Наприкінці 2017 року таємничий об’єкт пронісся нашою Сонячною системою з шаленою швидкістю. Астрономи кинулися спостерігати за швидко рухомим тілом, використовуючи найпотужніші телескопи світу. Виявилося, що його довжина становить чверть милі (400 метрів), і він дуже видовжений – можливо, у 10 разів довший, ніж ширший. Дослідники назвали його Оумуамуа, що гавайською означає «розвідник».
Пізніше було підтверджено, що Оумуамуа є першим об’єктом з іншої зорі, який, як відомо, відвідав нашу Сонячну систему. Хоча ці міжзоряні об’єкти (МЗО) походять з-за меж зорі, вони стають космічними кочівниками, блукаючи космосом. По суті, це планетарна шрапнель, викинута зі своїх рідних зоряних систем катастрофічними подіями, такими як гігантські зіткнення між планетарними об’єктами. Астрономи кажуть, що Оумуамуа міг подорожувати Чумацьким Шляхом сотні мільйонів років до своєї зустрічі з нашою Сонячною системою.
Лише через два роки після цього несподіваного візиту було помічено другий МЗО – комету Борисова, цього разу астрономом-аматором з Криму. Ці небесні прибульці дали нам захопливі уявлення про матеріал з далеких околиць нашої Сонячної системи.
Але що, якби ми могли робити більше, ніж просто спостерігати, як вони пролітають повз?
Вивчення МЗО зблизька надало б науковцям рідкісну можливість дізнатися більше про далекі зоряні системи, які занадто віддалені для відправлення місій. Лише в Чумацькому Шляху може бути понад 10 септильйонів (або десять з 24 нулями) МЗО. Але якщо їх так багато, чому ми бачили лише два?
Простіше кажучи, ми не можемо точно передбачити, коли вони прибудуть. Великі МЗО, такі як Оумуамуа, які легше виявити, здається, не так часто відвідують Сонячну систему, і вони рухаються неймовірно швидко. Наземні та космічні телескопи насилу встигають швидко відреагувати на наближення МЗО, а це означає, що ми переважно спостерігаємо за ними вже після того, як вони проходять через наше космічне сусідство.
Однак інноваційні космічні місії могли б наблизити нас до таких об’єктів, як Оумуамуа, використовуючи прориви в штучному інтелекті (ШІ) для безпечного наведення космічних апаратів до майбутніх відвідувачів. Наближення означає, що ми зможемо краще зрозуміти їхній склад, геологію та активність – отримуючи уявлення про умови навколо інших зір.
Нові технології, що використовуються для наближення до космічного сміття, можуть допомогти наблизитися до інших непередбачуваних об’єктів, перетворюючи ці миттєві зустрічі на глибокі наукові можливості.
То як же ми наблизимося?
Пролітаючи повз Землю із середньою швидкістю 32,14 км/с, МЗО дають нам менше року для спроби перехопити їх нашими космічними апаратами після виявлення. Наздогнати їх не неможливо – наприклад, це можна зробити за допомогою гравітаційних маневрів. Однак це складно, дорого і займе роки для виконання.
Хороша новина полягає в тому, що перша хвиля місій з полювання на МЗО вже в русі: концепція місії NASA називається Bridge, а Європейське космічне агентство (ESA) має місію під назвою Comet Interceptor. Після виявлення наближаючого МЗО, Bridge вирушить із Землі для його перехоплення. Однак запуск із Землі наразі вимагає 30-денного вікна запуску після виявлення, що коштуватиме цінного часу.
Запуск Comet Interceptor заплановано на 2029 рік, і вона складається з більшого космічного апарату та двох менших роботизованих зондів. Після запуску вона перебуватиме за мільйон миль від Землі, чекаючи на засідку на довгоперіодичну комету (повільніші комети, що прилітають здалеку) – або потенційно на МЗО.
Розміщення космічних апаратів на «орбіті зберігання» забезпечує швидке розгортання після виявлення відповідного МЗО. Ще одна пропозиція від Інституту міжзоряних досліджень, проєкт Lyra, оцінювала можливість переслідування Оумуамуа, який вже давно пронісся за орбіту Нептуна. Вони виявили, що теоретично наздогнати об’єкт можливо, але це також буде дуже складним з технічної точки зору.
Швидкі та допитливі
Ці місії – лише початок, але, як описано, їхнім найбільшим обмеженням є швидкість. Щоб наздогнати такі МЗО, як Оумуамуа, нам потрібно рухатися значно швидше – і думати розумніше.
Майбутні місії можуть покладатися на передовий ШІ та суміжні галузі, такі як глибоке навчання – яке прагне імітувати здатність людського мозку приймати рішення – для ідентифікації та реагування на наближаючі об’єкти в режимі реального часу. Дослідники вже тестують невеликі космічні апарати, які працюють у скоординованих «роях», що дозволяє їм знімати цілі з багатьох ракурсів та адаптуватися в польоті.
В обсерваторії Віри Рубін у Чилі незабаром розпочнеться 10-річне дослідження нічного неба. Очікується, що це астрономічне дослідження виявлятиме десятки МЗО щороку. Симуляції показують, що ми можемо бути на порозі буму виявлень.
Будь-який космічний апарат повинен буде досягати високих швидкостей після виявлення об’єкта та забезпечити, щоб його джерело енергії не деградувало, можливо, після років очікування на «орбіті зберігання». Низка місій вже використовували форму рушія, яка називається сонячним вітрилом.
Вони використовують сонячне світло, що тисне на легке відбивне вітрило, щоб штовхати космічний апарат у космосі. Це позбавить потреби у важких паливних баках. Наступне покоління космічних апаратів із сонячними вітрилами може використовувати лазери на вітрилах для досягнення ще вищих швидкостей, що запропонує гнучке та недороге рішення порівняно з іншими футуристичними видами палива, такими як ядерний рушій.
Космічний апарат, що наближається до МЗО, також повинен буде витримувати високі температури та можливу ерозію від пилу, що викидається об’єктом під час руху. Хоча традиційні екрануючі матеріали можуть захистити космічний апарат, вони додають ваги та можуть сповільнити його.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники вивчають нові технології для легких, більш міцних та стійких матеріалів, таких як передові вуглецеві волокна. Деякі з них навіть можна буде надрукувати на 3D-принтері. Вони також розглядають інноваційне використання традиційних матеріалів, таких як корок та кераміка. Необхідний комплекс різних підходів, що включають наземні телескопи та космічні місії, які працюють разом для передбачення, переслідування та спостереження за МЗО.
Нові технології можуть дозволити самому космічному апарату ідентифікувати та прогнозувати траєкторії наближаючихся об’єктів. Однак потенційні скорочення фінансування космічної науки в США, включаючи обсерваторії, такі як космічний телескоп Джеймса Вебба, загрожують такому прогресу. Необхідно впроваджувати нові технології, щоб наближення та зустріч з МЗО стали реальною можливістю. Інакше ми залишимося в безпорадному стані, фотографуючи здалеку чергового космічного мандрівника, який швидко віддаляється.