Nauka

Żelazne asteroidy mogą być warte fortunę - NASA zbada największą z nich

Karol Żebruń | Redaktor serwisu benchmark.pl
14 komentarzy Dyskutuj z nami

16 Psyche to nazwa jednej z większych asteroid w pasie pomiędzy Marsem a Jowiszem. To również obiekt, który wyróżnia się dużą gęstością, a zawdzięcza ją dużej zawartości metali, w tym żelaza i niklu. W 2026 dotrze do niej sonda NASA wystrzelona w kosmos przez SpaceX.

Pomysł, by eksploatować asteroidy składające się z metali nie jest już nowy, ale zwykle bywa tak, że po chwili entuzjazmu, który wiąże się z perspektywami dużych zysków, przychodzi chwila zadumy, gdy dociera do nas, że nie będzie to łatwe zadanie.

Te światy, wcale nie tak dalekie w kosmicznej skali odległości, warto też zbadać naukowo, by poznać ich genezę (przypuszcza się, że Psyche może być odsłoniętym jądrem, albo jego fragmentem, nieuformowanej w początkach Układu Słonecznego planety), dokładną budowę wewnętrzną i te cechy, które odróżniają rzadko występujące metaliczne asteroidy od dużo powszechniejszych asteroid skalistych i skalisto-lodowych.

Bardzo intrygująca metaliczna asteroida z pasa pomiędzy Marsem i Jowiszem

Najciekawszym z takich obiektów jest 16 Psyche, która przypomina swoim składem ziemskie jądro, z tą różnicą, że nie jest obecnie tak rozgrzanym jak wnętrze naszej planety obiektem. Psyche zbudowana jest z mieszanki metali i piroksenu, z przewagą żelaza i niklu. Średnia gęstość tej planetoidy wynosi wedle ostatnich szacunków około 4,2 g/cm3. Na jej powierzchni może znajdować się także lód, ale jako wtórnie przyniesiony przez mniejsze asteroidy, które rozbiły się na powierzchni Psyche.

Psyche sonda
Wizualizacja sondy, która zbada asteroidę 16 Psyche w drugiej połowie tej dekady

Psyche odkryto w 1852 roku jednak nie ze względu na jej własności (choć dziś już wiemy, że potrafi zakłócać ruch okolicznych obiektów), a duży jak na obiekt pasa rozmiar. Psyche jest nieregularną bryłą, być może przypominająca kawał skały wyrzuconej podczas erupcji wulkanu. Jej wymiary to 279 x 232 x 189 kilometrów. Choć nie dostrzeżemy jej gołym okiem, to z pomocą niewielkiej lunety obserwacje powinny być już możliwe.

16 Psyche obiega Słońce w ciągu około 5 lat, za to obrót wokół własnej osi zajmuje jej nieco ponad 4 godziny

Obecnie Psyche znajduje się daleko od Ziemi (432 miliony kilometrów), a jej jasność wynosi około 11,5 magnitudo. W momentach, gdy jest najbliżej Ziemi jasność rośnie do nawet 9,5 magnitudo. Tak było pod koniec ubiegłego roku. Kolejne maksimum jasności Psyche osiągnie w marcu 2022 roku, ale dopiero w czerwcu 2024 roku będzie znowu tak jasna jak pod koniec 2020 roku. Z kolei w zakresie fal radiowych, ze względu na budowę, 16 Psyche jest najsilniej odbijającym sygnał radarowy obiektem pasa asteroid

Poznanie asteroidy 16 Psyche z bliższej perspektywy przyczyni się do rozwoju nauk związanych z ewolucją układów planetarnych

Nawet po nastaniu ery nowoczesnej astronomii nie od razu 16 Psyche traktowano jako obiekt o charakterze metalicznym. Wcześniej klasyfikowano ją tak jak inne skaliste obiekty. Dziś, między innymi dzięki obserwacjom przez teleskop Hubble’a, mamy prawie pewność, że żelazo stanowi jeden z głównych jej budulców.

Ile warta jest 16 Psyche?

