Det vil være endnu en rekord, når NASA på lørdag 16. oktober opsender rumsonden Lucy på en 12 år lang rejse mod det ydre solsystem.
Lucy har nemlig som mål at besøge ikke mindre end 7 asteroider i løbet af sin 12 år lange færd.
Nok har vi tidligere besøgt adskillige af asteroidebæltets utallige småkloder - enkeltvis. Men aldrig før har en rumsonde haft til opgave at udforske hele syv asteroider. Og så befinder endda seks af de syv asteroider sig ikke engang i asteroidernes hovedbælte mellem Mars og Jupiter.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.
Lucy skal helt ud i Jupiters bane, hvor der findes to grupper af asteroider kaldet ’De Trojanske Asteroider’. Disse asteroider er indfanget i de to såkaldte Lagrange-punkter L4 og L5, der befinder sig henholdsvis 60o foran og 60o bagud for Jupiter i dens bane om Solen.
Lagrange-punkterne L4 og L5 er matematiske stabilitetsområder, her i forhold til Jupiter. Asteroider, der i tidens løb er indfanget her, vil forblive her og sammen med Jupiter bevæge sig rundt om Solen, blot forskudt 60o foran eller 60o bagud i forhold til Jupiter.
Den sidste asteroide, med det lidt specielle navn DonaldJohansen, er i virkeligheden en ’bonus asteroide’, forstået på den måde, at den ligger meget belejligt i forhold til Lucys rute mod Trojanerne.
Enhver rumrejse begynder på start-rampen
Lucy opsendes som sagt 16. oktober med en Atlas 5-raket fra Cape Canaveral. Og her er en lille morsom forhistorie:
Den Atlas 5-raket, der oprindeligt skulle have opsendt Lucy, måtte tages ud af drift på grund af nogle problemer, blandt andet med en russisk motor på raketten.
Til alt held for Lucy var en anden Atlas 5-raket pludselig til rådighed. Denne Atlas raket skulle ellers have opsendt Boeings Starliner-rumskibet, der allerede har været stærkt forsinket med sin første ubemandede flyvning til Den Internationale Rumstation (ISS).
Men nu havde Starliner problemer med nogle rør til brændstofforsyningen, og den måtte tages ned fra toppen af Atlas-raketten og sendes tilbage til Boeing-fabrikkerne, mens den 1.500 kg tunge Lucy, indkapslet i et beskyttelsesskjold, nu med en kran blev hejst op i toppen af Atlas 5. Én mands død, én anden mands brød.
16. oktober er første dag i et 23 dage langt opsendelsesvindue for rumsonden, og på selve dagen er der et lokalt opsendelsesvindue på 75 minutter. Så der er tid til at sikre Lucy en god start på sin lange rejse mod asteroiderne.
Den lange rejse
Rejsen indledes med, at Lucy sendes ind i en bane om Solen, hvor rumsonden to gange kommer tæt på Jorden.
Her udnyttes Jordens tyngdefelt til at give rumsonden et ekstra skub på den videre færd mod asteroiderne. Det er det begreb, der i rumfysikken går under navnet ’gravity assist’ - eller hjælp fra Jordens tyngdefelt.
De to skub finder sted i oktober 2022 og i december 2024, og herefter er Lucy klar til rejsen mod det ydre solsystem.
Der venter en rejse på næsten fire år før Lucy i 2025 når frem til det første mål, den ganske lille (kun omkring 4 kilometer i diameter) asteroide DonaldJohansen i asteroidernes hovedbælte mellem Mars og Jupiter.
Herefter er der kun to års rejse til De Trojanske Asteroider i Lagrangepunktet L4, hvor rumsonden skal møde hele fire asteroider: Eurybates, der har en lille måne, samt Polymele, Leucus og Orus.
Efter disse fire møder forlader Lucy L4 i november 2028, og nu går turen atter tilbage til et sving rundt om Jorden i 2031, hvor Lucy får et sidste gravity assist-skub fra Jorden.
