TEMA BROJA

Dragan Lazarević

Mala tela Sunčevog sistema / Istraživanje asteroida kosmičkim sondama

Izvidjači kosmičkih stena

Najbrojnija tela Sunčevog sistema su kosmičke stene nepravilnog oblika, tj.asteroidi. Procenjuje se da većih od 100 m ima nekoliko miliona. Što su većih dimenzija, oblik im se približava obliku lopti (ako nisu razbijeni sudarima sa drugim asteroidima) pa se nazivaju planetoidi. Najveća koncentracija ovih tela je u asteroidnom pojasu između Marsa i Jupitera i u Jupiterovim Lagranževim tačkama L3 i L4. Nekoliko hiljada asteroida se kreću van pojasa i seku putanje unutrašnjih planeta (NEO objekti), a neki seku i putanju Zemlje i predstavljaju potencijalnu pretnju udara o nju, što se u geološkoj prošlosti događalo. Meteoriti koji padaju na Zemlju su delovi asteroida rastureni njihovim sudarima; njihovim proučavanjem se saznao sastav asteroida.

Asteroidi su veoma različiti po svom sastavu: mogu biti silikatni (klasa S), metalični(M) ili porozne strukture (tzv. hondriti klase C) sa određenim sadržajem ugljenika, hidratisanih minerala i organskih jedinjenja. Neki asteroidi su bili deo većeg tela raslojene unutrašnjosti koje je razneto sudarima sa drugim asteroidima a neki su se malo menjali pa su sačuvali strukturu blisku onoj koju su imali u vreme nastanka Sunčevog sistema, pre oko 4,5 milijardi godina.
Lansiranjem prvih kosmičkih sondi ka Mesecu i ka susednim planetama otvorena je i mogućnost proučavanja asteroida iz neposredne blizine. Pošto je pažnja naučnika prvenstveno bila usmerena ka susednim planetama, istraživanje asteroida je bilo zanemareno. Prve snimke nepravilnih malih tela, Marsovih satelita Fobosa i Deimosa, obavile su sonde 1972-77 – „mariner 9“ i „viking“ 1 i 2. Pretpostavljalo se da bi tako trebalo da izgledaju i asteroidi.

Prve izvidnice asteroida

Prve slike asteroida koje su stigle na Zemlju poslate su sa sondi kojma su glavni ciljevi bili udaljene planete ili komete a snimanje asteroida je obavljeno u prolasku. Sonda „galileo“ je, prilikom  svog prvog ulaska u pojas asteroida, prošla 1991. pored asteroida 951 Gaspra, na rastojanju od 1600 km. I pored velike udaljenosti, slika Gaspre je bila dovoljno jasna i prikazivala je telo nepravilnog oblika dimenzija 18,2x10,5x8,9 km, izrovašeno i izlomljeno udarima manjih asteroida. Pri konačnom usmerenju ka Jupiteru 1993. sonda je prošla pored asteroida 243 Ida, na rastojanju 2390 km i uspešno obavila snimanje. Na osnosvi dobijenog, ustanovljene su dimenzije tog asteroida (56x24x21 km) i  otkriven je mali asteriod-satelit Ide, nazvan „Dactyl“, veličine oko 1,2-1,6 km.
Sonda „deep space 1“ je 1999. prošla pored asteroida Braile 9969 veličine 2,2x0,6 km, na putu ka kometi Boreli. Na svom putu ka Saturnu, sonda „Cassini“ je 2000. prošla na od 1,6 miliona km od asteroida Masursky 2685, veličine 15-20 km. Udaljen prolaz pored asteroida APL 132524 obavila je 2006. sonda „new horizons“ na svom putu ka Plutonu. Pri tom je njegova veličina procenjena na oko 2,5 km.
Na putu ka kometi Čirjumov-Gerasimenko, sonda „roseta“ je 2008. prošla na 800 km od asteroda „šteins 2867“, i snimila ga pri čemu je određena njegova veličina (5,9x4 km).
Ista sonda je 2010. prošla na 3162 km od velikog asteroida „21 lutetia“ dimenzija 120x100x80 km.
Kineska sonda za istraživanje Meseca „chang e 2“ je, posle obavljene misije, napustila orbitu oko njega i prešla na putanju oko Sunca, proletevši na 3,2 km od asteroida „4159 toutatis“, dimenzija 4,5x2 km.
Sonda „new horizons“ je posle prolaska i istraživanja Plutona i njegovih satelita 2019. snimila i ledeni asteroid - objekt Kajperovog pojasa, odakle dolaze kratko-periodične komete. Označen je sa 2014 MU i nazvan Ultima Thule. Složenog je oblika, nastalog spajanjem dva tela; ukupne dimenzije su 31x19 km.

