Dipl. ing. Drago I. Dragović dragovic@net.yu

Kalendar kroz istoriju Molim te objasni mi Popust

16. april. 2008.

Očekuje se da će krajem avgusta 2011. godine kockasta svemirska sonda nazvana "Dawn" ući u orbitu oko jednog od najnepravednije zapostavljenijih i previđenih objekata u solarnom sistemu, ogromnom jajastom asteroidu poznatom pod imenom Vesta. Nakon 10 meseci podrobnog snimanja i merenja, Dawn će upaliti motore i krenuti ka Ceresu, najvećem asteroidu u čitavom sistemu. Ceres je toliko veliki, da se sve od nedavno nalazi na spisku patuljastih planeta, zajedno sa Plutonom, opravdavajući svoj status ulogom planetne karike koja nedostaje.

Vesta i Ceres

Vesta i Ceres predstavljaju najeminentnije članove asteroidnog pojasa, izgubljene zbirke šljunka i kamenja preostalog iz vremena nastanka Sunčevog sistema. Za istraživače su interesantni jer za njih predstavljaju svojevrsne vremenske kapsule. Po rečima prof. Chrisa T. Russella , istraživačkog direktora misije Dawn, "ta dva tela predstavljaju svojevrsne graditeljske opeke." U jednom periodu, slični asteroidi su se "spajali i stvarali planete. Bili su potrebni milioni Vestâ i Ceresâ da bi se stvorila Zemlja. Želimo da dokučimo u čemu je razlika između tih građevinskih opeka, i na koji način su učestvovali u stvaranju planeta. I Vesta i Ceres predstavljaju bitnu kariku u istoriji solarnog sistema."

Zbog čega Vesta i Ceres, zajedno sa ostatkom materijala u asteroidnom pojasu, nisu nastavili evolutivnu spiralu i stvorili još jednu planetu, isključivi krivac je Jupiter i njegova ubistvena gravitacija. Ceres ima 945 kilometra u prečniku i poseduje više od četvrtine celokupne mase asteroidnog pojasa. Bio je to prvi otkriveni asteroid (zato je i obeležen brojem 1); zasluge za to su pripale Italijanu Giuseppeu Piazziju 1801. godine. Drugi asteroid po veličini, Vesta, otkriven je 6 godina kasnije. Već nakon nekoliko godina od otkrića, oba tela su smatrana za bona fide planete, ali uskoro su naučnici otkrili da se na sličnim orbitama nalazi veliki broj sličnih, još manjih objekata. Do polovine XIX veka ti objekti su prekvalifikovani u "asteroide", i umnogome izgubili ulogu bitnih igrača. Bilo je potrebno da prođe čitav vek ipo da se takvo gledanje na njih iz osnova promeni.

Mada Vesta ima ispod trećine Ceresove mase, ipak o njoj znamo mnogo više[1]. Njen sastav je skoro istovetan grupi meteorita koje povremeno pronalazimo na Zemlji, koje nazivamo HED[2] meteoritima, i koji su bukvalno odvaljeni iz Vestinog krila. Mutne slika dobijene sa HST i Keck-a nagoveštavaju da je to kosmičko kamenje zapravo izbačeno iz jednog kratera koiji dominira južnom hemisferom, a koji je nastao pre otprilike milijardu godina. Proučavajući HED meteorite i merenjem reflektovane svetlosti sa Vestine površine, naučnici su zaključili da ova protoplaneta poseduje vrlo "planetoliko" metalno jezgro od nikl-gvožđa[3]. A pored toga i površinu od bazalta – najviše zahvaljujući lavi koja je istekla iz unutrašnjosti.

Suprotno tome, Ceres je mnogo misteriozniji objekat, koji nam može doneti sasvim drugačija otkrića. Njegova tamna površina (Ceres reflektuje samo četvrtinu Vestine svetlosti) indicira unutrašnjost bogatu vodom; neki zagovaraju ideju da se ispod zamrznute kore krije čitav kilometar debeo okean. Voda nagoveštava šansu za pojavu života, što automatski pomera ovaj asteroid na skali prioriteta za istraživanje. To bi takođe značilo da je Ceres najveće nedirnuto parče materijala od koga je nastala Zemlja – vlažni, živi svet kakav je danas. Ipak, bez osmatranja iz blizine, sve ove ideje ostaju na nivou hipoteza.

