Η αποστολή Dawn για τη ζώνη των αστεροειδών

Άρθρο, Ιούνιος 2007

Στις 7 Ιουλίου  αναμένεται να ξεκινήσει η αποστολή Dawn (Αυγή) της NASA για τη ζώνη των αστεροειδών. Εκεί θα μπει σε τροχιά γύρω από τα δύο πιο μεγάλα μέλη της αστεροειδούς ζώνης, του νάνου πλανήτη Δήμητρα (Ceres) και του αστεροειδούς Εστία (Vesta), και φυσικά θα τα εξερευνήσει. Η αποστολή Αυγή (Dawn) θα είναι το πρώτο διαστημικό σκάφος που θα μπει σε τροχιά γύρω από δύο διαφορετικά πλανητικά αντικείμενα, εκτός από τη Γη και το φεγγάρι της, αλλά και το πρώτο που θα επισκεφτεί τον μεγαλύτερο αστεροειδή.

Αποστολή

Η Δήμητρα και η Εστία όπως φωτογραφήθηκαν από το Χάμπλ

Ο στόχος της αποστολής είναι να μελετηθούν οι συνθήκες και οι διαδικασίες που επικρατούσαν στην πιο πρώιμη εποχή του ηλιακού συστήματος. Αυτός ο σκοπός θα επιτευχθεί με την λεπτομερή έρευνα των δύο από τους μεγαλύτερους πρωτοπλανήτες, που παραμένουν άθικτοι από το σχηματισμό τους. Η Δήμητρα με μήκος 950 χλμ και η Εστία με μήκος 500 χλμ περίπου, έχουν αρκετά αντίθετα χαρακτηριστικά, και γι αυτό οι επιστήμονες νομίζουν ότι έχουν προκύψει σε δύο διαφορετικές περιοχές του πρώιμου ηλιακού συστήματος. Η Δήμητρα θεωρείται πως έχει περάσει έναν "ψυχρό και υγρό" σχηματισμό, γεγονός που μπορεί να έχει αφήσει κάτω από την επιφάνεια της νερό με ένα στρώμα επιφανειακού πάγου με πάχος από 60 έως 120 χιλιόμετρα. Ενώ η Εστία πιστεύεται πως έχει περάσει έναν "θερμό και ξηρό" σχηματισμό που την οδήγησε σε ένα διαφοροποιημένο εσωτερικό και επιφανειακή ηφαιστειακή δραστηριότητα χωρίς νερό.

Η επιφάνεια της Δήμητρας φαίνεται να έχει αλλάξει περισσότερο δραματικά στη διάρκεια του χρόνου απ΄ ό,τι της Εστίας. Η εξέταση του αστεροειδούς θα μπορούσε να διδάξει στους επιστήμονες για τον ρόλο που έχει διαδραματίσει το νερό στην εξέλιξη των πλανητών. Για παράδειγμα, γιατί κάποιοι πλανήτες όπως η Γη και η Δήμητρα μπορούν να κατακρατήσουν τεράστιες ποσότητες νερού, ενώ άλλα ουράνια σώματα όπως ο αστεροειδής Εστία, καταλήγουν να είναι άνυδρα. Όπως λένε οι ειδικοί η Εστία θα μας πει για την πρώιμη εποχή του ηλιακού μας συστήματος και η Δήμητρα για το τι έγινε αργότερα. Και οι δύο μπορούν να μας προσφέρουν δύο μοναδικές ιστορίες από το παρελθόν τού ηλιακού μας συστήματος.

 

Προγραμματισμένες ημερομηνίες

Εκτόξευση: Ιούλιος 2007
Μάρτιος 2009: Η βαρυτική έλξη του Άρη το βοηθά να φύγει μακριά
Οκτώβριος 2011: Άφιξη στον αστεροειδή Εστία
Απρίλιος 2012: Αναχώρηση από τον αστεροειδή Εστία
Φεβρουάριος 2015: Άφιξη στο νάνο  πλανήτη Δήμητρα
Ιούλιος 2015: Τέλος όλων των διαδικασιών

Επίσης, είναι πιθανή μια επέκταση της αποστολή κατά την οποία το διαστημόπλοιο Dawn θα εξερευνήσει κι άλλους αστεροειδείς μετά από τη Δήμητρα. Άλλοι γνωστοί αστεροειδείς ανάμεσα στον Δία και Άρη είναι η Γκάσπρα, Έρως, Ίδη που το σχήμα τους κάθε άλλο παρά στρογγυλό είναι. Έχουν ένα ακανόνιστο σχήμα σαν τεράστιες πέτρες.

