Jak odepchnąć planetoidę? Radar z polskimi antenami pomoże zrozumieć kosmiczny test

Zderzenie z sondą może zmienić tor lotu planetoidy i pomóc uchronić Ziemię przed katastrofą. Pierwsza próba się udała, ale jej skutki wciąż kryją zagadki. Radar JuRa z antenami wykonanymi w Polsce ma zajrzeć do wnętrza uderzonego obiektu i pomóc wyjaśnić, od czego zależy skuteczność takiej obrony.

Gdyby planetoidę grożącą zderzeniem z Ziemią odkryto z odpowiednio dużym wyprzedzeniem, można byłoby spróbować zmienić jej orbitę przez uderzenie sondy. Potrzeba czasu na przygotowanie misji, dotarcie do celu i uzyskanie dostatecznego odchylenia. Nawet niewielka zmiana prędkości, nadana wiele lat wcześniej, mogłaby sprawić, że planetoida minęłaby Ziemię. Misja DART amerykańskiej agencji NASA miała sprawdzić najważniejszy element tego pomysłu: czy uderzenie statku kosmicznego rzeczywiście pozwala zmienić ruch takiego obiektu.

Jej celem był Dimorphos, planetoida o średnicy około 150 metrów, obiegająca większego Didymosa. Żaden z tych obiektów nie zagraża Ziemi. Tworzą za to dogodny układ do eksperymentu: z naszej planety można obserwować, jak długo mały towarzysz okrąża większe ciało, i sprawdzić, czy po uderzeniu ten czas się zmienił.

26 września 2022 roku DART rozbił się o Dimorphosa z prędkością około sześciu kilometrów na sekundę. Próba zadziałała. Czas obiegu skrócił się o około 33 minuty z blisko 12 godzin. Po raz pierwszy celowe uderzenie sondy zmieniło w mierzalny sposób orbitę planetoidy.

Naukowcy zastanawiaj się, czy ten sukces pozwala uznać, że jesteśmy w stanie odchylić orbitę dowolnego obiektu. Planetoida może być zlepkiem głazów, między którymi znajdują się pustki i drobny gruz. Taka konstrukcja reaguje na zderzenie inaczej niż lita skała. Znaczenie ma również materiał wyrzucony w przestrzeń: jego odrzut dodatkowo zmienia ruch trafionego ciała, podobnie jak wyrzut gazów napędza rakietę.

Ostatnie zdjęcia DART pokazały głazy na powierzchni Dimorphosa. Kamera nie mogła ujawnić, co kryje się pod nimi. Nie wiadomo więc, czy wnętrze jest luźne i pełne pustek, czy szczeliny wypełnia drobny materiał. Bez tej wiedzy trudno wyjaśnić skutki zderzenia i przewidzieć wynik podobnej próby z inną planetoidą.

Dlatego za amerykańskim eksperymentem podąża europejska misja Hera, wystrzelona w październiku 2024 roku. Ma zbadać oba obiekty i skutki uderzenia. Wiezie też niewielkiego satelitę Juventas, który po oddzieleniu od sondy rozpocznie własne obserwacje. Na jego pokładzie znajduje się radar JuRa, przeznaczony do pierwszego bezpośredniego radarowego sondowania wnętrza planetoidy.

Międzynarodowy zespół opisał instrument i plan badań w „Space Science Reviews”. JuRa będzie wysyłać fale radiowe, które częściowo przenikną pod powierzchnię planetoidy. Ich odbicia od skalnych bloków i granic pustych przestrzeni powrócą do odbiornika. Czas nadejścia oraz właściwości sygnałów dostarczą informacji o ukrytych strukturach.

Jedno takie „nasłuchiwanie” nie wystarczy, bo echa z różnych miejsc nakładają się na siebie. Dopiero pomiary z wielu położeń satelity, połączone obliczeniowo, mają pozwolić odtworzyć przestrzenny obraz wnętrza. Przypomina to zasadę tomografii medycznej, choć zamiast promieniowania rentgenowskiego wykorzystuje fale radiowe.

Badacze przewidują sondowanie na głębokość rzędu stu metrów lub większą, z rozdzielczością przestrzenną około 10–15 metrów. Przy korzystnych warunkach sygnał mógłby przeniknąć przez całego Dimorphosa. Nie jest to pewne: bloki i pustki mogą tak silnie rozpraszać fale, że głębsze struktury pozostaną niewidoczne. Możliwości radaru zależą więc od budowy, którą ma dopiero rozpoznać.

Cztery rozkładane ramiona antenowe JuRa wykonała warszawska firma Astronika. Każde ma około 1,3 metra długości. Podczas podróży pozostają zwinięte i rozwiną się dopiero po uwolnieniu Juventasa. Mechanizmy umożliwiają też ich ponowne schowanie przed planowanym lądowaniem satelity na Dimorphosie. Wśród współautorów badań są Włodek Kofman, związany z Centrum Badań Kosmicznych PAN, i Dominik Nolbert z Astroniki.

Pomiary radarowe zaplanowano na początek 2027 roku. Zestawione z innymi obserwacjami Hery mają pomóc odtworzyć reakcję Dimorphosa na zderzenie. Dzięki temu przyszłą misję obronną będzie można projektować na podstawie sprawdzonych modeli, uwzględniających to, co kosmiczna skała kryje pod powierzchnią. (PAP)

kmp/ agt/