Orbiteri oko asteroida i planetoida

Prva sonda sa ciljem da istražuje asteroide bila „NEAR shoemaker“. Lansirana je 1996. ka asteroidu 433 Eros. Na putu ka njemu je 1997. prošla pored asteroida 253 Mathilde, na rastojanju od 1212 km, i uspešno ga snimila pri čemu je utvrđena veličina 66x48x46 km. Posle prvog proletanja pored Erosa, 1998. zahvaćena je njegovom slabom gravitacijom i ušla u orbitu oko njega na udaljenosti od 35 km. Eros je neobičnog oblika i može se porediti sa oblikom banane ili kifle,a njegove dimenzije su  13x13x33 km. Posle niza orbita, snimanja Erosa, utvrđivanja njegove mase i geometrijskog oblika  i naučnih istraživanja interakcije asteroida sa solarnim vetrom, magnetometrijskih i drugih ispitivanja, sonda je pravila od januara 2001. sve bliže prelete preko njega na rastojanju od 5-6 km, a 28. januara na 2-3 km. Iako nije bila predviđena za spuštanje, 12.februara je dodirnula tlo Erosa. Funkcionisala je još 16 dana i slala signale.
Podvig je ostvarila i NASA-ina sonda „dawn“ na jonski pogon koja je istražila dva najveća objekta u asteroidnom pojasu, Vestu i Ceres, koji se inače ne tretiraju kao asteroidi. Zbog veličine od oko 1000 km, Ceres se smatra za malu planetu a Vesta je elipsoidnog oblika (oko 900x600 km) i smatra se za tzv. protoplanete. „Dawn“ je lansirana 2007.da bi u orbitu oko Veste stigala jula 2011. Orbita je menjana a opsežna snimanja i naučna istraživanja Veste su vršena  do septembra 2012. kada je radom jonskih motora sonda upućena ka Ceresu. U njegovu orbitu je stigla marta 2015. i obavljala snimanja i istraživanja sa različitih orbita sve do 1.11.2018. kada je prekinut kontakt sa sondom koja je time zauvek ostala Ceresov veštački satelit.