"Sa Ceresa nemamo ni meteorite, niti išta drugo," kaže Tom McCord , dugogodišnji lovac na asteroide i istraživač u Dawn misiji. "Njegova površina podseća na glinu , koja nastaje u interakciji vode i stena. Gde se na Zemlji nalazi glina? U rečnim dolinama! Zbog čega bi površina jednog asteroida izgledala kao glinovite rečne delte na Zemlji? To je velika misterija za nas ..."

Profesor Russell je proveo više od 15 godina [4] u borbi da ostvari "bliski kontakt" sa ove dve zaboravljene miniplanete. Kada je prošle godine raketa Delta II (vezija 7925-H), neposredno nakon zalaska Sunca 27. septembra poletela sa lansirne rampe LC-17 u Cape Canaveralu [video] , ponela sondu Dawn na put dug 5,2 milijarde kilometara, po prvi put je mogao da sa olakšanjem odahne i mirno zaspe, siguran da više nema prepreka "njegovoj" misiji.

Sprovodeći opsežna istraživanja i Veste i Ceresa, Dawn će se susresti sa jednim neverovatnim inženjerijskim izazovom, budući da će to biti prvi put da jedna svemirska letilica uđe za redom u orbite dvaju nebeskih tela. Ulazak i silazak sa neke orbite zahteva jako mnogo energije – zapravo, previše za konvencionalni raketni pogon. Ono što će Dawnu ipak omogućiti tako nešto jesu njegovi jonski motori.

Jonski motori

Jonski motori (Dawn ih ima tri) rade tako što skidaju elektrone iz atoma inertnih gasova kao što je ksenon [5], čineći atome pozitivno naelektrisanim. Negativno naelektrisana rešetka na izduvniku motora [6] privlači jone, i tako ubrzane izbacuje u kosmos (brzinom od 35 km/s, ili 125.000 km/h), goneći motor i raketu u napred. Jedan tipični jonski motor stvara 10 puta veći specifični impuls od konvencionalne rakete na čvrsto gorivo (specifični impuls možemo da posmatramo kao odnos kilometara – po – litru za svemirske letilice). Jedina "mana" ovih motora je slab potisak, pa se ti motori i ne koriste na Zemlji. Međutim, u kosmosu oni sporo ali postojano – i vrlo efikasno – omogućavaju izuzetno velike brzine.

Russell se zainteresovao za jonske motore još 1992., kada se na jednoj sedeljci upoznao sa Scottom Bensonom, perspektivnim inženjerom iz Nasinog Lewis Research Centera (danas Glenn Research Center), koji je baš tada započeo prve eksperimente sa tom novom tehnologijom. Zapravo, NASA je još od svog osnivanja petljala sa ovom tehnologijom, ali je na kraju izgubila interesovanje za to i fokusirala se na spejs šatlove; jonske motore je mislila da napravi jedino za male korekcije orbita kod satelita koji se okreću oko Zemlje. Kada je u želji da razvija inovativne svemirske tehnologije, NASA krajem prošlog veka pokrenula svoj New Millennium program , istraživanja na jonskim trasterima su ponovo pokrenuta, ovog puta mnogo ozbiljnije."Jedna od osobina jonskog pogona je što ti omogućava da lansiraš manje letilice, sa manje troškova, ka destinacijama koje bi zahtevale velike letilice na hemijskm pogon," pričao je tada Benson. Prvi Russellov instinkt je bio da iskoristi jonske motore za povratak na Mesec. Kao postdiplomac zaposlen na programu "Apollo", konstruisao je uređaje na komandnom modulu koji će meriti lunarno magnetno polje. Sa Bensonom je dve godine radio na ideji orbitera koji bi koristio jonske motore, ali je ta ideja konačno odbačena. Zatim se zalagao da se ta ideja iskoristi za posetu Vesti, ali je i nju NASA odbacila. Russell je bio ubeđen da ga odbijaju jer njegovu ideju smatraju suviše rizičnom – naime, do tada ga nijedna svemirska letilica nikada nije isprobala. On je pokušavao da sve to gleda s filozofske strane: "Svaki put kad izgubiš bitku," govorio je, "naučiš ponešto novo."

Ovako sa otvorenim solarnim kolektorima, Dawn ima širinu od 20 metara.

Sve se promenilo kada je odlučeno da se eksperimentalni motor isproba na jednom satelitu, u funkciji pouzdanog interplanetarnog motora. Deep Space 1, inženjerska test–misija koju je 1998. godine pokrenula NASA, pokazala je da jonski motori mogu da se bez problema nose sa putovanjima po Sunčevom sistemu. "To je razdrmalo ljude," seća se Russell. "Bio je to pun pogodak!" Decembra 2001., NASA je konačno Dawnu dala zeleno svetlo.

