Csillagközi ötlet
(Rovat: Távoli világok kutatói, Amerika és az űrcsillagászat - 2022.02.10 07:15.)

A jövő évtizedben indulhatna fél évszázados küldetésére a Nap tágabb kozmikus környezetének felderítését célzó Interstellar Probe.

A javaslat tavaly év végén az Amerikai Geofizikai Szövetség összejövetelén hangzott el, és a Johns Hopkins Egyetem alkalmazott fizikai laboratóriumát (JHU APL) kérték fel a részletes tervek kidolgozására. Az Interstellar Probe átfogó képet adhatna a Nap tágabb környezetéről, a terv pedig bekerülhetne a 2023–2032 időszakra szóló nap- és űrfizikai évtizedes áttekintő tanulmányba (Decadal Survey). A szonda a helioszféra és a csillagközi tér vizsgálatán kívül útközben is szemügyre vehetne néhány érdekes célpontot.

Az Interstellar Probe és küldetésének vázlata. (Forrás: Johns Hopkins APL)

Az elképzelés szerint a szonda a Space Launch System (SLS) nehézrakéta Block–2 változatával indulhatna a 2030-as évek közepén. (A rakéta még nem létezik, egyelőre csak kisebb, Block–1 változata készül első, most épp március 12-ére kitűzött startjára.) Ahhoz, hogy a tervek szerint 50 éven belül elérjen 380 csillagászati egység (57 milliárd km, ami alig több 2 fénynapnál) körüli távolságot, 60 000 km/h sebességgel kellene elhagynia a Föld–Hold-rendszer térségét (gyorsabban, mint 2006-ban a Plútóhoz induló New Horizons), majd a Jupiter melletti hintamanőverrel tovább gyorsítanák. Érdekesség, hogy felmerült annak a lehetősége is, hogy a szondát az úgynevezett Oberth-manőverrel lehetne felgyorsítani. Ebben az esetben a Naphoz 1 millió km-nél közelebb elrepülve a Nap gravitációs lendítő hatása gyorsítaná fel és repítené ki a szondát a Naprendszerből. Jóllehet a manőver alkalmazása több történelmi elsőséget is magáénak mondhatna (magának az Oberth-manővernek az első kipróbálásán kívül a Naphoz legközelebbi elrepülés és az addig elért legnagyobb sebesség), de végül elvetették a tervet. Kockázatosabbnak tartották ugyanis a Jupiter melletti hintamanővernél, nem is beszélve a szükséges komoly hővédelemről.

Az Interstellar Probe által vizsgálandó térség a helioszférát körülvevő felhőkkel, és a Naptól távol járó űrszondák jelenlegi távolsága. (Kép: Johns Hopkins APL)

A nagy sebességre felgyorsított szonda mindössze 12 év alatt érné el a helioszféra mintegy 90–100 csillagászati egység távolságban lévő határát (ahová a Voyager szondák négy évtized alatt jutottak el), pontosabban a napszélbuborék és a csillagközi anyag találkozási határfelületén kialakuló lökéshullámfrontot. Ezután fél évszázad alatt néhány száz csillagászati egység távolságig juthatna. Bár a Voyagereken kívül három másik szonda is elhagyta vagy elhagyja a napszélbuborékot, az Interstellar Probe lenne az első, amelyet kifejezetten a helioszférához közeli csillagközi térség tanulmányozására indítanának.

Az Interstellar Probe tudományos céljainak áttekintése. (Kép: Johns Hopkins APL)

A küldetés fő célja a közeli intersztelláris környezet vizsgálata, beleértve a naptevékenység hatását, hiszen a küldetés időtartama több naptevékenységi ciklust is átfogna. A kutatók számszerűsíteni szeretnék a Nap körüli térségben található gáz és por különböző paramétereit. Alaposabban megvizsgálnák a helioszféra határát jelentő lökéshullámot, amelyen a Voyagerek átrepültek ugyan, de méréseik több új kérdést vetettek fel, mint amennyit megválaszoltak. A Voyagerek korlátozott lehetőségeivel ellentétben a tervezett szonda a határrétegben, valamint azon belül és kívül az ionizált plazma, a por, a semleges atomok, a nagy energiájú részecskék és a kozmikus sugárzás jellemzőit is mérné. A 2030-as évek végi indítás esetén fel tudnák térképezni a helioszféra alakjának torzulását a csillagközi szél hatására. Távolabb a csillagközi térben előforduló „felhőket” (a gáz és a por enyhe sűrűsödéseit) kereshetné, illetve feltérképezhetné, jelenlegi tudásunkat megerősíthetné vagy bővíthetné. Ismereteink szerint a Nap az utóbbi 60 000 évben az egyik ilyen felhőben mozgott, de már közeledik annak széléhez, és várhatóan 2000 éven belül kilép belőle, és átlép a következőbe. A szonda négy, egyenként 50 méterre kinyúló antennával mérné a plazma elektronsűrűségét. Emellett útközben a szonda több Kuiper-objektum közelében is elrepülhetne, a javaslat 10 lehetséges célpontot sorol fel.

A Naprendszer, a helioszféra és az azon túli térség áttekintő képe, logaritmikus skálán ábrázolt távolságokkal. (Kép: Johns Hopkins APL)

A projekt költségét a startig (hordozórakéta nélkül) 1,7 milliárd dollárra becsülik, amihez a küldetés végéig évtizedenként 230 millió dollárt számítanak az üzemeltetésre. A szonda energiaellátását két, plutónium–238 üzemanyagú, új generációs radioizotópos termoelektromos generátor (MMRTG) szolgáltatná. A kommunikációt 70 csillagászati egység távolságig a Deep Space Network antennáival biztosítanák, távolabb pedig a következő generációs VLA rádiótávcső-rendszerrel, amelynek megvalósítása a közelmúltban kiadott asztrofizikai évtizedes tanulmányban szerepel, és amellyel 1000 csillagászati egység távolságig lehetne kapcsolatot tartani a szondával (ami a fenti diagramon ábrázolt nagyságrendeket figyelembe véve évszázadokig elég lenne – csak a szonda tartson ki annyi ideig).

A diagramról leolvasható, hogy a 2030-as években a különböző indítási időpontok (vízszintes tengely) és irányok esetén mekkora sebessége lenne a szondának 100 csillagászati egység távolságban (a függőleges színskála szerint, csillagászati egység/évben), és mely célpontok esnének útba a Kuiper-övben. A narancssárga félhold alakú területek jelentik a Jupiter gravitációs lendítő hatását kihasználva szerzett nagyobb sebességeket, a hintamanőverre a kedvező konfigurációk 13 havonta (a Jupiter szinodikus keringési idejének megfelelően) ismétlődnek. (Kép: Johns Hopkins APL)

Következő lépésként a szonda tervének zászlóshajó projektként bele kellene kerülnie a jövőre megjelenő napfizikai évtizedes áttekintésbe. Végül a Sky and Telescope cikke megemlíti, hogy Kína már 2024-re tervezi egy hasonló csillagközi szonda indítását.

A tervezett Interstellar Probe. (Fantáziarajz: Johns Hopkins APL)