В последнее время было много спекуляций вокруг межзвездного гостя 3I/ATLAS — большая часть которых, вероятно, вызвана низким качеством данных, учитывая, что нам приходится наблюдать его либо с Земли, либо, в некоторых случаях, с Марса. В любом случае, он находится гораздо дальше, чем было бы в идеале. Но это может быть не так для будущего межзвездного объекта. Европейское космическое агентство (ЕКА) планирует миссию, которая потенциально могла бы посетить нового межзвездного гостя или комету, совершающую свой первый проход во внутреннюю часть Солнечной системы. Но, учитывая ограничения миссии, любой такой потенциальный целевой объект должен будет соответствовать ряду условий. Новая статья, доступная в виде препринта на arXiv, ведущего автора профессора Колина Снодграсса из Эдинбургского университета и его коллег, обсуждает эти условия и оценивает вероятность того, что мы найдем хорошего кандидата в течение разумного времени после запуска миссии.
Миссия Comet Interceptor (CI), как её называют, относится к миссии F-класса Европейского космического агентства, что означает, что её разработка и запуск планируется в короткие сроки. Затем аппарат будет находиться на парковочной орбите в точке Лагранжа L2 системы Земля-Солнце до тех пор, пока не встретит подходящую цель — динамически новую комету (DNC) — тип кометы, которая впервые войдет во внутреннюю часть Солнечной системы. Кроме того, если миссии повезёт, аппарат сможет наблюдать межзвёздный объект, проходящий через нашу Солнечную систему в одностороннем направлении, но вероятность того, что это произойдёт на разумном расстоянии именно в то время, когда CI ждёт, поразительно мала.
Однако DNC встречаются чаще. В статье упоминается 132 из них с 1898 по 2023 год, хотя у них есть свои особенности. Многие из них чрезвычайно слабые и обнаруживаются всего за несколько месяцев или лет до их прибытия во внутреннюю часть Солнечной системы. Именно здесь в игру вступает ещё одна новая миссия — Legacy Survey of Space and Time (LSST) в обсерватории Веры К. Рубин. Ожидается, что DNC обнаружит гораздо больше, чем когда-либо ранее, и, как мы надеемся, даст достаточно информации, чтобы команда миссии CI смогла проанализировать потенциальную цель на предмет её пригодности.
В чем сложность выбора цели
Но даже если LSST найдёт подходящего кандидата, нет гарантии, что комета по мере приближения к Солнцу станет настолько яркой, что это вызовет интерес. С другой стороны, нет гарантии, что она просто не распадётся на части до того, как CI подойдёт достаточно близко, чтобы её осмотреть. Учитывая, что миссия может выбрать только одну потенциальную цель, эти неизвестные добавляют элемент случайности, достаточно большой, чтобы заставить покраснеть даже самого заядлого игрока.
Поэтому лучше всего просчитать возможные сценарии с помощью теории игр, чтобы лучше понять, чего ожидать при выборе реальной цели. Этот анализ начался с некоторых базовых ограничений миссии. Существовала ограниченная «дельта-v» — энергия, необходимая для достижения кометы, учитывая ограничения, накладываемые космическим аппаратом на доставку необходимого топлива в точку L2. Авторы рассчитали её в 1,5 км/с — не слишком много по меркам межпланетных миссий.
CI должен будет перехватить комету где-то между 0,9 и 1,2 а. е. — где-то около орбитальной траектории Земли — и, что важно, она должна пересечь плоскость эклиптики, где фактически находится Земля, чтобы оказаться в пределах досягаемости. Космический аппарат также должен удерживать Солнце под углом от 45° до 135°, чтобы гарантировать работу своих солнечных панелей. И, возможно, самое главное, пролет кометы не может происходить на скорости более 70 км/с, так как полученные повреждения от пыли могут уничтожить меньшие зонды, которые CI выпустит для изучения комы кометы. В дополнение к этому, существует оптимальная зона газовыделения, когда комета-цель должна произвести достаточно газа, чтобы быть интересной, но недостаточно, чтобы уничтожить зонд. Согласно статье, комета Галлея, по-видимому, является разумным верхним пределом необходимого газовыделения.
Как изучали кометы
Авторы подошли к анализу исторических комет с двух сторон. Сначала они рассмотрели наиболее интересные с научной точки зрения примеры. Ограничения этого подхода включали рассмотрение только комет, входящих в Солнечную систему, а не возвращающихся, и имеющих яркость 10-й звёздной величины, которую авторы использовали в качестве показателя активности. После отбора комет у них осталось девять потенциальных кандидатов. Однако при дальнейшем изучении оказалось, что практически ни одна из них не была достижима, учитывая технические ограничения миссии. Большинство из них либо находились слишком далеко от пересечения с Землей, либо требовали слишком большого значения дельта-v для достижения кометы.
Поэтому они попробовали другой механизм отбора — сначала фильтрацию по осуществимости. На практике это означало, что они выбрали те, которые можно было достичь в пределах бюджета миссии 1,5 дельта-v, сохраняя при этом требования к активности. Это сузило круг до трех комет, все из которых были найдены в течение последних 25 лет. Самой интересной была C/2001 Q4 (NEAT), которая была найдена еще в 2001 году, примерно за 2,5 до того, как она достигла своего перигелия. У нее был хороший уровень активности, и ее можно было достичь в пределах бюджета дельта-v 1,5 км/с. Единственной проблемой была относительно высокая скорость пролета 57 км/с, что означало, что зонды, которые CI должен был выпустить для изучения комы, могли быть повреждены, и что у кометы было бы лишь ограниченное время для сбора ценных данных.
Реалистично, вероятность найти идеального кандидата за 2–3 года миссии CI невелика. Поэтому операторам миссии, вероятно, придётся найти «достаточно хороший» объект и собрать о нём все возможные данные. Это неотъемлемое ограничение подобных миссий, где конечная цель неизвестна до момента разработки и запуска. Но, при определённой удаче, CI сможет найти подходящего кандидата, скорее всего, с помощью LSST, когда тот запустится в 2029 году. Возможно, если очень повезёт, он даже найдёт межзвёздного гостя для встречи — если это произойдёт, я ставлю на то, что этот межзвёздный объект назову Рамой.