Naukowcy uważają, że statek kosmiczny może zyskać prędkość wystarczającą, aby dogonić kultową kometę międzygwiezdną 3I/ATLAS, która obecnie oddala się od nas, poprzez wystrzelenie rakiet wspomagających podczas bardzo bliskiego zbliżania się do Słońca.
Naukowcy twierdzą, że gdyby misja ta mogła wystartować w 2035 r., mogłaby co najmniej dogonić 3I/ATLAS do 2085 r. w odległości 732 jednostki astronomiczne (AU) od słońce. Innymi słowy, jest to 732 razy dalej od Słońca niż Ziemia wynosi 68 miliardów mil (109 miliardów kilometrów). Dla porównania nasza najdalsza aktywna sonda kosmiczna, Podróżnik 1znajduje się obecnie zaledwie 170 jednostek astronomicznych od Słońca po niemal tym samym czasie lotu, co proponowana misja do 3I/ATLAS.
Aby tak szybko pokonać tak ogromne odległości, misja wykorzystałaby zjawisko zwane efektem Obertha, nazwane na cześć austro-węgierskiego naukowca zajmującego się rakietami Hermanna Obertha (który później został znacjonalizowanym Niemcem i pracował dla nazistów). Oberth po raz pierwszy zaproponował tę koncepcję w 1929 roku w swojej książce „Wege zur Raumschiffahrt” (co oznacza „Sposoby podróży kosmicznych”).
Pomysł jest taki, że gdy orbitujący statek kosmiczny wpada w pole grawitacyjne wytwarzane przez planetę lub, w tym przypadku, Słońce, statek kosmiczny przyspiesza. W perycentrum – punkcie statku kosmicznego położonym najbliżej ciała grawitacyjnego – uruchamia silniki, aby uzyskać jeszcze większą prędkość. Efekt Obertha opisuje, w jaki sposób robienie tego przy wyższych prędkościach powoduje większą zmianę prędkości – co naukowcy zajmujący się rakietami nazywają „delta-V” – a najwyższe osiągalne prędkości występują w perycentrum.
„Prawie każdy start wykorzystuje efekt Obertha” – powiedział Space.com T. Marshall Eubanks, były naukowiec NASA, a obecnie główny naukowiec w Space Initiatives Inc. i autor nowego artykułu opisującego tę misję dla 3I/ATLAS. „Dlatego na przykład misje takie jak Artemida 2 ich zastrzyk przezksiężycowy spala się w perygeum, a nie w apogeum. To manewr Obertha. Jednakże nie mogę znaleźć zapisu prostego manewru Obertha typu, który proponujemy, który polega na poważnym spaleniu rakiety podczas największego podejścia podczas przelotu.
Jako najmasywniejsze ciało na świecie układ słonecznynajlepszym miejscem do wykorzystania efektu Obertha jest słońce. Ale to oznacza zbliżenie się – naprawdę blisko.
Aby osiągnąć delta-V wynoszącą co najmniej 8,4 km na sekundę, co można uznać za pracę wymaganą do przyspieszenia statku kosmicznego na nową trajektorię, misja musiałaby wykonać słoneczny manewr Obertha (SOM) w odległości 3,2 promienia Słońca od centrum Słońca. The promień słońca wynosi 432 450 mil (696 000 kilometrów).
Trzy promienie Słońca to około 0,015 AU.
Zbliżenie się do słońca, które byłoby głęboko w środku korona słonecznanie jest niemożliwe. Kiedy NASA Sonda słoneczna Parkera najbliżej słońca zbliżyło się w 2023 r., zbliżyło się do niego na odległość 0,04 AU (6,1 mln km). Mimo że nie znajduje się on tak blisko Słońca, jak proponowany przechwytywacz 3I/ATLAS, daje wskazówkę, co może się wydarzyć: sonda Parker Solar Probe doświadczyła temperatur 2500–2600 stopni Fahrenheita (1370–1400 stopni Celsjusza).
Mimo to osłona termiczna sondy Parker Solar Probe chroniła ją. Adam Hibberd, członek Initiative for Interstellar Studies i główny autor badania, przytacza przykład badania projektowego przeprowadzonego w 2015 roku przez Keck Institute of Space Studies dotyczącego misji międzygwiezdnej, która miałaby wykorzystać ryzykowny manewr. Osłona termiczna w badaniu Kecka była wykonana z kompozytu węglowego, takiego jak ten w sondzie Parker Solar Probe, ale z dodatkowymi warstwami aerożelu w celu dodatkowej izolacji od promieni słonecznych piekący upał.