Dopremanje uzoraka na Zemlju

Od svih asteroida, naučnike najviše interesuju asteroidi koji su vremenom malo promenili svoj sastav i strukturu i koji su bliski stanju u kojem su bili u vreme formiranja Sunčevog sistema. Iako su fragmenti raznih asteroida tog tipa padali na površinu Zemlje kao meteori i njihov sastav je poznat nauci, oni su tokom prolaska kroz Zemljinu atmosferu pretrpeli termičke deformacije i ne predstavljaju izvorni materijal koji bi mogao naučnicima da da odgovor na pitanja o nastanku Sunčevog sistema i poreklu organskih jedinjenja od kojih je nastao život na Zemlji.
 Zbog gotovo zanemarljive gravitacije asteroida (na telu od 1 km u prečniku gravitacija je oko 30.000 puta slabija nego na površini  Zemlje) sila težine sonde na površini asteroida ne bi mogla da spreči njeno pomeranje pri uzimanju uzoraka mehaničkom rukom ili bušenju tla cevastom burgijom.
Misija koja se može oceniti kao veoma uspešna je slanje sonde „hajabusa“ (soko lutalica) na asteroid 25143 Itokava i povratak na Zemlju kapsule sa uzorcima prašine. Sonda je lansirana 2003. Tokom dvogodišnjeg putovanja, pokretana jonskim motorima, stigla je septembra 2005. do cilja, malog asteroida 25143 Itokava klase S, koji se kreće oko Sunca po eliptičnoj putanji sa periodom obilaska od 556 dana. Putanja sonde je pratila putanju asteroida jer je njegova gravitacija bila suviše mala da bi sonda bila zahvaćena u orbitu oko njega. Sonda se postavila između njega i Sunca, prvo na rastojanju od 20 km a potom i na 7 km od njegove površine. Obavljeno je snimanje asteroida i precizno određivanje njegove veličine 535x294x209 m, sa periodom rotacije od 12,1 čas. Pokušaj da se izbaci lender „minerva“ agencije ESA nije uspeo i  pa se sonda, posle izvršene orbitalne misije, polako spustila na asteroid 20. novembra. Pri tome je podigla prašinu sa površine koju nije uspela da pokupi pa je sletanje ponovljeno 25. novembra. U drugom pokušaju, prašina je stigla do otvora kontejnera namenjenog za prikupljanje i ušla u njega. Kada se otvor zatvorio, sonda je krenula na dugo putovanje ka Zemlji pokretana sa preostala dva ispravna jonska motora od četiri koliko ih je imala, i obavila ukupnu promenu brzine od 2,2 km/s da bi stigla na Zemlju 13.6. 2010.

Osnovna struktura sonde je izgorela u Zemljinoj atmosferi a mala kapsula sa uzorcima se, posle uspešnog aerokočenja, spustila padobranom u australijsku pustinju. Ispitivanje kontejnera sa uzorcima je pokazalo da je oko 1500 sitnih čestica prašine (prečnika oko 10 mikrona)  bilo uhvaćeno i da su glavni sastojci silikati olivin, piroksen...
Uspešna misija prve sonde „hajabusa“ ohrabrilo je agenciju JAXA da pošalje „hajabusu 2“, sondu sa ciljem da donese veću količinu uzoraka površine sa nekog od bližih asteroida. Kao cilj odabran asteroid 162173 Ryugu, prečnika oko 980 m.
„Hajabusa 2“, mase 590 kg, lansirana je u kosmos 3.12.2014, pokretana jonskim motorima vrlo malog potiska ali u neprekidnom radnom režimu. Prolaskom pored Zemlje decembra 2015. na oko 3090 km, sonda je metodom tzv.“gravitacione praćke“ povećala brzinu i izmenila svoju trajektoriju da bi stigla u blizinu asteroida juna 2018. a potom počela da kruži oko njega i da ga snima. Septembra 21, izbacila je dva mala rovera, mase po 1,1 kg, na površinu asteroida, koji su preneli snimke površine iz neposredne blizine. Izbačen je i veći lender mase 9,6 kg, nemačke i francuske proizvodnje, koji je vršio složenija naučna istraživanja, snimanja i magnetska merenja u trajanju od 17 časova. Lender „minerva II-2“ se razbio udarom o asteroid. Posebnom metodom obavljeno je  prikupljanje uzoraka tla asteroida. Sonda se spustila  do površine asteroida i kolektor u vidu trube je dodirnuo tlo, a potom je na površinu bio ispaljen projektil od tantala, mase 5 g i brzine od 300  m/sek. Planirano je da se materijal sa površine prikupi i smesti u kontejner, smešten u kapsulu za povratak u Zemljinu atmosferu. Prvo prikupljanje površinskih uzoraka je obavljeno 22.februara 2019. a od drugih se odustalo. Obavljeno je i dublje bušenje površine ispaljivanjem projektila od bakra mase 2,5 kg iz topa koji je bio odvojen od sonde i udaljen od asteroida oko 500 m. Prilikom  opaljenju topa 5.4.2019, sonda je bila  na drugoj strani asteroida da bi se zaklonila od izbačenih čestica. Pri udaru je nastao krater prečnika 10 m a sonda se vratila na tu stranu i prikupila uzorke izbačene iz unutrašnjosti asteroida. Uzorci oba skupljanja tla (ukupne mase oko 100mg) su stavljeni u posebne hermetizovane kontejnere. Misija je okončana novembra 2019. i sonda se uputila ka Zemlji da bi, pre proletanja pored nje, usmerila kapsula sa uzorcima da uđe u atmosferu brzinom od 12 km/s, što je obavljeno  5. decembra 2020.
Kapsula je obavila aerodinamičko kočenje, otvorila padobran koji se vidi na radaru i poziciono svetlo radi lakšeg praćenja i konačno sletela na tle naše planete u pustinju zapadne Australije. Tim japanskih naučnika je preuzeo kapsulu i avionom je odneo u Japan na analizu.

