Küldetés a legnagyobb kisbolygókhoz

Már több kisbolygót is meglátogattak űreszközök, sőt az Eros felszínére a NEAR űrszonda le is ereszkedett. A kisbolygóöv legnagyobb és talán legérdekesebb objektumai azonban eddig kimaradtak a részletes vizsgálatokból. Ezt hivatott pótolni az amerikai Dawn küldetés, amely legkorábban július 7-én veheti kezdetét. A Ceres és a Vesta részletes vizsgálata bepillantást nyújthat a kisbolygók fejlődéstörténetébe, ezzel pedig a Naprendszer keletkezési viszonyaiba.

A NASA által tervezett Dawn űrszonda sorsa sokáig kérdéses volt. Elsőként 2003 decemberében merült fel, hogy törlik a programot, de 2004 februárjában mégis a megvalósítás mellett döntöttek. 2005 októberében átmenetileg szüneteltették az előkészületeket, majd 2006. március 2-án bejelentették, hogy törlik a tervet. Ám nem sokkal később, ugyenezen hónap 27-én már arról számoltak be, hogy mégis megvalósul a 449 millió dolláros küldetés, méghozzá a NASA Discovery programjának nyolcadik epizódjaként. A Dawn célja a Mars és a Jupiter közötti kisbolygóöv két legnagyobb objektuma, a Ceres és a Vesta tanulmányozása (igaz, a Vesta és a Pallas majdnem egyforma méretűek, ezért a méretbeli sorrend nem egyértelmű).

A legnagyobb kisbolygó

A Ceres viszont biztosan a legnagyobb kisbolygó: az egész kisbolygóöv tömegének közel a fele koncentrálódik benne. Alakja enyhén lapult, egyenlítői sugara 479 km, sarki sugara 453 km lehet. Átlagos sűrtűsége 2,7 g/cm³ körüli. Számos dolgot nem tudunk még róla: nem tudjuk például, milyen formában fordul elő rajta a víz. Az is elképzelhető, hogy vízjégsapkája van a sarkoktól kb. 45 fokos szélességig - egyes megfigyelések alapján ugyanis északi féltekéjéről OH^- gyökök távoznak az űrbe.

Az eddigi észlelések alapján a Ceres tengelyforgásával kapcsolatban 0,04 magnitúdó amplitúdójú fényességváltozás jelentkezik, ami nem alakjának szabálytalanságai, hanem sokkal inkább a felszín fényvisszaverő képességének (albedo) átlagosan 0,07 körüli területi változásaitól származik. A színképében 3 mikrométer körül mutatkozó elnyelési sáv feltehetőleg hidratált agyagoktól származik, amelyek mellett akár karbonátos ásványok is előfordulhatnak a felszínen. A belsejében feltételezett tiszta vízjég pedig néhány méter vastag felszíni borítás alatt akár 4,5 milliárd éven keresztül is megmaradhatott.

Néhány kisbolygó mérretarányos képe, balról jobbra: Gaspra, Eros, Ida, Vesta, Ceres; alul a Szaturnusz Titan holdjának íve látható (Keck Observatory, C. Dumas, NASA-JPL)

A közel 500 km átmérőjű Vesta egy erősen átalakult kisbolygó, amelynek felszínét vulkáni eredetű bazalt borítja. Vasban gazdag vulkáni anyaga akár ősi mágneses nyomokat is hordozhat - ha esetleg volt mágneses tere a kialakulása után.

A két égitest részletes vizsgálata bepillantást nyújthat a kisbolygók fejlődéstörténetébe, ezzel pedig a Naprendszer keletkezési viszonyaiba. A programban kiemelt szerepet kap annak vizsgálata, hogy miként fordul elő a víz a kisbolygókban, és milyen szerepet töltött be fejlődésükben. Míg ebből az anyagból a Ceresben bőséggel található, a Vesta kifejezetten száraznak mondható.

Az űrszonda jellemzői

A Dawn űrszonda teljesen feltöltött állapotban 1240 kg tömegű, ennek közel harmadát teszi ki az üzemanyag. Meghajtását elsősorban ionhajtómű biztosítja (jobbra), amely összesen 450 kg-nyi xenongázt használhat el. Maximálisan 90 mN tolóerő kifejtésére képes. Energiával a 10 kW-ot termelő, együttesen 19,7 méter hosszú napelemek látják el. Térbeli helyzetének stabilizálásához 12 darab, egyenként 0,9 N tolóerejű, összesen 45 kg-nyi hidrazint felhasználó kémiai korrekciós hajtóművét használja. A helyzetstabilizálást leszámítva az út során az összes pályaváltoztatáshoz az ionhajtóművet használják.