Κίνητρο της αποστολής

Η αποστολή Dawn προορίζεται να μελετήσει δύο μεγάλους αστεροειδείς προκειμένου να απαντηθούν οι ερωτήσεις των επιστημόνων σχετικά με το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος.

Η Δήμητρα και η Εστία επιλέχτηκαν ως δύο διαφορετικοί πρωτοπλανήτες, έναν προφανώς "υγρό" (δηλαδή παγωμένο) και έναν "ξηρό" (ή βραχώδη), του οποίου η προσαύξηση (η δημιουργία) ολοκληρώθηκε με το σχηματισμό του Δία. Και τα δύο σώματα μας βοηθούν στη σύνδεση μεταξύ του σχηματισμού των βραχωδών πλανητών και των παγωμένων σωμάτων του ηλιακού συστήματός μας, και υπό ποίους όρους μπορεί ένας βραχώδης πλανήτης να κρατήσει το νερό.

Η Διεθνής Αστρονομική Ένωση (IAU) υιοθέτησαν έναν νέο ορισμό των πλανητών στις 24 Αυγούστου του 2006, και έτσι, η αποστολή Dawn θα γίνει η πρώτη που θα μελετήσει ένα νάνο πλανήτη, φθάνοντας στην Δήμητρα πέντε μήνες πριν από την άφιξη του New Horizons στον Πλούτωνα, που τώρα πια θεωρείται νάνος πλανήτης.

Η Δήμητρα είναι ένας νάνος πλανήτης η μάζα της οποίας αποτελεί το ένα τέταρτο της συνολικής μάζας των αστεροειδών στην αστεροειδή ζώνη, ενώ τα φασματικά χαρακτηριστικά της μας δείχνουν ότι αποτελείται (αλλά όχι ακριβώς) από ανθρακούχο χονδρίτη πλούσιο σε νερό. Επίσης, μπορεί να έχει εσωτερικό βραχώδη πυρήνα, παγωμένο μανδύα και μια λεπτή κρούστα σκόνης - δηλαδή δομή ανάλογη με της Γης.

Ο πρώτος σταθμός του φιλόδοξου ταξιδιού της διαστημοσυσκευής θα είναι ο αστεροειδής Εστία, που είναι αχονδρίτης πτωχός σε νερό (φτιαγμένο όμως από βασάλτη), έχει περάσει περιόδους σημαντικής θέρμανσης και διαφοροποίηση. Παρουσιάζει σημάδια ενός μεταλλικού πυρήνα, παρόμοιας πυκνότητας με τον Άρη και βασαλτικές ροές, σαν της Σελήνης.

Και τα δύο σώματα διαμορφώθηκαν πολύ νωρίς στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, και με αυτόν τον τρόπο διατήρησαν ένα αρχείο των γεγονότων και των διαδικασιών από τον καιρό του σχηματισμού των γήινων πλανητών. Η χρονολόγηση με ραδιενεργούς πυρήνες τμημάτων από μετεωρίτες, που νομίζουμε ότι προέρχονται από την Εστία, προτείνουν ότι ο αστεροειδής αυτός διαφοροποιήθηκε γρήγορα, σε τρία εκατομμύρια χρόνια μόνο. Οι θερμικές μελέτες της εξέλιξης προτείνουν ότι η Δήμητρα πρέπει να έχει διαμορφωθεί λίγο αργότερα, περισσότερο από τρία εκατομμύρια χρόνια μετά από το σχηματισμό των CAI (τα παλαιότερα γνωστά αντικείμενα του ηλιακού συστήματος).

Επιπλέον, η Εστία είναι η πηγή πολλών μικρότερων αντικειμένων στο ηλιακό σύστημα. Οι περισσότεροι (αλλά όχι όλοι) αστεροειδείς τύπου V πλησίον της Γης, και μερικοί αστεροειδείς της εξωτερικής κύριας ζώνης έχουν φάσματα παρόμοια με την Εστία ή Βέστα, ενώ είναι γνωστοί ως "vestoids". Το 5% των δειγμάτων των μετεωριτών στη Γη, οι μετεωρίτες Howardite Eucrite Diogenite ("HED"), είναι πιθανά το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης ή πολλές συγκρούσεις με την Εστία. Παρατηρήσεις από τηλεσκόπια και μελέτες που έγιναν πάνω σε μετεωρίτες που πιστεύεται ότι προήλθαν από την Εστία φανερώνουν ότι ίσως να είχε εν μέρει ρευστοποιηθεί κατά τα πρώτα χρόνια της δημιουργίας του, επιτρέποντας σε βαριά στοιχεία όπως ο σίδηρος, να βυθιστούν και να σχηματίσουν έναν πυκνό πυρήνα, αφήνοντας από πάνω έναν ελαφρύτερο φλοιό.

Το γεγονός αυτό παρουσιάζει πολύ ενδιαφέρον για τους ειδικούς αν και είναι λίγο μυστήριο. Ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι όταν η Εστία αρχικά δημιουργήθηκε, ήταν πασπαλισμένη με αλουμίνιο και σίδηρο, στοιχεία τα οποία προήλθαν πιθανότατα που δύο σούπερ νόβα που εξερράγησαν την εποχή της γέννησης του ηλιακού μας συστήματος. Οι συγκεκριμένες μορφές σιδήρου και αλουμινίου είναι ραδιενεργά ισότοπα και ενδεχομένως να είχαν παράσχει την επιπλέον θερμότητα που απαιτείτο για να ρευστοποιηθεί μερικώς ο αστεροειδής. Όταν τα ραδιενεργά ισότοπα διασπάστηκαν, ο αστεροειδής θα ψυχράνθηκε και θα στερεοποιήθηκε έχοντας τη σημερινή του μορφή.

Η αποστολή Dawn

Η αποστολή Dawn το Δεκέμβριο του 2003 είχε ακυρωθεί αλλά επανήλθε το Φεβρουάριο του 2004. Τον Ιανουάριο του 2006, είχε κατά τρόπο αόριστο αναβληθεί η εκτόξευση του. Στις 27 Μαρτίου του 2006, όμως αναγγέλθηκε ότι η αποστολή δεν θα ακυρωνόταν. Έτσι, φτάσαμε στις 7 Ιουλίου του 2007, οπότε θα υπάρξουν οι απαραίτητες περιβαλλοντικές και άλλες δοκιμές, αλλά η αποστολή θεωρείται τελειωμένη.

Αν βέβαια πάνε σύμφωνα με τον σχεδιασμό της ΝΑSΑ, η διαστημοσυσκευή θα προσεγγίσει πρώτα τον αστεροειδή Εστία και θα τεθεί σε τροχιά γύρω από αυτόν τον Οκτώβριο του 2011. Θα λάβει υψηλής ευκρίνειας φωτογραφίες, οι οποίες θα φανερώσουν ίχνη από τη ρευστοποιημένη κατά το παρελθόν μορφή του. Φασματόμετρα θα καταγράψουν την ύπαρξη ορυκτών στοιχείων που συνθέτουν την επιφάνειά του. Το βαρυτικό πεδίο του αστεροειδούς θα χαρτογραφηθεί από τις κινήσεις της διαστημοσυσκευής, καθώς αυτή θα βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το ουράνιο σώμα κι έτσι θα εξακριβωθεί οριστικά το αν ο πυρήνας της Εστίας αποτελείται από σίδερο.

Αφού παραμείνει γύρω από τον αστεροειδή για περίπου επτά μήνες (μέχρι τον Απρίλιο του 2012), το διαστημικό ρομπότ θα προσπαθήσει να κάνει μια μανούβρα που δεν έχει επιχειρηθεί ποτέ ξανά από διαστημικό σκάφος. Θα αφήσει την τροχιά ενός μακρινού ουράνιου σώματος και θα μεταπηδήσει στην τροχιά ενός άλλου απομακρυσμένου ουράνιου σώματος, του αστεροειδούς Δήμητρα τον Φεβρουάριο του 2015. 

Για να ταξιδέψει από τη Γη στους στόχους του το διαστημόπλοιο Dawn θα χρησιμοποιήσει τρεις ιοντικούς προωθητές με ξένον, και θα κάνει μέχρι να φτάσει στους δύο στόχους του μια μακροχρόνια σπειροειδή κίνηση

Η μανούβρα από αστεροειδή σε αστεροειδή θα ήταν αδύνατη εάν το διαστημικό ρομπότ χρησιμοποιούσε συμβατικά πυραυλικά καύσιμα. Αν ήταν να επιλέξουμε τα συμβατικά καύσιμα ως μέσο προώθησης θα χρειαζόμασταν έναν υπερπύραυλο. Αντιθέτως, η διαστημοσυσκευή αυτή κινείται με κινητήρες ιόντων του ευγενούς αερίου Ξένον, οι οποίοι χρειάζονται μόλις το ένα δέκατο της ισχύος των συμβατικών μηχανών, για να στείλουν το ρομποτικό σκάφος στον προορισμό του.