„Zasadniczo w misji na 3I/ATLAS można zastosować podobną osłonę termiczną” – powiedział Hibberd Space.com.
Słoneczny manewr Obertha przyspieszyłby przechwytywacz 3I/ATLAS tak bardzo, że stałby się najszybszym statkiem kosmicznym w historii, „w dużej mierze” – powiedział Eubanks.
Hibberd jest z zawodu inżynierem oprogramowania i twórcą oprogramowania Optimum Interplanetary Trajectory Software, którego użył w tym badaniu do określenia, kiedy będzie najbardziej odpowiedni moment na wystrzelenie, biorąc pod uwagę odpowiednie pozycje Ziemi, Słońca, Jupiter i 3I/ATLAS. Odkrył, że rok 2035 zapewnił optymalną trajektorię.
Pomysł polega na tym, aby najpierw polecieć do Jowisza i wykorzystać jego grawitację, aby spowolnić statek kosmiczny na tyle, aby mógł następnie zawrócić i spaść w stronę Słońca. Choć brzmi to sprzecznie z intuicją, jest konieczne. Każdy statek kosmiczny wystrzelony z Ziemi posiada już ruch orbitalny Ziemi wynoszący 30 km i przy tej prędkości statek kosmiczny zmierzający w stronę Słońca poruszałby się zbyt szybko i zamiast się do niego zbliżyć, zostałby wyrzucony wokół Słońca po szerokiej orbicie.
Zatem statek kosmiczny musi najpierw zmniejszyć prędkość. Parker Solar Probe wykonał siedem przelotów w pobliżu Wenus aby to osiągnąć przez ponad siedem lat. Ponieważ 3I/ATLAS oddala się od nas z prędkością 61 kilometrów na sekundę, jakakolwiek misja do niego nie wystarczy na wielokrotne przeloty w pobliżu Wenus, zatem przechwytywacz 3I/ATLAS pomknąłby do Jowisza w podróż trwającą około roku, zanim powróciłby w stronę Słońca.
Hibberd, Eubanks i ich współautor Andreas Hein z Uniwersytetu w Luksemburgu obliczyli, że statek kosmiczny mógłby mieć masę około 1100 funtów (500 kilogramów), czyli mniej więcej tyle samo, co masa NASA. Nowe Horyzonty misja do Pluton. Od tych 500 kilogramów należy odjąć masę osłony termicznej – w przypadku Parker Solar Probe osłona termiczna wynosi 160 funtów (73 kilogramy).
Oprócz tego ładunku miałyby znajdować się dwa lub trzy silniki rakietowe na paliwo stałe potrzebne do zapewnienia ogromnego ciągu potrzebnego w peryhelium do manewru słonecznego Obertha. Zespół sugeruje, że wystarczyłoby kilka statków Starship Block 3 (wyposażonych w dziewięć silników Raptor 3) podłączonych do statku kosmicznego na niskiej orbicie okołoziemskiej przed jego wyruszeniem w misję.
To, jak szybko misja dotrze do 3I/ATLAS, będzie zależeć od delta-V uzyskanego podczas manewru Oberth na Słońcu. Delta-V wynosząca 5,19 mil na sekundę (8,36 km na sekundę) umożliwiłaby przelot 3I/ATLAS po 50 latach lotu. Jeśli nie chcemy czekać tak długo, to jeśli możliwe będzie przyspieszenie delta-V do 10,36 km na sekundę, spotkanie odbędzie się za zaledwie 30 lat. Nie jest to niemożliwe – NASA Świt statek kosmiczny do Pas Asteroid osiągnął delta-V wynoszący 6,84 mil na sekundę (11 kilometrów na sekundę) po oddzieleniu się od rakiety wspomagającej.
Ponieważ zarówno 3I/ATLAS, jak i statek kosmiczny poruszałyby się tak szybko, możliwy byłby jedynie przelot w pobliżu, zamiast wchodzić na orbitę wokół międzygwiezdnego intruza. To jednak nasuwa pytanie, po co zawracać sobie głowę ściganiem 3I/ATLAS? Zwłaszcza, że astronomowie oczekują Obserwatorium Rubinaktóra rozpoczęła obecnie działalność naukową w Chile, znajduje średnio jedną kometę międzygwiazdową rocznie, co stanowi duży wzrost w porównaniu z trzema, które zostały dotychczas zidentyfikowane. Wkrótce powinno być mnóstwo łatwiejszych celów do osiągnięcia.