A szonda három legfontosabb detektora:

• GRaND (gamma ray and neutron detector, gammasugár és neutrondetektor): a felszín anyagi összetételének megállapításában segít, a legfontosabb kőzetalkotó, radioaktív és illékony elemek eloszlását vizsgálja. A Lunar Prospector és a Mars Odyssey hasonló műszereinek továbbfejlesztett változata. Főleg a kálium, tórium és urán eloszlását térképezi, emellett a neutronok mérése segítéségével a felszínközeli vízjég előfordulását vizsgálja.
• VIR (visual and infrared imaging spectrometer, vizuális és infravörös képalkotó spektrométer): a 14 kg-os detektor a 0,25 és 5 mikrométer közötti tartományban üzemel. Részben a Rosetta űrszonda VIRTIS, illetve a Cassini űrszonda VIMS műszereiből fejlesztették ki. A GraND műszerrel együttesen képes többek közt a szén, az oxigén, a nitrogén, a vas, a titán, a klór, a gadolínium és a szamárium eloszlását megállapítani.
• FC (Framing camera, képfelvevő kamera): a főként német közreműködéssel készített kamera egy 150 mm fókuszú tükrös teleszkópból és egy CCD-detektorból áll. Az általános képrögzítés mellett hat szűrőjével képes néhány ásvány eloszlását is vizsgálni.

Útvonal a kisbolygókhoz

A Dawn űrszondát háromfokozatú Delta II-es hordozórakéta indítja a Földről. A start pontos időpontjától függően 2009 márciusa környékén egy hintamanővert hajt végre az űeszköz, miközben kb. 500 km-rel halad el a Mars mellett, majd 2011 szeptemberében jut el a Vestához. Az érkezés nagyon kis sebességkülönbséggel történik, ekkor szinte azonos pályán fog haladni a kisbolygóval. A megfigyelések a találkozó előtt kb. 3 hónappal kezdődnek. A kisbolygó felszínétől eleinte kb. 15 ezer km-el lesz az űreszköz, majd a távolságot 2700, 950 és 670 km közelébe csökkentik. Legjobban 180 km-re közelíti meg a Vesta felszínét, itt 4 óra lesz a keringési idő.

A küldetés tervezett menetrendje (NASA)

2012 áprilisa környékén elhagyja a Vestát, és elindul a Ceres felé, amelyet 2015 februárjától vizsgál. Itt szintén fokozatosan csökkentik a keringési távolságot, a fő állomások 5900, 1300 és 690 km-re lesznek a felszíntől, végül esetleg még közelebbi pályával is próbálkoznak. A szonda leszállni nem képes a Ceresre, annak gravitációs tere ugyanis túl erős, és a szükséges fékezésre a hajtómű nem képes. A Ceresnél legalább 5 hónapot tölt a Dawn, így a küldetés a jelenlegi tervek alapján 2015 júliusáig tart.

Várható eredmények

A Dawn feltérképezi mindkét kisbolygó felszínét, vizsgálja összetételüket, pályaváltoztatásai alapján pedig az égitestek tömegére, sűrűségére és közelítő belső szerkezetére, valamint forgási jellemzőikre is következtetni lehet majd. A kráterezettség alapján a felszín kora és fejlődéstörténete vizsgálható, emellett a víz szerepe is tanulmányozható. Az egyik legérdekesebb kérdés, amire választ várunk, hogy a nagyobb Ceres miért maradt inaktív, miközben a kisebb Vesta felszínét vulkáni bazalt borítja.

A közeli vizsgálat egyes földi meteoritokkal kapcsolatban is nyújthat új ismereteket. A Vesta lehet ugyanis a szülőégiteste az ún. HED-meteoritoknak, melyek neve a howardit, diogenit és eukrit típusok kezdőbetűiből származik. A Vestáról érkezett meteoritokról eddig csak annyit sikerült megállapítani, hogy az elmúlt 50 millió évben legalább 5 alkalommal repültek ki ilyen szemcsék a kisbolygóról. Emellett a Vesta anyaga viszonylag rövid idő, 3-10 millió év alatt állhatott össze, míg ugyanez az időtartam a Mars és a Föld esetében körülbelül 50-30 millió év lehetett. Ezzel ellentétben a Ceresnek eddig nem találták még a meteorit-megfelelőit.

Fantáziarajz a Dawn küldetéséről, előtérben az ionhajtóművét használó szondával, a háttérben a kisbolygóövvel. Utóbbi az alkotó (William K. Hartmann) fantáziájában a bolygórendszer kialakulásának periódusát idézi, amikor még sok heves ütközés zajlott. Balra a Vesta, jobbra pedig a Ceres látható. A kép nagyméretű változatának letöltése (William K. Hartmann, UCLA)

A Dawn indulására legkorábban 2007. július 7-én kerülhet sor. A start előtti héten kisebb problémák merültek fel: egyrészt az a hajó, amely az emelkedő rakétát a tengerről figyelemmel kísérte volna, műszaki gondokkal küzd a Csendes-óceánon, így feltehetőleg egy repülőgépről fogják követni a startot. Emellett a hordozórakéta hajtóművénél is fellépett kisebb műszaki nehézség. A mérnököknek még az is okoz némi fejtörést, hogy az előkészületek során az egyik napelemtábla enyhén megsérült - bár ez nem veszélyezteti az egész küldetést. A szondát július elején mindenképpen indítani akarják, halasztás esetén ugyanis szeptemberre csúszhat a start. Ez pedig a Phoenix Mars-szondának jelent gondot - két ilyen űreszköz együttes előkészítése komoly nehézségeket okozna a floridai űrkikötőnek. Ha pedig a Phoenix nem indulhat augusztus 3-a és 25-e között, akkor két évet várni kell a következő lehetőségig.

Kereszturi Ákos - Simon Tamás