Και τον Ιούλιο του 2015 θα τελειώσει η αποστολή.

Πηγές: NASA, Wikipedia

Η Δήμητρα

Η Δήμητρα είναι ο μεγαλύτερος αστεροειδής της Ζώνης Κόιπερ με διάμετρο 957 χιλιομέτρων και ο πρώτος αστεροειδής που ανακαλύφθηκε από το Σικελό αστρονόμο Τζουζέπε Πιάτσι την Πρωτοχρονιά του 1801. Η μέση απόσταση της Δήμητρας από τη Γη είναι 258 εκατομμύρια χιλιόμετρα και δημιουργήθηκε σ' ένα ψυχρό και υγρό περιβάλλον με την παρουσία υδρατμών. Γι' αυτό υπολογίζεται ότι η Δήμητρα πρέπει να διαθέτει περιοχές με παγετώνες στην επιφάνεια της ή ακόμη και νερό σε υγρή μορφή κάτω από την επιφάνεια.

Η γέννηση της Δήμητρας υπολογίζεται ότι έγινε στα πρώτα 10 με 15 εκατομμύρια χρόνια της ζωής του Ηλιακού μας συστήματος κι έτσι στην επιφάνεια της πρέπει να έχει φυλακισμένη την ιστορία των πρώτων εκείνων χρόνων της εξέλιξης του πλανητικού μας συστήματος Ένα διαστημικό όχημα με την ονομασία Dawn αναμένεται να εκτοξευθεί το 2007 και να φτάσει στη Δήμητρα τον Αύγουστο του 2014, την οποία θα μελετήσει για περίπου 9 μήνες και κατόπιν ίσως κατευθυνθεί για να μελετήσει και άλλους αστεροειδείς που θα βρίσκονται κοντά της.

Ο Γερμανός μαθηματικός Τίτιους το 1766, ανακάλυψε τον εμπειρικό νόμο με τον οποίο υπολογίζονται οι αποστάσεις των πλανητών από τον Ήλιο, σε αστρονομικές μονάδες (Α.Μ.) και δημοσιεύτηκε από τον επίσης Γερμανό αστρονόμο Μπόντε. Γι' αυτό λέγεται νόμος Τίτιους-Μπόντε.

Σύμφωνα με το νόμο αυτόν, αν στους όρους της γεωμετρικής προόδου: 0,3,6,12,24,48,96,192,384,768 προσθέσουμε τον αριθμό 4 και το αποτέλεσμα το διαιρέσουμε με το 10, τότε θα πάρουμε τις αποστάσεις σε Α.Μ. των πλανητών.

Όταν το 1781, ανακαλύφθηκε ο Ουρανός στην απόσταση των 19 Α.Μ. επιβεβαιώθηκε πλήρως ο νόμος των Τίτιους-Μπόντε. Αλλά στην απόσταση των 2.8 Α.Μ. που δεν υπήρχε κανένας γνωστός πλανήτης όλοι βάλθηκαν να τον βρουν. Πράγματι την πρωτοχρονιά του 1801, ο Σικελός αστρονόμος Τζιουζέπε Πιάτσι ανακάλυψε έναν αστέρα 7ου μεγέθους. Ο Μπόντε θεώρησε ότι αυτός ήταν ο πλανήτης που έλειπε στην ακολουθία των πλανητών.

Όμως επειδή χάθηκε από τα τηλεσκόπια, ανέθεσαν στον μεγάλο μαθηματικό Gauss, να υπολογίσει την τροχιά του. Αυτός με την βοήθεια τριών σημείων μόνο κατάφερε να υπολογίσει την τροχιά του και την θέση που θα είχε την 1η Ιανουαρίου του 1802. Πράγματι οι αστρονόμοι επιβεβαίωσαν τους υπολογισμούς του Gauss. Η ανακάλυψη του πρώτου αστεροειδή, της Δήμητρας προς τιμή της θεάς της γεωργίας και προστάτιδας της Σικελίας ήταν γεγονός. Με διάμετρο 1.000 περίπου χιλιομέτρων, είναι ο μεγαλύτερος και ο μοναδικός, από τους 100.000 περίπου αστεροειδείς ή πλανητοειδείς, που έχει σφαιρικό σχήμα.