Металлический мир: что известно о миссии по изучению астероида Психея, которая стартует уже осенью
Стать планетой – это вам не поле перейти. В газопылевом диске, который окружает новорожденную звезду, разворачивается безжалостное соперничество. Многочисленные планетные зародыши сталкиваются друг с другом и разбиваются в пыль, поглощаются более крупными конкурентами, выбрасываются прочь из системы или испаряются, оказавшись слишком близко к звезде. Лишь самым удачливым удается выжить, и только избранные обзаводятся тяжелым горячим ядром, твердой силикатной корой и плотной атмосферой, как у нашей любимой Земли. Проигравший превращается в Психею – мертвый обломок так и не состоявшегося мира.
Психея: ядра и астероиды
Когда-то обнаружение каждого астероида было целым событием; для летящих в космосе камней даже придумывали специальные символы, словно для настоящих планет. Так, открытую в 1852 году и названную в честь греческой богини Психею стали обозначать крылом бабочки со звездой над ним. Однако к тому времени уже стало ясно, что подобных находок будет очень много, и астрономы решили отказаться от сложных символов, присваивая астероидам только обычные номера – по порядку открытия. Психея получила 16-й.
В главном поясе астероидов Психея далеко не самый крупный объект. Она напоминает гигантскую картофелину размером примерно с Московскую область – в сотни раз меньше соседних Цереры и Весты. Однако Психея интереснее их обеих: почти 95% ее массы – железо и никель с примесями других металлов и небольшим количеством каменистых силикатов. Если верить полусерьезной оценке, данной этому астероиду специалистами NASA, общая стоимость его полезных ресурсов превышает 10 квинтиллионов долларов.
Впрочем, интерес ученых к Психее связан вовсе не с перспективами добычи руды. Дело в том, что такие богатые металлами астероиды относят к спектральному классу М. Их состав подозрительно напоминает сплав, образующий ядро Земли, поэтому предполагается, что М-астероиды представляют собой обломки планетных зародышей. Размер подобных тел, планетезималей, мог быть достаточным для того, чтобы вещество начало дифференцироваться: более тяжелые металлы опустились к центру, а сравнительно легкие соединения образовали мантию. Возможно, Психея тоже шла по этому пути, но не смогла довести процесс до конца.
Случайный, но мощный удар снес верхние слои планетезималя, а почти собравшееся ядро разлетелось на куски, одним из которых стал крупный металлический астероид. Считается, что, пока он остывал, сжимался и трескался, расплавленное железо изливалось на затвердевшую поверхность «ферровулканами», следы от которых могли сохраниться. Вообще, Психея мало изменилась со времен молодости Солнечной системы и способна многое рассказать о той давней эпохе. А еще она может помочь ученым понять происходящее в недрах Земли, куда добраться труднее, чем до пояса астероидов.
Psyche: лазеры и плазма
Полет к Психее был официально анонсирован в 2017 году в рамках исследовательской программы NASA Discovery. Первоначально запуск собирались провести через пять лет, однако сроки пришлось перенести из-за проблем с разработкой программного обеспечения, которое должно постоянно поддерживать правильную ориентацию зонда, направляя его антенну к Земле, а солнечные батареи – к Солнцу. Без этого Psyche не сможет ни получать энергию для своих двигателей, ни коммуницировать с учеными. А путь предстоит неблизкий: летя к главному поясу астероидов по спирали, аппарат должен преодолеть более 2,4 млрд км.
Несмотря на огромное расстояние до цели, на зонд погрузят всего 920 кг топлива – и это с запасом. Двигатель Psyche отличается невероятной экономичностью. Ему нужно лишь электричество, чтобы превращать топливо (инертный газ ксенон) в плазму, а затем ускорять его в электрическом поле, создавая слабую, но непрерывную реактивную тягу, которую можно поддерживать годами. Именно поэтому аппарату важно получать энергию от солнечных батарей: в космосе зонд разведет панели с фотоэлементами в стороны, достигнув размаха около 25 м при собственных размерах не больше микролитражки.
А вот систему связи, которой будет пользоваться зонд, ждет важная премьера: впервые дальняя космическая миссия попробует получать команды и отправлять на Землю данные без помощи радиоволн. Вместо них система DSOC (Deep Space Optical Communications) использует лазер, который сможет передавать импульсы в ближнем инфракрасном диапазоне, и 22-сантиметровый телескоп для регистрации аналогичных сигналов с Земли, со стационарного лазера, работающего на калифорнийской базе Лаборатории реактивного движения NASA. Ожидается, что световые импульсы позволят увеличить скорость обмена информацией с дальними космическими миссиями в 10–100 раз.
Пока эта задача требует огромных усилий: например, работающий возле Марса зонд MRO передает данные на скорости не более 5,2 Мбит/с, так что на пересылку одного изображения, снятого его камерой, требуется не меньше полутора часов. Но оптическая связь обещает довести скорость соединения практически до уровня широкополосной. До сих пор такой подход испытывался на дистанциях не дальше лунной орбиты, поэтому помимо системы DSOC на борту зонда установлена и обычная система радиосвязи – на всякий случай. Аппарат, смонтированный на верхней ступени ракеты SpaceX Falcon Heavy, должен стартовать с площадки на мысе Канаверал в октябре 2023 года.
Наука: металлы и минералы
Из-за годовой задержки запуска баллистикам пришлось полностью пересчитать траекторию полета. В итоге Psyche доберется до астероида не в 2026 году, как планировалось изначально, а лишь в середине 2029-го. На орбите Психеи зонд проработает чуть меньше двух лет, совершив в общей сложности 1256 оборотов и постепенно снижаясь. Сперва аппарат внимательно осмотрит астероид с расстояния 700 км, затем опустится до 290 км и проведет топографическую съемку. Потом сделает еще шаг вниз – до 170 км – для измерений гравитационного поля. Наконец, уже с 85-километровой высоты изучит минеральный состав.
Ученые хотят получить подтверждение, что астероид действительно является обломком планетезималя, который прошел через этап дифференциации вещества и лишь затем потерял внешние оболочки. Для этого нужно определить точное содержание силикатов и их распределение в астероиде. Если минералы и металлы перемешаны равномерно, значит, дифференциация его не затронула и Психея представляет собой примитивное небесное тело. Если же обнаружится, что силикаты образуют отдельные залежи, возможны более интересные варианты. Например, состав залежей, характерный для метеоритов-хондритов, докажет, что минералы были занесены сюда случайными ударами после образования Психеи. А силикаты, близкие к древнейшим ахондритам, почти наверняка являются фрагментами бывшей мантии.
Кстати, такие плазменные двигатели далеко не новость для космонавтики: прототип SPT-140, установленный на Psyche, был создан еще в советском ОКБ «Факел» и лишь дорабатывался подрядчиками NASA.