"Dawn na pravi način reprezentuje uvod u ono što želimo da postignemo u planetnim istraživanjima," dodaje Russell. "Način na koji ćemo doći do podataka o ovim sasteroidima je vrlo isplativ." NASA je procenila da bi za istraživanja Veste i Ceresa bile potrebne dve hemijske rakete od po $750 miliona, dok će Dawn koštati ispod $500 miliona. "Uspeli smo da agenciji uštedimo milijardu dolara, koliko bi misija koštala da je izvedena na bilo koji drugi način," kazao je Russell.

Na Russellov predlog, Dawn koristi u osnovi isti motor koji je koristio i Deep Space 1, ali je zahtevao veći tank ksenonskog goriva i neke druge prepravke koje će mu omogućiti osmogodišnje funkcionisanje (oko 2.100 dana rada). Te prepravke su skoro oborile čitav projekat, jer su za 20% premašile predviđeni budžet od $373 miliona. "Konstruktivni parametri Dawna su bili ambiciozni," seća se dr Thomas D. Jones , bivši šatlovac a danas Nasin stručni konsultant. "Nijedna letilica do sada nije odletela do nekog tela, usporila i ušla u orbitu, a potom se opet okrenula i odletela ka drugom telu. To je jako stresno za motor, a mi smo to morali da rešimo."

Budžet

U oktobru 2005. Dawn je za čitavih $73 miliona probio budžet. To, ali i problemi sa konstrukcijom rezervoara i upravom misije, nagnli su Nasu da iščupa kabl iz zida, i u martu 2006. u potpunosti stopira projekat . To je trebalo da bude samo jedan od Nasinih gafova da finansijski pokriju vizionarski moon program njihovog predsednika Buša [7]. Uprkos stotinama miliona potrošenih para i radnih časova zaposlenih, administracija je bila čvrsto spremna da otkaže Dawn u želji da izbegne dalje troškove. Russell je insistirao da su tehnički problemi (u to vreme je bilo 29 nerešenih) normalna stvar u tako složenim misijama, i da je Nasina odluka skandalozna. "Za tako nešto nije bilo ni jednog logičnog razloga," govorio je on. "Baciti u vetar $300 miliona koje su već uložene je bila ludost. Zar nije jednostavnije završiti projekat i mnogostuko povratiti investiciju?" Na sreću, Nasin direktor Michael Griffin je uvažio kritike, i misija je vraćena na sto.

Dawn na putu

Trenutno je Dawn na putu, prateći plan leta koji se razlikuje od konvencionalnih svemirskih letilica. Da bi postavila sondu na kurs ka Vesti, hemijska raketa je morala da prilikom napuštanja Zemljine orbite radi nekoliko minuta i nanišani tako da se trajektorije Veste i Dawna preseku, a da se onda tamo ponovo uključi i uvede sondu u propisanu orbitu. Potisak koji stvara svaki od tri Dawnova jonska motora je smešno mali – sila je jednaka onj koju pravi list papira na našem dlanu (max. 91 milinjutn). Međutim, ono što je bitno jeste to da će motori raditi tokom 90% puta, i bez problema razviti jednaku brzinu kao i da su korišćeni neki nezgrapni hemijski motori.

Frame camere na Dawnu. Konstruisao ih je Max Planck Institute for Solar System Research, MPS, Katlenburg-Lindau, Germany Vidi se da su kompletno termalno izolovane.

Plan je da u februaru 2009. sonda proleti pored Marsa i tako iskoristi već provereni Nasin trik – gravitacionu praćku – i tako dodatno ubrza letilicu ka cilju. Već u avgustu 2011. počeće složena procedura kočenja i priprema za ulazak u orbitu oko Veste. Motori će biti ponovo uključeni u maju 2012, kada će Dawn krenuti ka Ceresu. Tamo će stići u februaru 2015, ponovo zakočiti [8], ući u orbitu, i početi da šalju podatke i fotografije.

Fotografisanje će biti kruna ove misije, jer Dawn nije kao, što je to često slučaj, leteća laboratorija okićena sofistikovanim instrumentima. Zapravo, on ih nosi samo tri – što je posledica ovozemaljskih pritisaka za smanjivanjem težine i troškova. Dve frejming kamere (MPS/DLR) će napraviti detaljne mape dva asteroida, sa rezolucijom od oko 65 metara na Vesti, a 120 metara na Ceresu. Infracrveni spektrometar (ASI/INAF) će na 3 talasne dužine meriti apsorbovanu svetlost koja se odbija od površine i pokušati da pruži što više podataka o njenom sastavu. I detektori gama zračenja i neutrona (LANL) će meriti kosmičko zračenje koje se odbija od tla asteroida. [Oni su kadri da sa visine od 5.900 km skeniraju Ceresovu površinu nekoliko metara ispod površine, u pokušaju da uoče tragove vode.] Takođe će biti praćene varijacije u radio–signalu koji šalje Dawn, što će dati obilje informacija o gravitacionoj sili – a samim tim i unutrašnjoj strukturi – posećenih asteroida.

