Olkin. “We hebben de Trojaanse asteroïden nog niet eerder gezien. Een ding waar we naar kijken is de compositie. Veel dingen zijn aanwijzingen, maar we hebben geen specifieke hypothese die we aan het testen zijn, die ik je kan zeggen, ja of nee, want we zijn nog nooit bij deze objecten geweest. Er zijn veel vragen die we hebben en we moeten blijven leren om het volgende diepere niveau van vragen te kunnen stellen.
"We bemonsteren objecten van verschillende groottes, verschillende spectrale typen, twee verschillende zwermen, dus we kijken naar diversiteit over elke verschillende as die we kunnen bedenken," zei Olkin. "Dus we kunnen deze missie ondernemen, de meeste asteroïden ooit bezoeken en deze objecten echt met elkaar vergelijken."
De grootste van Lucy's asteroïde doelen, Patroclus en Menoetius genaamd, zullen de laatste werelden zijn die tijdens de missie worden bezocht. Waarnemingen op de grond geven aan dat deze asteroïden ruwweg bolvormig zijn.
Terwijl teams het Lucy-ruimtevaartuig klaarmaken voor lancering, proberen astronomen meer te weten te komen over de vormen van de andere doelen van de missie. Wetenschappers gebruiken stellaire bezettingen, wanneer iets rechtstreeks tussen de aarde en een verre ster passeert, om de grootte en vorm van een ver object te benaderen.
Door het patroon te meten waarin de asteroïde het licht van de ster verduistert, kunnen astronomen de vorm van het object inschatten. Deze maand hebben wetenschappers twee stellaire occultatiecampagnes gepland om meer te weten te komen over de vorm van twee van Lucy's doelen: Polymele en Eurybates.
Na de lancering van zaterdag, zal het Lucy-ruimtevaartuig een jaar in een baan rond de zon doorbrengen die vergelijkbaar is met die van de aarde, voordat hij in oktober terugkeert naar zijn thuisplaneet voor een zwaartekracht-geassisteerde katapultmanoeuvre om het zonnestelsel in te gaan.
"Het vinden van een traject waarmee we al dit soort objecten kunnen bezoeken, was een hele klus voor Lucy," zei Levison. "We rammelen rond het binnenste zonnestelsel met behulp van de zwaartekracht van de aarde om de baan van het ruimtevaartuig langzaam op te pompen, zodat het uiteindelijk de baan van Jupiter kruist."
Zonder de zwaartekracht van de aarde zou Lucy vijf keer meer brandstof moeten vervoeren, genoeg om de missie onhaalbaar te maken, volgens Coralie Adam, plaatsvervangend hoofd van het navigatieteam bij KinetX Aerospace.
Tussen nu en de eerste ontmoeting met asteroïden zullen wetenschappers Lucys-instrumenten kalibreren. De flyby's met Earth zullen helpen bij het afrekenen van instrumenten.
"We hebben eigenlijk een zeer actieve observatiecampagne op de grond om de vormen (van de asteroïde doelen) te krijgen, zodat we die vormen daadwerkelijk kunnen gebruiken in onze simulaties van de ontmoetingen om er zeker van te zijn dat ze de wetenschap gaan produceren die we willen dat ze krijgen, 'zei Levison.
"Er is dus veel te doen."
Een tweede vlucht langs de aarde in december 2024 zal Lucy naar zijn eerste ontmoeting met een asteroïde sturen. Het ruimtevaartuig zal langs asteroïde Donaldjohanson razen, genoemd naar de wetenschapper die het Lucy-fossiel in april 2025 ontdekte.
Dan zal Lucy in de eerste Trojaanse zwerm vliegen en vijf asteroïden bezoeken - waaronder een kleine maan van een van de objecten - in slechts 15 maanden tussen augustus 2027 en november 2028. Die vijf asteroïden bevinden zich in de zogenaamde L4, of Griekse, zwerm .
Op de verste boog zal Lucy meer dan 500 miljoen mijl (800 miljoen kilometer) van de zon verwijderd zijn. Het ruimtevaartuig zal het verste ruimtevaartuig van de zon zijn dat ooit op zonne-energie heeft vertrouwd.
Een laatste zwaai door de aarde in 2030 zal Lucy opzetten voor de laatste ontmoeting van de 12-jarige missie, een flyby van een binair paar asteroïden genaamd Patroclus en Menoetius op 3 maart 2033, in de L5, of Trojaanse, zwerm. Elk van de twee objecten is ongeveer even groot, met een diameter van meer dan 60 kilometer, waardoor ze de grootste doelen van Lucy's verblijf in het zonnestelsel zijn.
Bij elke asteroïde heeft Lucy slechts enkele uren om de beste foto's te maken en de meest bruikbare gegevens te verzamelen. De sonde zal langs de asteroïden vliegen met een relatieve snelheid van enkele mijlen per seconde, met behulp van een draaibaar platform om zijn camera en wetenschappelijke instrumenten te richten.
"Lucy is een flyby-missie, dus na jarenlang meer dan een miljard mijl te hebben gereisd om onze doelen te bereiken, richten we ons bijna direct op hen, vliegend binnen 600 mijl (1,000 kilometer) van hun oppervlak", zegt Keith Noll, NASA's projectwetenschapper voor de Lucy-missie. 'En Lucy vertraagt niet voor deze flyby's.'
Het ruimtevaartuig zal langs elk van zijn asteroïde doelen vliegen met relatieve snelheden variërend van 13,000 mph (21,000 kilometer per uur) tot 20,000 mph (32,000 kilometer per uur).
"Als je naar deze cartoonkaarten kijkt, lijkt het alsof de stippen die de Trojaanse paarden vertegenwoordigen vrij dicht bij elkaar liggen," zei Noll. "Maar in feite is het dichtstbijzijnde paar dat we (zullen) bezoeken meer dan 10 miljoen mijl van elkaar verwijderd, en de anderen zijn veel verder dan dat."
Lucy's drie wetenschappelijke instrumenten zijn elk geüpgradede versies van ladingen die op eerdere NASA-missies zijn gevlogen.
Een van de instrumenten, de Lucy Long Range Reconnaissance Imager, is een zwart-wit beeldtelescoop gebaseerd op een soortgelijk instrument op NASA's New Horizons-ruimtevaartuig, dat in 2015 de eerste close-upbeelden van Pluto vastlegde.
Het L'LORRI-instrument, geleverd door het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, zal de meest gedetailleerde beelden van de Trojaanse asteroïden produceren, hun oppervlakken in kaart brengen, kraters onderzoeken en zoeken naar kleine begeleidende asteroïden en stofwolken.
Een andere lading op het ruimtevaartuig komt van NASA's Goddard Space Flight Center. Het heet L'Ralph en is twee instrumenten in één.
Een onderdeel van het instrument is in wezen een kleurencamera, die beelden produceert die lijken op wat het menselijk oog zou zien. Een infraroodbeeldspectrometer zal wetenschappers helpen bij het identificeren van ijs, mineralen en organische moleculen op elke asteroïde.
Lucy's Thermal Emission Spectrometer, of L'TES, instrument zal de temperatuur van het oppervlak van elke asteroïde meten.
"De temperatuur vertelt ons enorm veel over de fysieke eigenschappen van het oppervlak", zegt Phil Christensen, hoofdonderzoeker van het L'TES-instrument van de Arizona State University. "Door dag- en nachtmetingen te vergelijken, kunnen we bepalen of het oppervlak is gemaakt van dicht keimateriaal, of fijnkorrelig stof en zand."
Ander wetenschappelijk onderzoek dat deel uitmaakt van Lucy's missie, maar niet als een nuttige lading wordt beschouwd, zal onderzoekers helpen de massa van elke asteroïde te bepalen, wat schattingen kan opleveren van de dichtheid van het object.
"Terwijl we langs de Trojaanse asteroïden vliegen, zal de versnelling van de zwaartekracht van de Trojaanse asteroïden de snelheid van het ruimtevaartuig een klein beetje veranderen," zei Olkin. "We vliegen met bijna 15,000 mph voorbij onze objecten, en de zwaartekracht van de Trojaanse asteroïden zal die snelheid met ongeveer een honderdste mijl per uur veranderen, maar we zullen dat kunnen detecteren met ons telecommunicatie-subsysteem en de verandering in de Doppler-frequentie terwijl we voorbij vliegen.”
Die snelheidsverandering zal wetenschappers vertellen hoeveel massa elke asteroïde bevat.
Lucy's missie is gericht op het beantwoorden van enkele serieuze wetenschappelijke vragen, maar missieplanners zijn niet immuun voor de popcultuur.
Wetenschappers noemden Lucy, het fossiel, nadat ze het Beatles-nummer 'Lucy In The Sky With Diamonds' hoorden terwijl ze de ontdekking vierden. Wetenschappers die de Trojaanse asteroïde-ontdekkingsreiziger ontwikkelden, zagen het verband.
"Deze asteroïden zijn echt als diamanten aan de hemel in termen van hun wetenschappelijke waarde om te begrijpen hoe de reuzenplaneten werden gevormd en het zonnestelsel evolueerde", zei Levison.
Een kleine diamant die diep in de L'TES-spectrometer is begraven, fungeert als een bundelsplitser, die het licht uit elkaar breekt en bundels in verschillende richtingen binnen het brandvlak van het instrument stuurt.
"We sturen echt een diamant de lucht in met Lucy", zei Christensen. "Het is een fundamenteel onderdeel van het instrument en een leuk element van de missie."
Wetenschappers hebben niet uitgesloten dat Lucy meer asteroïden gaat bezoeken na de laatste ontmoeting van de primaire missie in 2033. De laatste vlucht langs de aarde zal het ruimtevaartuig achterlaten in een stabiele baan rond de zon die weinig drijfgas nodig heeft om te onderhouden.
Zelfs zonder een uitgebreide missie zal Lucy zijn weg naar de recordboeken vinden.
"We bezoeken meer asteroïden dan enig ander ruimtevaartuig in de geschiedenis," zei Levison. “Het is ook een missie van 12 jaar, wat een lange periode is.
"Ik moet zeggen dat ik 75 ben als dit allemaal is gezegd en gedaan," zei Levison. "Maar je kunt je ook voorstellen dat jonge mensen, misschien mensen op de basisschool en middelbare school, aan Lucy zullen werken tegen de tijd dat we aan het einde van de missie zijn."
E-mail de auteur.
Volg Stephen Clark op Twitter: @ StephenClark1.
PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.