„Będziemy musieli zobaczyć” – powiedział Eubanks. „Być może po odnalezieniu, powiedzmy, 10 obiektów międzygwiezdnych 3, będę się wydawać banalny i nie będzie sensu organizować wyprawy, aby go ścigać. Ale z drugiej strony, może będzie się to wydawać inne i niezwykłe i będzie takie pragnienie”.
Sonda 3I/ATLAS została dobrze scharakteryzowana przez astronomów podczas jej przelotu w zeszłym roku i gdyby miał wybór, Hibberd wolałby zobaczyć misję mającą na celu 1I/’Oumuamuaco zamiast tego było bardziej zagadkowym obiektem. W rzeczywistości Hibberd opracował już plan misji dla przechwytywacza „Oumuamua zwanego Projekt Liraale czuje, że szansa na jego złapanie przepadła.
Rzeczywiście, jeśli mamy gotową misję do wykonania, to jeśli uda nam się wystarczająco wcześnie wykryć kometę międzygwiezdną, powinny wystarczyć bardziej konwencjonalne sposoby dotarcia do niej. Taki był punkt widzenia poparte badaniem od naukowców z South-west Research Institute w 2025 roku.
„W przypadku przyszłych obiektów międzygwiazdowych należy, jeśli to możliwe, unikać słonecznego manewru Obertha, ponieważ ma on na celu uchwycenie konkretnego obiektu międzygwiazdowego „po przelocie ptaka” i jego oddalaniu się od słońca” – powiedział Hibberd. „Istnieją lepsze architektury misji, wykorzystujące sondę znajdującą się już na orbicie kosmicznej, która przechwyciłaby obiekt międzygwiazdowy wokół peryhelium w znacznie krótszym czasie, czyniąc Obertha niepotrzebnym”.
Misja Comet Interceptor Europejskiej Agencji Kosmicznej, której wystrzelenie zaplanowano na koniec 2028 r. lub na początek 2029 r., jest właśnie taką misją. Będzie czekać na L2 punkt Lagrange’a dla odpowiedniego celu, albo nowy długi okres kometa z Chmura Oorta lub kometa międzygwiezdna, zanim zostanie wysłany na spotkanie z nią. Istnieje zatem spora szansa, że w ciągu najbliższych 10 lat będziemy mieli statek kosmiczny badający kometę międzygwiazdową.
„Mam całkowitą pewność, że kiedy rozwiniemy zdolność dotarcia do tych obiektów międzygwiazdowych, pojawi się silna potrzeba bezpośredniego zbadania przynajmniej niektórych z nich” – powiedział Eubanks.
Nie oznacza to, że należy odrzucić profil misji statku kosmicznego wykorzystującego słoneczny manewr Obertha. Statek kosmiczny mógłby przelecieć obok Słońca, aby nabrać prędkości i wyruszyć na eksplorację zewnętrznych części Układu Słonecznego Neptun.
„Każdy obiekt trans-Neptunowy byłby całkiem łatwym celem, a jego badania dopiero się rozpoczęły” – powiedział Eubanks.
Dodatkowo, jeśli teoretyzujesz Planeta Dziewiąta zostanie odkryta, wówczas byłaby tak odległa, że szacunki wahają się od 290 do 800 AU; misja do niego prawdopodobnie nie miałaby innego wyboru, jak tylko skorzystać z manewru słonecznego Obertha, jeśli chce się tam dostać w najbliższym czasie. Manewr ten można nawet wykorzystać do wysłania teleskopu na odległość 550 jednostek astronomicznych od Słońca, czyli na odległość, na którą pole grawitacyjne Słońca tworzy soczewka grawitacyjna który może służyć jako teleskop o wiele potężniejszy niż jakikolwiek inny zbudowany do tej pory.
Na razie 3I/ATLAS nadal się od nas oddala. Niezależnie od tego, czy ktoś go ściga, czy nie, rozwój trajektorii statków kosmicznych z wykorzystaniem manewrów słonecznego Obertha oznacza, że najbardziej oddalone obszary naszego Układu Słonecznego mogą nie być dla nas tak niedostępne, jak się obawialiśmy.
Badania Hibberda, Eubanksa i Heina są dostępne w formie wstępnego wydruku arXiv.
