Инструменты для исследования богатого металлами астероида
В самом центре Земли находится металлическое ядро — настолько горячее и настолько глубокое, что его невозможно достичь и изучить напрямую. Но мы могли бы узнать больше о ней и о ядрах других планет, подобных Земле, изучив астероид Психея. На основании наблюдений, сделанных в телескопы, считается, что он на 60% состоит из металла, вероятно, из сплава железа и никеля. Похожая на картофелину и размером около 150х250 км, Психея может быть самым внутренним ядром планеты, которая после сильного столкновения с другим объектом лишилась внешней коры. НАСА планирует отправить миссию к Психее 13 октября. Это будет четырнадцатая миссия НАСА в рамках программы Discovery. Подготовка началась в 2017 году, запуск запланирован на 2022 год, но из-за пандемии короны НАСА не смогло завершить необходимые испытания вовремя. В году относительно мало времени, когда путешествие космического корабля соответствует положению планет.
На борту космического корабля будут три научных прибора: усовершенствованный имиджер для картографии и исследований поверхности, спектрометр гамма-излучения и нейтронов, который сможет измерить, из каких веществ состоит астероид, и магнитометр. Магнитометр изготовлен в DTU. «Нас пригласили принять участие, поскольку наш магнитометр доказал свою уникальную способность измерять очень широкое и чрезвычайно точное магнитное поле в ходе нескольких различных космических миссий. В 2020 году мы начали сотрудничать с Массачусетским технологическим институтом (MIT), который возглавляет проект Psyche Магнитометрические исследования. А в 2021 году мы первыми поставили готовый научный прибор для космического корабля, который строится в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене», — поясняет Хосе М.Г. Мерайо, профессор DTU Space, соисследователь и член научной группы миссии «Психея».
Магнитометр удивительно мал по сравнению с его производительностью и емкостью. Размером с теннисный мяч, датчик помещен в цилиндр и имеет поверхность, напоминающую ананас. В канавках на поверхности находятся катушки, генерирующие магнитное поле, подобное тому, которое вы хотите измерить. Сам космический корабль выше человека и весит чуть менее 2 метрических тонн без топлива и чуть меньше трех с топливом, поэтому вес магнитометра, составляющий около 2 кг, по сравнению с ним не так уж и велик. Но он эффективен и надежен, разработан и собран вручную в DTU с вниманием к каждой мелочи. Мы абсолютно ничего не знаем о магнитном поле Психеи — велико оно или мало; будь то одно большое поле или россыпь меньших полей. Магнитометр должен быть готов ко всем непредвиденным обстоятельствам. Магнитометр DTU уникален тем, что способен измерять размер и направление магнитных полей с чрезвычайной точностью. Силу магнитных полей обычно измеряют в теслах. Для очень слабых магнитных полей измерения указаны в нанотеслах (нано = 10-9). Магнитное поле Земли, измеренное в Дании, составляет примерно 54 000 нанотесла.
Магнитометр от DTU способен обнаруживать чрезвычайно слабые магнитные поля величиной до 0,025 нанотесла, а также чрезвычайно сильные поля величиной до 80 000 нанотесла. Это означает, что самое слабое магнитное поле, измеряемое прибором, в 6 миллионов раз менее мощное, чем самое сильное поле, которое он может измерить. Другими словами: прибор может обнаруживать магнитные поля, начиная от слабых полей солнечного ветра и заканчивая более сильными магнитными полями больших планет. На космическом корабле будут два магнитометра для защиты данных, если с одним из них что-то случится. Но есть и другая причина: «Сам космический корабль может генерировать магнитное поле, и мы не хотим, чтобы это было включено в наши данные. Поэтому приборы будут установлены на стреле на некотором расстоянии от космического корабля, и с помощью двух датчиков мы сможем обнаружить сигналы от космического корабля, которые затем можно вычесть.Если два датчика производят одинаковые измерения, мы можем с уверенностью предположить, что они измеряют естественное магнитное поле.Если они производят разные измерения, мы можем предположить, что это связано с космический корабль», — объясняет Хосе Мерайо.
Исследовательская группа Хосе Мерайо в DTU Space построила магнитометры для нескольких миссий по измерению магнитного поля Земли. Первоначально для спутника Orsted, затем для немецкой миссии CHAMP и, наконец, для миссии SWARM Европейского космического агентства. «В общей сложности наш магнитометр работает в космосе уже более 155 лет и обеспечивает измерения для карт геомагнитного поля, используемых для навигации и в случае сбоя GPS», — говорит Хосе Мерайо. Магнитометры миссии Psyche будут питаться от солнечных батарей, установленных по бокам космического корабля, и начнут измерения сразу после запуска. Конечно, прибор прошел все виды предстартовых испытаний, но нам нужно будет проверить, все ли работает так, как положено, или что-то требует корректировки, когда он действительно окажется в космосе. Психея расположена в поясе астероидов между Марсом и Юпитером, и на пути в 500 миллионов километров также можно будет получить данные об окрестностях Марса, поскольку космический корабль будет пролетать близко к планете; также, вероятно, можно будет получить новые знания о солнечных бурях и их влиянии на Солнечную систему. По этой причине прибор будет работать на протяжении всего рейса, даже если его можно включать и выключать.
Мы надеемся, что через шесть лет миссия достигнет богатого металлами астероида, и затем планируется, что космический корабль будет вращаться вокруг астероида на высотах примерно 700, 500, 300 и 100 км в течение совокупного периода более двух лет. Это позволит получить много новых данных и, мы надеемся, улучшит наше понимание создания нашей солнечной системы и планетарных магнитных полей. «Почему некоторые планеты, такие как Венера, не имеют магнитного поля, а магнитные поля других планет, таких как Юпитер, сильнее даже магнитного поля на Земле? В Психее у нас есть обнаженное ядро, которое мы можем измерять напрямую. Мы считаем, что это расскажет нам о многом. Узнав больше о магнитном поле Психеи, мы также сможем узнать больше о работе магнитного поля Земли. Солнечная система огромна, и любые данные, которые мы можем собрать, помогут нам понять ее. лучше — например, как погода в космосе помогает защитить нашу Землю», — говорит Хосе Мерайо. Планов по возвращению космического корабля на Землю по окончании миссии нет. «Может быть, он приземлится на Психею, кто знает? Или он продолжит вращаться вокруг астероида как маленькая искусственная луна», — говорит Хосе Мерайо.
