Sonda New Horizons jest coraz bliżej historycznego przelotu obok Ultima Thule - planetoidy Pasa Kuipera. Będzie to najdalsza w historii obserwacja wykonana przez sondę kosmiczną. W tym artykule umieszczamy niezbędne informacje o tym co wiemy juz o obiekcie i czego dowiemy się w najbliższych dniach.



Najważniejsze informacje

Sonda New Horizons przeszła do historii w 2015 roku, kiedy jako pierwsza (i na razie ostatnia) odwiedziła Plutona - planetę karłowatą, oddaloną ponad 39 AU od Słońca.

Teraz zbliża się do Ultima Thule - niewielkiej planetoidy w Pasie Kuipera, która może powiedzieć nam dużo o początkach Układu Słonecznego i o tym jak wygląda środowisko niewielkich obiektów na jego obrzeżach.

Sonda przeleci najbliżej Ultima Thule 1 stycznia o 6:33 polskiego czasu. Zbliży się wtedy do planetoidy na odległość 3500 km. Pierwsze dokładne zdjęcie obiektu powinno dotrzeć na Ziemię jeszcze tego samego dnia, późnym wieczorem.

Poniżej przedstawiamy krótkie kompendium wiedzy na temat przelotu. Znajdziecie w nim informacje o tym jak wyglądał wybór celu, jaka jest nasza obecna wiedza na temat obiektów Pasa Kuipera i samego celu - planetoidy Ultima Thule. Na koniec streszczamy jak wyglądać będzie operacja sondy w kluczowych godzinach bliskiego przelotu i czego możemy spodziewać się w najbliższych dniach.

Jak wyglądał wybór celu?

Zespół misji New Horizons jeszcze przed udanym przelotem obok Plutona rozpoczął poszukiwania dla następnego celu dla statku. Przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a 26 czerwca 2014 roku odkryto planetoidę, do której sonda mogła się zbliżyć dostatecznie blisko z użyciem pozostałego paliwa.

Obiekt ten nazwano 2014 MU69 i nadano numer katalogowy 485968.

Czym jest Pas Kuipera?

Ultima Thule jest jednym z ponad 3100 odkrytych obiektów w Pasie Kuipera.

Pas Kuipera to obszar Układu Słonecznego za orbitą Neptuna zawierający prawdopodobnie setki tysięcy planetoid o średnicach co najmniej kilkudziesięciu kilometrów. Jego nazwa honoruje duńsko-amerykańskiego astronoma Gerarda Kuipera, który przypuszczał istnienie strefy dużej ilości niewielkich ciał niebieskich za orbitą Neptuna już w latach 50.

Obiekty znajdujące się w Pasie Kuipera nazywamy Obiektami Pasa Kuipera (z ang. Kuiper Belt Object - KBO) lub też obiektami transneptunowymi. Prawdopodobnie większość krótkookresowych komet, odkrywanych podczas przelatywania w wewnętrznym Układzie Słonecznym pochodzi właśnie stamtąd.

Najbardziej znanym przedstawicielem Pasa Kuipera jest planeta karłowata Pluton, która mierzy 2377 km i do której dotarła sonda New Horizons w 2015 roku. Drugim największym obiektem jest Eris - odkryta w 2005 roku planeta karłowata ma niewiele mniej, bo 2326 km średnicy. Prawdopodobnie pozostaje jeszcze pewna liczba nieodkrytych obiektów o rozmiarach 1000-2000 km, większość Obiektów Pasa Kuipera to jednak znacznie mniejsze planetoidy.



Mapa znanych obiektów Pasa Kuipera (stan na 28 grudnia 2018). Jasnym niebieskim zaznaczono orbity planet. Czerwone punkty to obiekty głównego pasa w tym klasyczne zimne obiekty Pasa Kuipera, do których należy Ultima Thule. Źródło: Minor Planet Center.

Gdzie w Pasie Kuipera znajduje się Ultima Thule?

Poznaliśmy już wiele obiektów Pasa Kuipera, dlatego astronomowie wprowadzili ich klasyfikację ze względu na orbitę, na jakiej dany obiekt się znajduje. Charakterystyka orbity obiektu z wysokim prawdopodobieństwem wskazuje na jego pochodzenie i właściwości takie jak np. skład chemiczny.