Šta Dawn može?

Imajući na raspolaganju duge godine planiranja i odbijanja, Russell je imao puno vremena da mašta šta bi Dawn mogao da otkrije kada jednom konačno stigne do tajanstvenih svetova. To ga je prirodno dovelo do profesora Thomasa B. McCorda, još jednog lovca na asteroide, koji je indirektno bio u sličnom poslu. Tokom šezdesetih, McCord je na Caltechu pomagao u razvoju instrumenata za pokretnu spektroskopiju – analizu svetlosti koja dospeva sa planeta i zvezda. Prva zamisao McCorda i kolega je bila da isprobaju svoj novi uređaj na Mesecu, ali su ubrzo počeli da mere sve čega su se dokopali. Radili su sve – od planeta do asteroida, pa je i Vesta bila među njima.

"To nije bilo pravo istraživanje, ali je bio dokaz da uređaji rade," izjavio je McCord. "Imamo instrument, izađimo sa njim napolje i uradimo s njim sve što on može. Ako imaš stvar koja može da izmeri nešto 10 pita bolje nego iko drugi, na putu si da naučiš mnogo uzbudljivih stvari."

Prof. McCord nije posmatrao Vestu sve do početka sedamdesetih, pa ni nakon toga joj nije posvećivao posebnu pažnju. Ali, jednog dana, "jedan momak iz laboratorije je provukao Vestin spektar kroz kompjuter, podatke koje smo prikupili nedelju ili mesec dana ranije," priča on. "Bili smo prosto zabezeknuti kada smo ugledali najlepši apsorpcioni dijagram od kako posmatramo planetne objekte." Podaci su govorili da je Vesta pokrivena bazaltom, što je sugerisalo da su Vestine stene nekada bile zagrejane do tačke topljenja a potom ohlađena. Otkriće je takođe pokazalo da Vesta i HED meteoriti imaju praktično isti sastav.

McCord je sa kolegama gledao i Ceres, ali sa manje uspeha. Ceres se pokazao kao tamniji i mutniji, i nije imao tako jasan spektar kao Vesta. McCordovi diplomci su se bacili na posao i uskoro izašli sa preliminarnim zaključcima: Ceres spada u ugljenične hondrite (retki tip C asteroida sastavljen od minerala i ugljo–jedinjenja koja sadrže vezanu vodu), i nikada nije bio izložen termalnim uticajima. Drugim rečima, nikada nije, kao Vesta, bio istopljen pa ohlađen. To je otvaralo više pitanja nego što je davalo odgovora. Kako je moguće da jedan tako veliki asteroid stvori i zadrži znatnu količinu vode? Niko nije imao nikakvo teorijsko objačnjenje o tome, i istraživači su stavili problem ad acta.

Kada je misija Dawn konačno odobrena, većina je bila fokusirana na Vestu. "Mi smo samo ljudi, i generalno sve nas interesuju stvari o kojima imamo makar pojma," objašnjava Russell. "Ako nemaš nikakvu informaciju, nemaš za šta da vežeš svoje interesovanje." Taj stav se promenio posle 2002., kada je McCord bio na letovanju u Nantu, gradu na francuskoj zapadnoj obali. "Neprestano sam razmišljao o Ceresu, i shvatio sam da jedino ljudi koji rade na Univerzitetu Bordeaux, udaljenom 2 sata vožnje, mogu da najtačnije proračunaju njegovu orbitu i masu." Otišao je tamo i u razgovoru sa istraživačima doznao da mogu da precizno procene Ceresovu gustinu. Čista voda ima gustinu 1 (mere se grami po kubnom santimetru). Prosečni suvi asteroid, načinjen od mešavine silikata i malo gvožđa, ima gustinu od 3 ili 3,5; očekuje se da je Vesta tu negde. Ceresova gustina je samo malo veća od 2. To znači da se tamo nalazi dosta vode.

