13 października 2023 roku ze stanowiska startowego 39A na kosmodromie Kennedy Space Center wystartowała rakieta Falcon Heavy z sondą kosmiczną Psyche na pokładzie. Podróż potrwa dość długo, ponieważ Psyche ma do przebycia setki milionów kilometrów. Napęd sondy stanowią silniki elektryczno-jonowe. Energii dostarczą panele słoneczne, a sam silnik jonowy oparty jest na efekcie Halla.

Moc chwilowa silnika to 4,5 kW, natomiast przez dłuższy czas może on pracować z mocą 0,9 kW. Na pokładzie znajduje się „paliwo” w postaci ponad 900 kg ksenonu. Pojedynczy pędnik wytwarza zaledwie 240 mN ciągu – równoważność ciężaru jednej baterii AA (tzw. paluszka). Niby bardzo niewiele, ale do drobnych korekt kursu zupełnie wystarcza. Panele solarne o łącznej powierzchni mniej więcej kortu tenisowego generują moc 20 kW, ale na miejscu, w okolicach Psyche, ich moc maksymalna wyniesie tylko 2,3-2,4 kW (no cóż, odległość od Słońca robi swoje).

Sonda Psyche nad powierzchnią asteroidy – wizja artystyczna
źródło: NASA, licencja: domena publiczna

W 2026 roku sonda zmieni trajektorię, wykorzystując asystę grawitacyjną Marsa. Wspominała o niej w swoim wpisie Tatiana. Po tym manewrze przyśpieszającym Psyche ruszy w dalszą podróż do celu, a po przebyciu 3,6 mld km, w maju 2029 r., znajdzie się w polu grawitacyjnym planetoidy. Na jej orbitę ma wejść w sierpniu tego samego roku. Wtedy rozpoczną się badania, które planowo mają potrwać do maja 2031 roku. Ale o tym za chwilę. Najpierw warto dowiedzieć się nieco o asteroidach, w szczególności o Psyche.

Odrobina wiedzy o planetoidach

Planetoidy, zwane też asteroidami albo planetkami, to stosunkowo niewielkie (w skali kosmicznej) ciała niebieskie, znacznie mniejsze od planet, obiegające centralną gwiazdę (w naszym przypadku Słońce). Pomiędzy Marsem a Jowiszem rozciąga się tzw. główny pas planetoid / asteroid. Nazwa brzmi całkiem naukowo, ale przełóżmy ją na język popularny. Jest to tak naprawdę obszar kosmicznego gruzu o bardzo różnej wielkości. Jest tam kilka sporych planetoid, z których największa, Ceres, ma średnicę niemal 1 tys. km, kilka mniejszych, kilkusetkilometrowych, i olbrzymia liczba zupełnie małych, o średnicy rzędu metrów. Liczba asteroid jest ogromna, szacuje się, że jest ich co najmniej milion. Całość jest uformowana w spłaszczony torus (taki wdepnięty donut), będący w pewnym sensie odpowiednikiem orbity planetarnej. Planetoidy to bardzo ciekawe obiekty kosmiczne. Są one bowiem pozostałością materii, która kilka miliardów lat temu formowała Układ Słoneczny. Można więc powiedzieć, że to taki skład resztek materiałów budowlanych, który pozostał po tym, gdy wokół Słońca uformowały się planety. Właśnie dlatego budzą one zainteresowanie badaczy naszego Układu. Dziś już wiemy, że są to głównie dość lekkie obiekty kamienne, ale niektóre, należące do typu M, zawierają dość dużo pierwiastków metalicznych. Pierwszą planetoidę odkryto 1. dnia XIX w. (1.01.1801). Dokonał tego katolicki ksiądz z Włoch, Giuseppe Piazzi. Dziś planetoidę tę znamy pod nazwą Ceres.

Ale dość historii, skupmy się na misji, która właśnie się rozpoczęła. Planetoida (16) Psyche została odkryta w 1852 roku. Należy ona do asteroid typu M, a więc tzw. metalicznych. Oczywiście jak dotąd wszelkie dociekania na temat składu chemicznego Psyche są bardzo pośrednie. Znamy natomiast szacunkową objętość asteroidy, wynoszącą 5,7 mln km³, a także jej masę – rząd wielkości 10¹⁹ kg. Oznacza to, że jej gęstość wynosi ok. 4 g/cm³. Dużo, naprawdę dużo, dwa razy więcej niż średnia gęstość innych planetoid. I właśnie ta wartość sugeruje, że jest ona zbudowana w dużej części z materii metalicznej. Kształt ma dość nierównomierny, najdłuższy wymiar to nieco ponad 200 km. Grawitacja na powierzchni jest minimalna, zaledwie 1,5% ziemskiej.

Asteroida (16) Psyche – wizja artystyczna
źródło: NASA, licencja: domena publiczna

Skąd się ta planetoida wzięła? Jak na razie możemy tylko spekulować, znacznie więcej informacji będziemy mieli za tych kilka lat. Być może jest to poobtłukiwane jądro większej planetoidy, która nie zdążyła się przekształcić w większy obiekt. Inni badacze uważają, że jest to obiekt z grupy mezosyderytów, zbliżony do docierających do Ziemi meteorytów kamienno-żelaznych (taka Ziemia w miniaturce). Być może jest to planetoida, która powstała z kilku ciał, które zbliżyły się do siebie dzięki grawitacji, ale na to też brak jednoznacznych dowodów.

Co będzie badane?

No to teraz kilka słów o tym, jakie badania mają być przeprowadzone. Szefową zespołu badaczy pracujących w ramach misji Psyche jest doktor Lindy Elkins-Tanton. Muszę przyznać, że jej wykształcenie jest naprawdę imponujące: licencjat z geologii, magisterium i doktorat z geologii – wszystko na MIT. Jej imieniem nazwano odkrytą w 1981 roku planetoidę 8252 Elkins-Tanton.

Sonda Psyche ma masę małego vana, 2,7 tony, przy czym 1,4 tony stanowi aparatura naukowa. Co tam się znajduje? Zestaw kamer do obrazowania powierzchni w zakresie światła widzialnego oraz bliskiej podczerwieni. Drugi zestaw stanowią spektrometry promieniowania gamma oraz neutronowego. To one będą analizować skład chemiczny powierzchni planetoidy. Na pokładzie znajduje się też magnetometr – urządzenie do precyzyjnego pomiaru pola magnetycznego. Oczywiście wszystko odbędzie się zdalnie – sonda zbliży się do Psyche na odległość 300-700 km, a najbliżej powierzchni znajdzie się w maju 2030, gdy odległość wyniesie zaledwie 75 km.

Jest szansa, że otrzymane wyniki pozwolą też na doprecyzowanie danych dotyczących gęstości Psyche. Wartość 4 g/cm³ nie jest specjalnie imponująca, ale większość asteroid jest o połowę lżejsza. Jednocześnie są dane, które mówią, że możemy zostać zaskoczeni. 33 Polihymnia, asteroida o średnicy ok. 54 km, jest 10-krotnie lżejsza od Psyche. Szacowana gęstość tego ciała niebieskiego wynosi aż 75 g/cm³. Tak, dobrze widzicie! Najgęstszy materiał, który znamy tu, na Ziemi, to osm, ale jego gęstość wynosi 22,5 g/cm³. Ponad 3 razy mniej niż Polihymnia. Niewiarygodne? Ano właśnie, właśnie. Na razie nie wiadomo, co zrobić z tymi danymi. Te wyniki trzeba będzie weryfikować. Jeśli się potwierdzą, możemy mieć sporą sensację. Niektórzy uczeni spekulują, że znajdują się tam hipotetyczne „pierwiastki superciężkie”, o liczbach atomowych wykraczających daleko poza te ze znanego nam układu okresowego. Czy tak jest – nie wiemy, ponieważ brak twardych dowodów. Może misja Psyche coś nam podpowie.

Komunikacja optyczna

Oprócz badań planetoidy sonda Psyche ma jeszcze jedno, bardzo ważne zadanie: wypróbować komunikację optyczną z Ziemią. Być może bawiliście się w dzieciństwie w przekazywanie i odbieranie sygnałów przy pomocy ręcznych latarek. Jest to wygodny sposób komunikacji, jeśli ustalimy sobie znaczenie poszczególnych błysków. Tutaj badacze spróbują zrobić coś podobnego, choć sposób jest nieco bardziej wyrafinowany. System nosi nazwę Deep Space Optical Communication (DSOC). Nie ma tu oczywiście zwykłych latarek, ich rolę spełnia laser skierowany w stronę Ziemi. Jego impulsy będą tu odbierane przy pomocy teleskopu o średnicy 5 m. Od razu uprzedzam – nie dostrzeżecie błysków tego lasera, ponieważ nie będzie to światło widzialne, lecz bliska podczerwień. Co ciekawe, moc tego lasera sondy będzie niewielka – zaledwie 4 W. Sygnały z Ziemi będą wysyłane przy pomocy lasera o mocy 5 kW.

Ale po co te całe eksperymenty? To ma głęboki sens. Aktualnie komunikacja z sondami odbywa się klasyczną drogą radiową. Jest prosta, wygodna, ale niezbyt szybka. Jeśli uda się uruchomić transmisję laserową, szybkość przesyłu danych wzrośnie 10 do 100 razy. To naprawdę bardzo dużo! Wynika to z faktu, że laser pozwala na przesyłanie „gęstszej” informacji, lepiej upakowanej. Przykładowo: dziś ściągnięcie obrazu o wysokiej rozdzielczości zajmuje ok. 1,5 h. Transmisja laserowa potrwa mniej niż minutę, strumień danych będzie płynął niesamowicie szybko. Na to jednak musimy poczekać kilka lat. Ale myślę, że warto czekać.