Jedną z takich wydzielonych stref Pasa Kuipera jest strefa zimnych klasycznych obiektów, do której należy właśnie Ultima Thule. Jakiego rodzaju obiekty należą do tej grupy?

Termin zimne jest trochę nieintuicyjny. Nie bierze się bowiem z temperatury tych obiektów (tam wszystkie ciała niebieskie nie dostają dużo energii od Słońca), ale od jej orbity. Zimne klasyczne obiekty Pasa Kuipera cechują się niemal kołowymi orbitami i niskimi inklinacjami. To znaczy, że obiekty te nie zmieniają zbytnio odległości od Słońca wraz z obiegiem i leżą w podobnej płaszczyźnie, w której Ziemia okrąża Słońce.

Obiekty te są nazywane klasycznymi, bo leżą na orbitach o charakterystyce takiej jaką przewidywał Kuiper.

Klasyczne Zimne Obiekty Pasa Kuipera zajmują region pomiędzy 42 i 48 AU (jednostek astronomicznych - czyli średnich odległości Ziemi od Słońca). Nie ma tam dużych obiektów, takich powyżej 800 km średnicy, a obiekty te mają czerwonawy kolor.

Orbity, po których obiekty tej grupy krążą wskazują, że są to najbardziej pierwotne ciała niebieskie Układu Słonecznego. Planetoidy tej strefy nie były przesuwane przyciąganiem grawitacyjnym planet, uniknęły perturbacji związanych z migracją planet-olbrzymów i są swoistymi “kapsułami czasu” - obiektami powstałymi w początkach Układu Słonecznego, 4,6 mld lat temu i będącymi najodleglejszymi resztkami dysku protoplanetarnego, z którego powstały planety.

Duża część, bo około 30% obiektów Zimnego Klasycznego Pasa Kuipera to planetoidy podwójne. To wskazuje też na to, że ta grupa planetoid nie była rozdrabniana w wyniku kolizji w Układzie Słonecznym i jest najprawdopodobniej najlepiej zachowaną grupą obiektów wczesnego okresu Układu Słonecznego.



Pierwsza detekecja Ultima Thule przez instrument obrazujący LORRI na pokładzie sondy New Horizons. Fotografię wykonano 24 grudnia gdy sonda była około 10 mln km od planetoidy. Źródło: NASA/JHUAPL/SwRI.

Co już wiemy o samej Ultima Thule?

Ultima Thule ma około 30 km średnicy i jest planetoidą o bardzo nieregularnym kształcie. Wiele wskazuje na to, że jest to układ podwójny kontaktowy, czyli dwa obiekty stykające się ze sobą lub ciasny układ podwójny z planetoidami krążącymi w dużej bliskości wokół wspólnego środka ciężkości.

Planetoida ma czerwonawy kolor, prawdopodobnie z powodu działania przez miliardy lat promieni słonecznych na węglowodory występujące na jej powierzchni. Jej albedo, czyli zdolność odbijania promieni słonecznych ocenia się na 0,06-0,1, co jest niską wartością, gdy porównamy ją do albedo zmierzonemu małym satelitom Plutona: Nix (0,56) i Hydra (0,83).

Jak będzie wyglądał bliski przelot?

Jesteśmy teraz w zasadniczej fazie zbliżenia. W zasadzie wszystkie obserwacje naukowe sondy zostaną wykonane w czasie 2 dni wokół największego zbliżenia. Zbliżenie do Ultima Thule będzie technicznie dużo trudniejsze niż zbliżenie do Plutona wykonane przez sondę w 2015 roku. Ultima Thule jest znacznie mniejszym niż Pluton obiektem, ciemniejszym, odbijającym mniej światła. Przez to sonda przelatuje obok obiektu bliżej niż zrobiła to obok Plutona - to spowoduje dużo szybsze przemieszczenie się celu w polu widzenia - obrazy z sondy mogą być więc mniej wyraźne niż to było w przypadku przelotu obok Plutona.