Takie pytanie pojawi się prędzej czy później w przypadku kosmicznych obiektów, które traktujemy jak cenne źródło surowców. Choć żelazo i nikiel mogą stanowić główny budulec asteroidy Psyche, to powinniśmy na niej znaleźć także nieprzebrane zasoby metali ziem rzadkich. A te jak wiadomo są kluczowym surowcem dla branży elektronicznej.

Wizja 16 Psyche

Niektórzy mówią, że zasoby 16 Psyche warte są 10 trylionów dolarów. To szacunki zakładające bezpośrednie przeliczenie masy asteroidy, która wedle najlepszych szacunków wynosi 24 tryliony kilogramów, na odpowiadającą jej wartościowo ilość żelaza na Ziemi. A trzeba pamiętać, że nie ma obecnie żadnej możliwości, by całą asteroidę przetransportować na Ziemię, poza tym dostęp do takiej ilości żelaza i innych metali na pewno zachwiałaby światową ekonomią, w efekcie dewaluując znacząco wartość surowców.

Mimo to, zasoby 16 Psyche są i tak bardzo wartościowe. Nie tylko dla, istniejącej wciąż w teorii, kosmicznej branży wydobywczej, ale też nauki. I to przedstawiciele tej ostatniej mają obecnie szanse zyskać najwięcej dzięki tej asteroidzie. Poprzez jej obserwacje z bliska.

W 2022 roku SpaceX wyniesie na orbitę sondę Psyche

Projekt badań asteroidy 16 Psyche zainicjowano w 2014 roku. W ubiegłym roku SpaceX wygrało kontrakt na wystrzelenie sondy w sierpniu 2022 roku. Czasu pozostało niewiele, dlatego budowa pojazdu wkroczyła w fazę integracji wszystkich instrumentów i elementów konstrukcyjnych w obudowie sondy z już zainstalowanym systemem napędowym.

Sonda wykorzysta silnik jonowy (wersja z pędnikami Halla) i panele słoneczne tworzące razem napęd SEP (Solar Electric Propulsion), a także asystę grawitacyjną od Marsa w 2023 roku.

Instalacja silnik Psyche
Instalacja modułu napędowego

Do asteroidy sonda dotrze w 2026 roku i wtedy rozpocznie się ponad 21-miesięczna misja badawcza. Jej cele to między innymi:

  • określenie charakteru asteroidy, czy jest to fragment niegdyś roztopionego jądra czy jednak nie,
  • określenie jak duże są podobieństwa Psyche do ziemskiego jądra,
  • ocena faktycznego wieku Psyche, stworzenie map powierzchni.

Sonda Psyche wyposażona będzie w magnetometr, instrument do badań pola grawitacyjnego, spektrometr neutronów i promieniowania gamma oraz kamerę o szerokim zakresie spektralnym obrazowania.

Psyche laboratorium
Instalacja szkieletu sondy z silnikiem na specjalnym montażu integracyjnym - pozwala on obracanie sondą tak by pracownicy mieli jak najwygodniejszy dostęp do każdego zakamarka obudowy

Sonda Psyche przetestuje laserowy system komunikacji

Badania arcyciekawej asteroidy są też okazją do wypróbowania oryginalnego systemu komunikacji. Obecnie dalekie misje, tak jak te marsjańskie, do przesyłania danych wykorzystują komunikację na falach radiowych. Dane można jednak przesyłać także za pomocą impulsów światła laserowego. I to właśnie taki system optycznej komunikacji DSOC (Deep Space Optical Communication), oprócz tradycyjnej anteny, znajdzie się na pokładzie sondy.

Ciekawostka - gęstość planet i innych obiektów w Układzie Słonecznym

Gęstość to jeden tych z parametrów fizycznych, które poznajemy szybko na początku naszej szkolnej przygody z fizyką. To parametr niezależny od siły ciążenia, w przeciwieństwie do ciężaru.

Mówiąc o gęstości ciał na Ziemi mamy na myśli standardowe warunki, czyli temperaturę około 20 stopni Celsjusza i ciśnienie jednej atmosfery. W przypadku ciał niebieskich gęstość jest parametrem obliczonym dla warunków panujących w danym obiekcie. Jest to wartość średnia. W przypadku planet gazowych, dysproporcja pomiędzy gęstością warstw zewnętrznych a wnętrza jest bardzo duża. W przypadku planet skalnych, jak Ziemia, różnica ta jest mniejsza. Średnia gęstość dość dobrze określa jak bardzo zwarty jest dany obiekt.

Dobrym punktem odniesienia dla porównań jest gęstość wody, którą określa się na około 1 gram na centymetr sześcienny. Czysta woda ma trochę mniejszą gęstość, zasolona większą. Z kolei średnia gęstość ludzkiego ciała jest minimalnie mniejsza niż gęstość wody.

Wnetrze Ziemia Mars Księżyc
Budowa wewnętrzna planet i księżyców może być odmienna. To wpływa na różną ich średnią gęstość, nawet jeśli należą one do tego samego typu obiektów. Na obrazku Ziemia, Mars i Księżyc

Skorupa Ziemska ma gęstość około 2,8 g/cm3, jądro Ziemi zależnie od głębokości ma od 9 do kilkunastu g/cm3. To więcej niż gęstość żelaza, która wynosi 7,9 g/cm3, ale też we wnętrzu Ziemi panuje znacznie większe ciśnienie. Średnia gęstość naszej planety to około 5,51 g/cm3. Pozostałe planety w Układzie Słonecznym mają następującą średnią gęstość:

  • Merkury - 5,43 g/cm3,
  • Wenus - 5,24 g/cm3 (podobnie jak Ziemia ma podobną budowę wewnętrzną),
  • Księżyc - 3,34 g/cm3 
  • Mars - 3,93 g/cm3 (gęstość jest mniejsza niż w przypadku Ziemi, ze względu na inną budowę wewnętrzną),
  • Jowisz - 1,33 g/cm3,
  • Saturn - 0,69 g/cm3 (często mówi się, że planeta z pierścieniami ma średnią gęstość mniejszą niż woda),
  • Uran - 1,27 g/cm3,
  • Neptun - 1,64 g/cm3.

Lodowe globy mają z kolei gęstość mniejszą niż tylko skaliste obiekty, choć nie mają grubej otoczki jak gazowe planety. Średnia gęstość Plutona to 1,88 g/cm3, a Charona 1,71 g/cm3. Szacunki dla innych dalszych planet karłowatych obarczone są sporymi błędami ze względu na niepewność co do ich rozmiaru. 16 Psyche to jedna z najgęstszych asteroid w pasie pomiędzy Marsem i Jowiszem. Te bardziej nam znane jak Ceres, Pallas, Westa czy Eros mają mniejszą gęstość. Ale też jest ona zróżnicowana - średnio to od 2 do 3,5 g/cm3.

Na koniec dla porównania jeszcze jedna informacja. Ziemskie powietrze nie jest bez masowe, choć tak nam może się wydawać. W praktyce sześcian powietrza o boku jednego metra waży aż 1,2 kilograma. Oznacza to, że gęstość powietrza wynosi 0,0012 g/cm3 czyli jest około 575 razy mniejsza niż średnia gęstość Saturna.

Sonda Psyche to jedna z misji programu NASA Discovery. Znasz inne?

Psyche nie jest jedynym projektem, który w najbliższej przyszłości zakłada podróż do pasa asteroid. Inną, nie mniej ciekawą misją jest Lucy. To z kolei pomysł na zbadanie asteroid Trojanskich, czyli ciał niebieskich obiegających Słońce po orbicie takiej jak Jowisz stale znajdując się przed, albo za tym gazowym gigantem w mniej więcej tej samej odległości. Dzieje się tak, ze względu na uwięzienie tych asteroid w grawitacyjnej pułapce (tak zwane punkty libracji L4 i L5) stworzonej przez układ Jowisz-Słońce. Start Lucy zaplanowany jest na jesień tego roku.