Druga misija se odnosi na NASA-inu sondu „osiris rex“ ukupne mase 2,1 t. Lansirana je 2016. da bi u blizinu asteroida 101955 Bennu, srednje udaljenosti od Sunca 1,1AU i prečnika oko 500 m, stigla 3.decembra 2018.  Već 31.decembra počela je da kruži oko njega na rastojanju od 1,4 km. Izvršila je detaljno snimanje površine u vidljivom IC i X zračnom spektru, obavila lasersko mapiranje, spekrotoskopsko ispitivnje hemijskog sastava i magnetometrijsko merenje.
Sonda je prilazila površini asteroida nekoliko puta da bi 20. oktobra 2020.mehanička ruka TAGSAM ostvarila kontakt sa tlom i pokupila uzorke tla koji su se utisnuli u glavu mehaničke ruke. Smatra se da je prikupljena količina dovoljna, tj. veća od 60 g koliko je bio planirani minimum. Uzorci su smešteni u kapsulu mase 41 kg koja je hermetički zatvorena. Sonda će se 2021. uputiti ka Zemlji i misija će biti okončana 2023, ulaskom kapsule u Zemljinu atmosferu i spuštanjem u pustinju u državi Juta.
Asteroidi Bennu i Ryugu spadaju u grupu ugljeničnih asteroida i veruje se da sadrži organska jedinjenja formiranih od nastanka Sunčevog sistema možda pruži odgovor na pitanje nastanka hemijskih osnova života.

Buduće misije na asteroide

Kosmičke agencije planiraju misije sondi koje bi trajale decenijama i istraživale i vrlo udaljene asteroide. NASA planira misiju „NEAR Scout“ koja bi sa Zemljine orbite registrovala približavanje nekog malog asteroida a potom krenula da proleti pored njega.
Misije NASA-e na udaljenije asteroide su pripremljene i sonda „Lucy“ treba da 2021. krene u misiju proletanja pored tzv. Trojanskih asteroida u Jupiterovim Lagranževim tačkama L4 (2028) i L5(stiže 2033. do binarnog asteroida koji čine komponente Partocus i Menoetius koje kruže jedna oko druge na rastojanju 680km). Godine 2025. proći će pored asteroida Donald Johanson.
Sonda „dart“ treba da 2021/2022. krene ka asteroidu Didymos u koji će udariti a prateća sonda „LICIA“ će snimiti sudar.
NASA će 2023. lansirati ka velikom metaličnom asteroidu 16 Psyhe istoimenu sondu. U orbitu oko njega će stići 2026.
JAXA će da lansira 2022. sondu DESTINY koja bi 2026.proletela pored asteroida (ili jezgra stenovite komete) 3200 Phaeton.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"