W sobotę 29 grudnia sonda rozpocznie zbieranie danych naukowych. Na początku sonda wykona zdjęcia o długich ekspozycjach, w poszukiwaniu satelitów wokół planetoidy. Statek powinien też wykonać obroty mapujące środowisko plazmowe wokół siebie. Pod koniec dnia statek powinien zebrać dokładną kilkugodzinną fotometrię z obiektu - krzywe światła, które powiedzą jak jego jasność zmienia się wraz z nieznaną jeszcze rotacją. To dzięki tym danym dostaniemy pierwszą solidną informację o tym jak rotuje Ultima Thule - jak szybko i jak zorientowana jest jej oś obrotu. Również w sobotę powinny zostać zebrane pierwsze “kolorowe” dane z kamery MVIC - ich rozdzielczość przestrzenna będzie jednak bardzo niska (1 piksel na cały obiekt).

W niedzielę 30 grudnia sonda wykona podobne obserwacje co w dniu poprzednim. Dopiero wtedy obiekt zacznie rosnąć na matrycach optyki sondy. W sylwestra statek rozpocznie znów tego samego rodzaju obserwacje. Sonda po raz ostatni z Ziemią przed bliskim przelotem skomunikuje się o 15:47 czasu polskiego. Zespół misji otrzyma te dane o 21:55.

Wtedy też dostaniemy pierwsze fotografie o wielkości większej niż jeden piksel, ale nadal będzie to tylko parę pikseli - za mało, by ustalić nawet z grubsza kształt planetoidy.

Następnie sonda wykona intensywny kilkunastogodzinny program naukowy, podczas którego nie będzie marnować cennego czasu na kierowanie swych anten w stronę Ziemi.

Dopiero w Nowy Rok po 16:28 otrzymamy od statku informacje o jego stanie technicznym. Pierwsze dane naukowe z bliskiego przelotu zaczną spływać dopiero po 21:15. To będą pierwsze dane, które mogą trafić na okładki gazet. Dlatego też kierownik misji Alan Stern nazwał tę sesję komunikacyjną “New York Times”. Wśród tych danych dostaniemy fotografię planetoidy o szerokości co najmniej 100 pikseli.

2 stycznia o 2:55 zacznie spływać kolejna seria danych. Wśród nich mogą pojawić się większe fotografie planetoidy. Kolejna naukowa sesja komunikacyjna z Ziemią rozpocznie się o 17:44.

Sonda w czasie oddalania się po bliskim przelocie wykona jeszcze profilowanie otoczenia gazowego i pyłowego planetoidy. Później rozpocznie się mniej medialna faza misji, kiedy sonda przez 20 miesięcy będzie wysyłać wszystkie zebrane dane naukowe.

Oczywiście wszystkie najnowsze doniesienia z misji pojawią się na naszym portalu.



Trajektoria lotu sondy New Horizons. W lewym górnym rogu zbliżenie na obiekty Pasa Kuipera mijane w drodze do Ultima Thule. Źródło: NASA.

Co zbada sonda New Horizons?

Przelot sondy New Horizons obok Ultima Thule to wyjątkowa okazja eksploracji pierwotnej chemii mgławicy gwiezdnej Słońca, w początkach formowania się Układu Słonecznego. To też okazja, żeby więcej dowiedzieć się o naturze samych planetoid tej strefy Pasa Kuipera. Dane na temat składu chemicznego czy struktury powierzchniowej Ultima Thule powiedzą dużo o procesach w jakich formowały się te obiekty.

Głównymi celami naukowymi zbliżenia do Ultima Thule są:

ustalenie ogólnej geologii, morfologii i właściwości rotacyjnych planetoidy

stworzenie mapy składu powierzchni

poszukiwanie potencjalnych naturalnych satelitów lub pierścieni wokół planetoidy

scharakteryzowanie składu i ilości materiału uciekającego z planetoidy

scharakteryzowanie właściwości fizycznych powierzchni

ustalenie wielkości kraterów, częstości ich występowania i sposobu dystrybucji

ustalenie masy i gęstości planetoidy

ustalenie sposobów interakcji z wiatrem słonecznym



Na pokładzie sondy New Horizons znajdują się instrumenty do zdalnego obrazowania powierzchni Ultima Thule, pomiaru pól i cząstek w jej otoczeniu. Do badań geologicznych i składu powierzchniowego zostaną użyte urządzenia:

LORRI - do obrazowania panchromatycznego wysokiej rozdzielczości

LEISA - spektrometr bliskiej podczerwieni do map składu i temperatury powierzchni

MVIC - kamera wielospektralna do obrazowania barwnego



Nie wiemy jak dokładne obrazy planetoidy otrzymamy w wyniku przelotu. Oprócz niepewności pomiarowej wywołanej w dużej mierze dużą prędkością przelotu, do możliwego zmniejszenia rozdzielczości może przyczynić się rotacja i kształt obiektu. Nie wiemy jak będzie on zwrócony do kamer w momencie największego zbliżenia.

Spodziewamy się osiągnąć rozdzieczlości do 35m/px dla kamery czarno-białej LORRI i 135 m/px dla kamery barwnej MVIC. Zdjęcia z LORRI może cechować degradacja wynikająca z rozmycia w kierunku ruchu platformy obrazującej. Kolorowe zdjęcia z MVIC nie powinny mieć takiego efektu, choć nie jest to wykluczone.

Z pomiarów stereoskopowych (czyli "trójwymiarowych") naukowcy spodziewają się uzyskać topografię terenu z dokładnością do 300 m wysokości. To wszystko przy założeniu stosunkowo niskiej rotacji planetoidy.

Spektrometr LEISA powinien pozwolić wykryć obecność zestalonych substancji na powierzchni Ultima Thule, takich jak woda, metan, metanol, amoniak, czy hydraty amoniaku. Zdolności rozdzielcze spektrometrii ocenia się na 1,8 km/px.

Ultrafioletowy spektrograf Alice poszuka szczątkowej atmosfery wokół planetoidy. Środowisko pyłowe zostanie zbadane przez instrumenty obrazujące LORRI i MVIC. Całkowicie nieznane środowisko plazmowe wokół planetoidy zostanie zbadane przez instrumenty SWAP i PEPSSI.



Artystyczna wizja sondy New Horizons przelatującej obok Ultima Thule. Źródło: NASA/JHUAPL.

Jak śledzić przelot sondy New Horizons?

Wszystkie najważniejsze informacje dotyczące przelotu będziemy publikować na łamach naszego portalu. Dla tych, którzy chcą na żywo śledzić wszystkie wydarzenia związane z misja przygotowaliśmy rozpiskę (wszystkie czasy w polskiej strefie CET):

31 grudnia 5:56 - pierwsze dane przed przelotem, w tym fotografia Ultima Thule o wielkości 3-4 pikseli

31 grudnia 20:00 - konferencja prasowa NASA dotycząca misji

31 grudnia 21:55 - ostatnie dane przed przelotem, w tym fotografia Ultima Thule o wielkości 5-7 pikseli

1 stycznia 2:00 - dyskusja panelowa NASA nt. misji

1 stycznia 6:15 - transmisja NASA z symulacją największego zbliżenia sondy

1 stycznia 16:00 - transmisja NASA z odebrania sygnału od sondy

2 stycznia 0:35 - koniec odbioru pierwszej transmisji danych naukowych z bliskiego przelotu, w tym prawdopodobnie fotografii Ultima Thule o wielkości około 100 pikseli

2 stycznia 9:39 - koniec odbioru drugiej transmisji danych naukowych z bliskiego przelotu, być może też djęcia Ultima Thule o wielkości około 200 pikseli

2 stycznia 20:00 - konferencja NASA dot. wyników naukowych misji

3 stycznia 9:10 - koniec odbioru trzeciej transmisji danych naukowych z bliskiego przelotu

3 stycznia 20:00 - konferencja NASA dot. wyników misji



Wydarzenia związane z misją będą transmitowane przez telewizję NASA TV, dostępną w Internecie.

Opracowanie: Rafał Grabiański

Źródła:



Więcej informacji:



Na zdjęciu tytułowym: Koncepcja artystyczna planetoidy Ultima Thule. Źródło: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker