Как поймать комету, которая еще не была обнаружена
В последнее время появилось много предположений о межзвездном госте 3I/ATLAS, большая часть которых, вероятно, вызвана низким качеством данных, учитывая, что нам приходится наблюдать ее либо с Земли, либо, в некоторых случаях, с Марса. В любом случае, это намного дальше, чем было бы идеально. Но это может быть не так для будущего межзвездного объекта.
Европейское космическое агентство (ЕКА) планирует миссию, которая потенциально может посетить нового межзвездного посетителя или комету, которая совершает свой первый проход внутрь Солнечной системы. Но, учитывая ограничения миссии, любой такой потенциальный целевой объект должен соответствовать ряду условий. В новой статье, доступной в предварительном виде на arXiv, ведущего автора, профессора Колина Снодграсса из Эдинбургского университета и его коллег, обсуждаются эти условия и оценивается вероятность того, что мы найдем хорошего кандидата в разумные сроки после запуска миссии.
Comet Interceptor (CI), как называется эта миссия, относится к классу F ЕКА, что означает, что она должна быть разработана и запущена быстро. Затем он будет находиться на парковочной орбите в точке Лагранжа Земля-Солнце L2 до тех пор, пока не появится подходящая цель — динамически новая комета (DNC) - тип комет, которые впервые войдут во внутреннюю часть Солнечной системы.
В качестве альтернативы, если миссии действительно повезет, она также может наблюдать межзвездный объект, проходящий через нашу Солнечную систему во время своего путешествия в один конец, но вероятность того, что это произойдет на разумном расстоянии в точное время, которое ожидает CI, поразительно мала.
Однако DNC встречаются чаще. В статье отмечается, что за период с 1898 по 2023 год их было 132, хотя у них есть свои особенности. Многие из них чрезвычайно слабы и обнаруживаются лишь за несколько месяцев или лет до их прибытия во внутреннюю часть Солнечной системы. Ожидается, что в рамках программы Legacy Survey of Space and Time (LSST) обсерватории Веры К. Рубин будет обнаружено гораздо больше DNC, чем когда—либо было замечено ранее, и, как мы надеемся, это даст достаточное предупреждение, чтобы команда миссии CI смогла проанализировать потенциальную цель на предмет ее пригодности.
Но даже если LSST найдет подходящего кандидата, нет никакой гарантии, что по мере приближения к Солнцу комета станет ярче настолько, что это будет интересно. С другой стороны, также нет гарантии, что она просто не распадется на части до того, как CI приблизится достаточно близко, чтобы ее можно было рассмотреть. Учитывая, что миссия может выбрать только одну потенциальную цель, эти неизвестные добавляют элемент случайности, достаточно большой, чтобы заставить покраснеть самых заядлых игроков.
Поэтому лучше изучить возможные сценарии с помощью теории игр, чтобы иметь лучшее представление о том, чего ожидать при выборе реальной цели. Этот анализ начался с некоторых основных ограничений миссии. Была ограничена "дельта-v" — энергия, необходимая для достижения кометы, учитывая ограничения космического аппарата, доставляющего необходимое топливо в точку L2. Авторы рассчитали скорость в 1,5 км/с — не особенно высокую скорость по стандартам межпланетной миссии.
CI должен был бы перехватить комету где—то между 0,9 и 1,2 а.е. — где-то прямо на орбите Земли - и, что важно, она должна пересечь плоскость эклиптики, где на самом деле находится Земля, чтобы оказаться в пределах досягаемости. Космический аппарат также должен находиться к солнцу под углом от 45° до 135°, чтобы обеспечить работу своих солнечных панелей. И, возможно, самое главное, скорость пролета кометы не может превышать 70 км/с, поскольку возникающий в результате этого ущерб от пыли может привести к уничтожению небольших зондов, которые CI выпустит для изучения комы кометы.
В дополнение к этому, есть еще один приятный момент - газовыделение, когда комета-мишень должна выделять достаточно газа, чтобы быть интересной, но не настолько, чтобы уничтожить зонд. Согласно статье, комета Галлея, по-видимому, является разумным верхним пределом требуемого газовыделения.
Авторы подошли к анализу исторических комет с двух разных точек зрения. Сначала они рассмотрели наиболее интересные с научной точки зрения примеры. Ограничения этого подхода заключались в том, что кометы рассматривались только на их пути в Солнечную систему, а не на обратном пути, и имели яркость 10-й звездной величины, которую авторы использовали в качестве показателя активности.
После их выбора у них осталось девять потенциальных кандидатов. Но при дальнейшем изучении выяснилось, что ни один из них не был доступен, учитывая технические ограничения миссии. Большинство из них были либо слишком далеко от пересечения траектории Земли, либо для достижения требовался слишком большой уровень дельта-v.
Поэтому они попробовали другой механизм отбора — сначала проверили осуществимость. Что на практике означало, что они выбрали те проекты, которые могли быть реализованы в рамках бюджета миссии в 1,5 раза больше, при соблюдении требований к деятельности. Это сузило поиск до трех комет, каждая из которых была обнаружена в течение последних 25 лет.
Наиболее интересным был C/2001 Q4 (NEAT), который был обнаружен еще в 2001 году, примерно за 2,5 года до того, как он достиг своего перигелия. Он обладал хорошим уровнем активности и мог быть достигнут при скорости delta-v в пределах 1,5 км/с. Единственной проблемой была относительно высокая скорость полета - 57 км/с, что означало, что зонды, которые CI выпустит для изучения кометы, могут быть повреждены, и что у кометы будет лишь ограниченное время для сбора ценных данных.
На самом деле, вероятность найти идеального кандидата в течение 2-3-летнего периода работы миссии CI невелика. Таким образом, операторам миссии, скорее всего, придется найти "достаточно хорошего" кандидата и собрать о нем все возможные данные. Это неотъемлемое ограничение миссий такого типа, когда конечная цель неизвестна до тех пор, пока миссия не будет разработана и запущена.
Но, если повезет, CI сможет найти хорошего кандидата, скорее всего, с помощью LSST, когда он будет запущен в 2029 году. Может быть, если ему очень—очень повезет, он даже найдет межзвездного посетителя для встречи - если это произойдет, я ставлю все на то, чтобы назвать этот конкретный межзвездный объект Рамой.