McCord je pročitao rad Christopha Sotina i njegovih diplomiranih studenata sa unuverziteta u Nantu, i pronašao još interesantnih podataka. Sotin je svojevremeno razvio kompjuterski model koji je objašnjavao kako je Saturnovog najveći mesec, Titan, mogao da nastane a da sva voda sa njega ne ispari. Iako je Titan hemijski totalno drugačiji od Ceresa, oba sadrže dosta vode. Možda bi, razmišljao je McCord, neka od verzija Sotinovog modela mogla da objasni kako je Ceres mogao da nastane sa netaknutom vodom u sebi. "Počeli smo da uviđamo da je u ranoj, ranoj istoriji Ceresa bilo moguće da je na njemu postojao tečni okean."

Voda na Ceresu?

Evo kako teorija to objašnjava: U ranom solarnom sistemu, čestice prašine su se sudarale i stvarale veće čestice, od kojih je nastajalo grumenje, onda komadi stena i tako dalje, sve dok nisu nastali objekti od nekoliko stotina kilometara u prečniku. Prvobitne čestice prašine su uglavnom bile sačinjene od silikata pomešanih sa drugim elementima, uključujući vodu i aluminijum–26, radioaktivni izotop sa poluživotom od oko 700.000 godina. To je dovoljno dugo vremena da se napravi velika razlika u razvoju asteroida. Vesta i većina drugih asteroida, kaže teorija, brzo su narasli i akumulirali većinu aluminijuma–26, koji se još nije raspao. Aluminijum–26 stvara dovoljno toplote unutar asteroida, te je sva voda sa takvih asteroida isparila u kosmos. S druge strane, Ceres je nastajao mnogo sporije, tako da je u vreme kad je formiram većina radioaktivnog aluminijuma već bila razgrađena (u magnezijum–26). Kao rezultat, Ceres je sačuvao većinu svoje vode – i uspomenu na originalni sastav našeg solarnog sistema.

Ova otkrića su razbuktala McCordovo interesovanje za Ceres, do tačke "da sam zahtevao da odemo prvo na Ceres," seća se naučnik. Russell se složio. "Ako bi određivali ko je interesantniji, Ceres ili Vesta, nisam siguran ko bi pobedio," seća se sa smehom tih trenutaka.

Puno je argumenata za raspravu: Vesta je bliža od Ceresa, i logično je da bude prva Dawnova stanica. Ali Ceres bi mogao da stvori veće naslove u "Astronomiji" (OK, i u ostalim novinama). Vesta liči na Merkur ili Mesec, samo što je manjih dimenzija. Ceres je jedinstven. Mapiranje površine bi stvarno moglo da pokaže krije li se ispod ledene kore tečni okean. Posmatranje površine trebalo bi da naučnicima nabaci bar ideju o ponašanju unutrašnjosti – ako ima nekih vulkanskih aktivnosti, one bi, naprimer, mogle da pomognu razvoju života. Dawnov spektrometar će biti u stanju da registruje prisustvo organskih molekula.

Nažalost, Dawn nije opremljen za pretragu prošlog ili (da ne sanjamo suviše?) sadašnjeg živog sveta. To zahteva bušenje površine i analizu uzoraka. "Za otkrivanje života vam treba poprilično složena laboratorija na površini ili u unutrašnjosti," ubeđen je McCord. "To je veliki tehnološki izazov i praktično je neizvodljiv – niko nije spreman da potroši toliko para za to."

Za sada ... Možda će se nakon Dawnove posete stavovi promeniti.

P.S.

Prema poslednjem rutinskom izveštaju o statusu letilice od 31. marta o.g. se kaže:

"Dawn je držao svoj sistem za potisak uključen čitavog meseca marta, zaustavljajući se jednom nedeljno da bi upravio glavnu antenu ka Zemlji. Skoro 96% meseca je razvijao potisak. Do kraja marta, letilica je postala udaljenija od Zemlje nego Sunce."

Isti mesečni izveštaj je i za februar i januar, s tim što je 15. januara kosmički zrak pogodio jednu električnu komponentu i izazvao pad jonskog potiska na nekoliko dana.

Gde je Dawn sada, možeš da pratiš ovde:
http://neo.jpl.nasa.gov/orbits/dawn.jpg  
http://dawn.jpl.nasa.gov/feature_stories/images/Fig13a_300.jpg

Tek će podrobne analize pokazati da li je ovaj meteorit dimenzija 1x0,5x1 cm pronađen ove godine na Antarktiku majušni Vestin fragment.

(22.05.2008.)

vrh

priključite se

DAWN LANSIRAN

DAWN: ODLAŽE SE ZA DVA MESECA

DOWN - Najzad prodor ka asteroidima

HABL POMAŽE SONDI "DAWN"