Det ekstra energitilskud sender nu rumsonden ud mod Jupiters Lagrangepunkt L5, med forbiflyvning i marts 2033 af de to sidste trojanske asteroider, Patroclus og Menoetius, der i virkeligheden er en dobbelt asteroide.
Asteroiderne har fået navnet de trojanske asteroider efter den trojanske krig i Homers fortælling. Asteroiderne i L4 har fået navne efter krigens græske helte, mens dem i L5 er opkaldt efter heltene fra Troja.
Hvis det lykkes for Lucy at gennemføre alle sine opgaver på den planlagte 12 år lange rejse ad en rute, hvor den tilbagelægger op mod 2 milliarder kilometer i årene 2021 til 2033, så vil den slutte med at gå ind i en stabil 6-års-bane, der fører den frem og tilbage mellem de to Lagrange-punkter med de Trojanske asteroider.
Og hvis den flittige rumsonde stadig er i god form til den tid, vil det være muligt at sende Lucy på nye opgaver.
Korte forbiflyvninger
På den lange opdagelsesrejse kommer Lucy desværre ikke til at dvæle ved nogle af sine mål. Det er nemlig ikke muligt at bremse op undervejs.
Lucy vil flyve forbi de syv asteroider med en fart på 5-8 kilometer i sekundet, og det giver højst et par timers observation af hver enkelt asteroide.
Ruten er dog lagt, så Lucy kommer inden for en afstand af godt 1.000 kilometer på hvert enkelt mål. Så det er nødvendigt at handle hurtigt og præcist ved hvert møde.
Til det formål er rumsonden udstyret med tre nøje udvalgte instrumenter:
- L Ralph er et kamera, der kan tage billeder både i det synlige og i det infrarøde område af spektret. Kameraet skal først og fremmest vise os, hvordan asteroidernes overflader ser ud. Her kan være tale om at opdage spor af is, silikater og måske organiske stoffer på overfladen. Man har gode erfaringer med L-Ralph kameraet, idet et lignende var ombord på rumsonden New Horizons, der besøgte Pluto og Kuiper kloden Arrokot.
- L LORRI er et kamera med høj opløsningsevne, der kan tage billeder i det synlige område, hvor vi kan forvente de mest detaljerede billeder fra overfladen af Trojanerne. Også denne type kamera er en arv fra New Horizons-rumsonden.
- Det tredje instrument L TES er et infrarødt spektrometer, der kan lære os noget om sammensætning og struktur (og måske varmefordeling) af overfladematerialet på Trojanerne. Man har gode erfaringer med denne type spektrometer fra NASA’s asteroide-mission OSIRIS-REX.
Endelig er det muligt at vurdere masserne af de syv asteroider. Når Lucy flyver tæt forbi en asteroide, bliver den påvirket ganske lidt af asteroidens tyngdefelt. Det ændrer banen en smule, og ud fra baneændringen kan asteroidens masse vurderes.
Alle målinger, Lucy foretager, sendes tilbage til Jorden via rumsondens store radioantenne, og signalerne modtages her på Jorden af tre store antenneanlæg i Deep Space Network-komplekset med antenner i henholdsvis Australien, Spanien og USA.
Antennerne er fordelt med 120 graders mellemrum, så der altid er mindst én antenne, der har kontakt til rumsonden.
Selve antennerne er store paraboler på mellem 34 og 70 meter. Det er undertiden et puslespil at fordele antennerne mellem de mange rumsonder, vi har sendt ud i Solsystemet. En af de største udfordringer er at opretholde kontakt til de rumsonder, der er på vej bort fra Solsystemet.
De syv asteroider
Lucy er altså godt udrustet til opgaven, når den når frem til møderne med de syv asteroider, én for én. Så lad os se på, den smule, vi på forhånd ved om disse kloder.
Lucy første opgave bliver mødet allerede i 2025 med den lille DonaldJohansen i asteroidernes hovedbælte. Det er en ganske lille, måske aflang asteroide, knap 4 kilometer i tværmål. Den blev opdaget 1981 fra et observatorium i Australien.
Asteroiderne opdeles i typer efter deres formodede sammensætning.
DonaldJohansen er klassificeret som en såkaldt C-type asteroide, der har et stort indhold af kulstof og carbonater foruden klipper og andre mineraler. C-typen, der udgør omkring 75 procent af asteroiderne, er dermed den mest almindelige asteroidetype.
De trojanske asteroider
Så følger de seks Trojanske asteroider i Jupiters to Lagrange-punkter L4 og L5.
De formodes at rumme uomdannet stof fra den tidligste periode i Solsystemets historie, hvor små protoplaneter klumpede sig sammen i de første tilløb til at danne planeter.
De Trojanske asteroider repræsenterer så resterne af disse første forsøg. På denne måde kommer Lucy til at studere Solsystemets fortid.
Vi ved endnu ikke meget om disse gamle asteroider, fordi de er så langt borte. Mange er opdaget af Hubble-teleskopet, og i dag kendes omkring 7.000 af dem. Men der er jo nok mange flere, og nogle astronomer mener endda, at der er flere trojanere, end der er asteroider i hovedbæltet mellem Mars og Jupiter.
Det siger ellers ikke så lidt. Vi kender i dag lidt over en million asteroider i hovedbæltet, og astronomerne skønner, at der nok er op mod to millioner asteroider, der er over en kilometer i tværmål.
Hubble-teleskopet, der har opdaget mange af Trojanerne, kan dog ikke afsløre mange detaljer om dem. Man har kun en vis formodning om størrelse og type for de asteroider, Lucy skal besøge. Nogle er grå, mens andre er rødlige. Så Lucy har helt sikkert en stor udfordring foran sig.
De fire asteroider, Lucy skal udforske i L4, er alle forholdsvis store, med diametre fra 21-68 km. Deres spektre og en rødlig farve tyder på tilstedeværelse af organiske stoffer og måske silikater med et indhold af is. Disse typer finder vi også blandt Kuiperbæltets mange kloder, der jo også rummer stof fra Solsystemets tidlige tider.
Den største af de fire kloder, Eurybates, blev opdaget i 1973 på nogle ældre fotografiske plader fra Mount Palomar-observatoriet i Californien. Den roterer om sig selv med en periode på 8,7 timer.
I 2018 opdagede Hubble-teleskopet, at Eurybates endda har en lille måne omkring sig. Den er kun godt en kilometer i diameter og har nu fået navnet Queta. Så her får Lucy to kloder at kigge på.
To store kloder i L5
Det varer fem år for Lucy at tilbagelægge vejen fra L4 til L5, fordi rumsonden som tidligere nævnt skal et sving tilbage forbi Jorden for at hente ekstra energi ved et gravity assist.
Herefter vil rumsonden ankomme til L5 i 2033 og indlede forbiflyvningen af de to sidste planlagte asteroider, Patroclus og Menoetius. Og man kan næsten sige, at Lucy har gemt de bedste til sidst.
For Patroclus og Menoetius er et dobbelt asteroidepar, der kredser ganske langsomt om hinanden med en periode på lidt over 100 timer. Og så er de også de største af de kloder, Lucy besøger, med diametre på henholdsvis 150 km og 105 km - med den sædvanlige usikkerhed, når man måler over store afstande.
Typerne minder om de øvrige Trojanere, så også hér kommer Lucys spektrometer på arbejde med at studere overfladerne på de to store kloder.
Lucy og Donald Johansen
Nu må det være på sin plads at komme lidt ind på de - måske lidt gådefulde - navne, der knytter sig til denne omfangsrige asteroide-ekspedition.
For én ting var jo mødet med navnene fra oldtidens Trojanske krig mellem grækere og trojanere. Noget helt andet er, hvordan navnene Lucy og Donald Johansen kom ind i fortællingen.
Rumsondens navn er inspireret af et arkæologisk fund. Lucy er nemlig også navnet på det måske mest velbevarede fossile eksemplar af én af de tidligste forgængere til mennesket af arten Australopithecus Afarensis.
Lucy blev fundet og udgravet i 1974 i Etiopien af antropologen Donald Johansen, der så meget passende kom til at lægge navn til den lille asteroide, som rumsonden Lucy besøger som sit første mål.
Arkæologiens Lucy blev samlet af over 50 skeletstumper, som hver svarede til en knogle, der med stor omhu blev samlet til et skelet. Dette afslørede, at der var tale om et abemenneske af hunkøn, der gik på de afrikanske stepper for lidt over 3 millioner år siden.
\ Læs mere
Den etiopiske Lucy repræsenterer således menneskehedens fortid, mens rumsonden Lucy på sin rejse udforsker Solsystemets fortid i tidligste fase, hvor planetdannelsen så småt kom i gang.
Der er mere symbolik i navnet, for Donald Johansen besluttede nemlig at opkalde sit fund efter den dengang så kendte Beatles-sang fra 1967 ’Lucy in the Sky with Diamonds’.
Og denne titel har NASA også taget til sig. Deres diamantformede logo for rumsonden rummer alle disse symboler. Ved en kunstners hånd er der blevet plads til skitser af både fossilet Lucy og rumsonden Lucy, samt et udsnit af de trojanske asteroider.
Endelig har man heller ikke glemt rumeksperterne fra NASA, SWRI (Southwest Research Institute) og LM (Lockheed Martin), der tilsammen har stået for planlægning og udvikling af Lucy-projektet.
Tidskapslen - et budskab til efterkommerne
De fem rumsonder, Pioneer 10 og 11, Voyager 1 og 2 og New Horizons, der nu er på vej ud af vort solsystem, er alle udstyret med et budskab til hvem, der end måtte opdage dem.
Det udtrykker et håb om at formidle en fortælling om os selv her på Jorden til en fjern modtager.
På grund af de enorme afstande i rummet, er det meget lidt sandsynligt, at disse budskaber vil blive opdaget, og vi skal nærmere se dem som en symbolsk handling for vores egen skyld.
Også Lucy har et budskab ombord i form af en tidskapsel med hilsner og oplysninger om jordklodens tilstand lige nu. Og her er der den forskel, at mens de fem dybrumsonder forlader Solsystemet, vil Lucy forblive i Jupiters omgivelser i al fremtid.
Derfor vil Tidskapslen være et budskab til vore efterkommere, der selv vil opsøge Lucy eller måske bare møder rumsonden. Igen et udtryk for, at vi ønsker at efterlade et aftryk fra os selv.
Budskabet indledes således med en oplysning om Solsystemets konfiguration, med planeternes stilling med mere, netop på dagen for Lucys opsendelse 16. oktober 2021.
Derudover er der velmenende ord fra mange andre, blandt andet nNbelprismodtagere, kunstnere, digtere og musikere. Det gælder berømtheder som Einstein, Martin Luther King, Carl Sagan – og naturligvis The Beatles, der alle fire har et budskab at formidle.
Fra Einstein lyder det således:
»Over markerne, over tagene på landsbyhusene, bliver den glans, der gjorde alt liv muligt, de kolde stjerner. Lig stille og kig: De giver intet, men beder om intet.«
De fire Beatles-medlemmer har naturligvis sendt budskaber med reference til deres sang ’Lucy in the Sky with Diamonds’, hvor både den fossile Lucy og rumsonden Lucy hyldes.
Når opsendelsen af Lucy (forhåbentlig) er veloverstået, og Lucy indleder sine opgaver, kan vi se frem til den lange række af billeder og mange andre informationer, som vil sendes ned til Jorden fra Lucy gennem årene fra 2025, hvor rumsonden når frem til DonaldJohansen, og til 2033, hvor Lucy besøger de to sidste planlagte asteroider, Patroclus og Menoetius i L5.
Og så kan vi jo være så heldige, at Lucy melder alt vel ombord og er parat til en fortsættelse af dens store opdagelsesrejse.