Trajektoria Lucy
Trajektoria Lucy misji zaplanowanej na wiele lat. Ostatecznie sonda ma podróżować pomiędzy oboma grupami Trojańczyków z okresem sześciu lat (fot: Southwest Research Institute)

Inne misje programu NASA Discovery to InSight, a także wciąż aktywny pomimo 12 lat na orbicie, Lunar Recoinassance Orbiter. Na 2024 rok zaplanowano jeszcze misję MEGANE, która ma skoncentrować się na badaniu księżyców Marsa.

W przeszłości w ramach programu NASA Discovery realizowano takie projekty jak Messenger (obserwacje Merkurego), Deep Impact (obserwacje komet), Dawn (badania asteroid Ceres i Westy) czy Kepler (poszukiwanie planet pozasłonecznych).

Źródło: NASA JPL, inf. własna

Czytaj więcej na temat eksploracji Układu Słonecznego:

Komentarze

14
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Dodaj
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    Euukaliptus
    Bardzo pouczający merytoryczny materiał, który czytał się jak najnowsze newsy podczas dużych premier technologicznych. Oby taki kontent miał tu dalej swój skromny kont :)
    Czy tylko ja podczas czytania cały czas w tle głowy miałem the Expanse ? (Pas, Eros, Psyche, mars, wydobywanie surowców w pasie xD )
    9
  • avatar
    Andrettoni
    Potencjalnie złoża ropy w Arabii Saudyjskiej są dużo warte, ale ja na nich nie zarobię. Budowa armii, podbicie Arabii Saudyjskiej i sprowadzenie tej ropy byłyby droższe od zysków. Niestety, ale asteroidy trzeba najpierw podbić i przywieźć z nich surowiec na Ziemię Przy okazji należy nie uszkodzić Ziemi, np. trafiając w nią taką asteroidą. Przypominam, że lecąca sonda może przelecieć z dużą prędkością, a statek wydobywczy musiałby zahamować i przyspieszyć wracając. Warto porównać koszt wysłania satelity z "przyniesionym urobkiem" - wyjdzie sporo na minusie. Ekonomia polega na tym by było na plusie. Sadzimy ziemniak i zbieramy pięć - dobrze. Sadzimy pięć ziemniaków i zbieramy jeden - źle. Na razie cała nasza eksploracja to wydawanie miliona ziemniaków w zamian za wiedzę. Nie ma metody by przywieźć cokolwiek choćby z Księżyca i na tym zarobić.
    2
  • avatar
    Lukasxxz
    Ciekawe czy Merkury mógłby być w przyszłości planetą górniczą. Nie znam się ale wysoka gęstość chyba może wskazywać na zasobność metali.
    1
  • avatar
    Kapitan Nocz
    jak widać wyścig o dominację w pozyskiwaniu surowców z kosmosu rozkręca się na dobre. Chińczycy eksplorują ciemną stronę księżyca, NASA została w tym przypadku w tyle, ale za to wysyła sondy na Marsa i asteroidy. Polska zaczyna odchodzić od węgla !!
    -1
  • avatar
    Dexterr
    Kurde.. jak nie ma tam węgla to Morawiecki nie wyśle tam rakiety bo to nie będzie zgodne ze strategią rozwoju naszego kraju.
    -2
  • avatar
    Ahura
    Leciałbym kopać jakby jutra miało nie być
  • avatar
    piomiq
    Bardzo dobry artykuł Dużo informacji podanych w przystępnej formie.
  • avatar
    zenek111
    Niby materiał pouczający, ale jakoś nie ma w nim ze choćby asteroida była z najczystszej platyny to nie opłaca sie na nią lecieć i jej "kopać" bo po prostu loty w kosmos są znacznie droższe niż platyna i zawsze będą :)
  • avatar
    musslik
    Ja się nie mogę doczekać kiedy zaczną "importować" z kosmosu, sprawi to że absurdalnie dziś drogie technologie trafią pod strzechy