Exploration สรุปทุกข้อมูล ยาน Lucy ภารกิจสำรวจดาวเคราะห์น้อยโทรจัน ในจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัส
สรุปทุกข้อมูล ยาน Lucy ภารกิจสำรวจดาวเคราะห์น้อยโทรจัน ในจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัส

Chottiwatt Jittprasong

สรุปทุกข้อมูล ยาน Lucy ภารกิจสำรวจดาวเคราะห์น้อยโทรจัน ในจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัส

August 15, 2020

Lucy จะเป็นภารกิจแรกที่ไปสำรวจดาวเคราะห์น้อยเรียกว่า “โทรจัน” ของดาวพฤหัสบดีซึ่งตั้งอยู่ในจุดที่มีความเสถียรสูงมากเรียกว่าจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัสบดีซึ่งวัตถุในแถบนี้ ไม่เคยมียานลำไหนได้ไปสำรวจมาก่อน จึงทำให้ภารกิจ Lucy จะเป็นภารกิจแรกที่ได้ไปเยือนจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัสบดี ซึ่งที่นั่น เราอาจพบซากดึกดำบรรพ์ของระบบสุริยะของเราที่เราไม่เคยพบเห็นมาก่อนและอาจช่วยไขปริศนาว่าระบบสุริยะเกิดขึ้นมาได้อย่างไร

ยาน Lucy ที่กำลังจะไปเยือนถิ่นที่ไม่เคยมีใครไปมาก่อน

ภารกิจ Lucy เริ่มต้นขึ้นในวันที่ 4 มกราคม 2017 เมื่อ Lucy พร้อมกับอีกภารกิจชื่อว่า Psyche ได้รับเลือกโดย Discovery Program ของ NASA สำหรับพัฒนายานและปล่อยยาน โดย Lucy จะถูกปล่อยไปกับจรวด Atlas V401 ของ United Launch Alliance จากฐานปล่อยแหลมคานาเวอรัล (SLC-41)

ยาน Lucy เป็นโพรบของ NASA มีชื่อเรียกอีกชื่อว่า Discovery # 13 ดูแลโดย NASA Goddard Space Flight Center SwRI และพัฒนาโดย Lockheed Martin ตัวยานมีความยาวจากหัวจดปลายที่ 13 เมตร ไม่รวมแผงโซลาร์เซลล์ขนาดข้างละ 6 เมตร ยาน Lucy มีอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด 4 ชิ้น คือ L’Ralph, L’LORRI, L’TES, และ High Gain Antenna + T2CAM

ภาพจำลองส่วนประกอบของยาน Lucy – ที่มา Southwest Research Institute

L’Ralph

L’Ralph เป็นชื่อเรียกของ Multi-spectral Visible Imaging Camera (MVIC) และ Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA) ซึ่ง LEISA จะถูกใช้ในการตรวจจับการดูดซับของแสงเพื่อหาร่องรอยของธาตุต่าง ๆ ซึ่งอาจจะเป็น ซิลิเกต น้ำแข็ง หรือแม้แต่สารอินทรีย์ซึ่งอาจอยู่บนผิวของดาวเคราะห์น้อย ส่วน MVIC จะทำหน้าที่ถ่ายรูปสีของดาวเคราะห์น้อยเพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์พื้นผิวของมันได้ โดย L’Ralph นั้นถูกถอดแบบมาจาก Ralph บนยาน New Horizons

Ralph ของยาน New Horizons – ที่มา NASA

L’LORRI

L’LORRI ย่อมาจาก Long Range Reconnaissance Imager เป็นกล้องถ่ายรูปความละเอียดสูงในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้ ใช้สำหรับถ่ายรูปพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยแบบละเอียด โดย L’LORRI นั้นถูกถอดแบบมาจาก LORRI บนยาน New Horizons เช่นกัน แต่ L’LORRI จะถูกพัฒนาโดย APL (แล็บเดียวกับที่สร้างยาน DART)

L’ Long Range Reconnaissance Imager – ที่มา Southwest Research Institute

L’TES

L’TES ย่อมาจาก Thermal Infrared Spectrometer ซึ่งถอดแบบมาจากอุปกรณ์คล้าย ๆ อุปกรณ์ OTES บนยาน OSIRIS-REx ซึ่งใช้ในการวัดอุณหภูมิด้วยแสงอินฟราเรด เพื่อวิเคราะห์ส่วนประกอบและโครงสร้างของดาวเคราะห์น้อย

L’ Thermal Infrared Spectrometer – ที่มา Southwest Research Institute

High-Gain Antenna

High-Gain Antenna นั้นเป็นจานดาวเทียมที่ใช้สำหรับสื่อสารกับโลกผ่าน Deep Space Network (DSN) แต่นอกจากสื่อสารแล้ว มันยังสามารถใช้วิเคราะห์มวลของดาวเคราะห์ได้ด้วยการใช้ปรากฏการณ์ Doppler Shift โดยการยิงสัญญาณลงไปที่ดาวเคราะห์น้อยแล้วรอรับสัญญาณที่สะท้อนกลับมา ซึ่งลักษณะของสัญญาณที่สะท้อนกลับมาสามารถนำมาวิเคราะห์มวลของดาวเคราะห์น้อยได้ นอกจากนี้กล้อง T2CAM (Terminal Tracking Camera) ซึ่งใช้ในการนำทางยังสามารถนำมาใช้ถ่ายรูปมุมกว้างของดาวเคราะห์น้อยได้อีกด้วย

ภาพจำลองของยาน Lucy พร้อมกับดาวเคราะห์น้อยในฉากหน้าและดาวพฤหัสบดีในฉากหลัง – ที่มา NASA

เป้าหมายของภารกิจ Lucy

ภารกิจของ Lucy คือ ทำ Fly-by ดาวเคราะห์น้อยในจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัสบดีทั้งหมด 5 ดวงแถมดาวเคราะห์น้อยภายในเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยหลักของระบบสุริยะ 1 ดวง อีก 4 ดวงอยู่ในจุดลากรางจ์ที่ 4 ของดาวพฤหัสบดีและอีก 1 ดวงอยู่ที่จุดลากรางจ์จุดที่ 5 ของดาวพฤหัสบดี รวมระยะเวลาภารกิจทั้งหมด 12 ปีนับจากวันที่ปล่อย ซึ่งการที่จะปล่อยยาน Lucy ให้สามารถสำรวจดาวเคราะห์น้อยได้ครบนั้น จะต้องปล่อยยานใน Launch window ระหว่างวันที่ 16 ตุลาคม 2021 จนถึง 5 พฤศจิกายน 2021 เท่านั้น หากปล่อยเกินนี้ยานจะพลาดเป้าหมายทั้ง 6 เป้าทันที เพราะอะไรมาดูกัน

จุดลากรางจ์ คือ จุดที่เมื่อเราอ้างอิงจุด ๆ หนึ่ง เช่น โลก เป็นจุดอ้างอิงแล้ว จุดลากรางจ์จะเป็นจุดที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ไปพร้อม ๆ กับจุดอ้างอิง (Relative Position) ทำให้จุดลากรางจ์เป็นจุดที่มีวงโคจรเสถียรมากและวัตถุใดที่อยู่ในจุดลากรางจ์ก็จะอยู่ในจุดลากรางจ์ตลอดเวลาไม่เคลื่อนที่ออกไปไหน (สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับจุดลากรางจ์ได้ที่นี่ Lagrangian Point คืออะไร ทำไมยานอวกาศถึงต้องไปอยู่ตรงนั้น)

ภาพจำลองจุดลากรางจ์ เมื่อวัตถุตรงกลางคือดวงอาทิตย์และวัตถุสีฟ้าคือวัตถุอ้างอิง (เป็นดาวเคราะห์ดวงไหนก็ได้) – ที่มา WikiCommons

ดาวเคราะห์น้อยที่ยาน Lucy กำลังจะสำรวจนั้นเรียกว่า “โทรจัน” ซึ่งในที่นี้เป็นโทรจันของดาวพฤหัสบดี กล่าวคือมันมีคาบการโคจรและลักษณะของวงโคจรทุกอย่างเหมือนกับดาวพฤหัสบดีและจะอยู่ที่ตำแหน่งเดิมตลอดเวลาหากมองจากดาวพฤหัสบดี คล้ายกับโทรจันของโลก เพราะโลกก็มีโทรจันเหมือนกันซึ่งอยู่ในจุดลากรางจ์ L4 ของโลก ซึ่ง ณ ตอนนี้พบเพียงวัตถุเดียวมีชื่อว่า 2010 TK7 หากเรามอง 2010 TK7 จากโลก มันจะอยู่ที่เดิมตลอดเวลาเพราะว่ามันโคจรไปพร้อมกับโลกนั่นเอง

ปรากฏการณ์ลักษณะเดียวกันเกิดขึ้นกับจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัสบดี กล่าวคือจะมีดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากที่อยู่ในจุดลากรางจ์ของดาวพฤหัสบดีเคลื่อนที่ไปพร้อมกับดาวพฤหัสบดี จึงถูกเรียกว่าโทรจันนั่นเอง เพราะว่ามันมีคุณสมบัติวงโคจรเหมือนกับดาวพฤหัสบดีเป๊ะ ขาดแต่มันไม่ใช่ดาวพฤหัสบดีจริง ๆ ไง เลยเรียกว่าโทรจัน

ภาพจำลองวัตถุโทรจันของดาวพฤหัสบดี (สีเขียวคือโทรจัน สีส้มคือดาวพฤหัสบดี) ในจุดลากรางจ์ L4 และ L5 ของดาวพฤหัสบดี – ที่มา Astronomical Institute of CAS/Petr Scheirich

โดยยาน Lucy จะต้องถูกปล่อยภายใน Launch window ที่กำหนดไว้ คือ ระหว่างวันที่ 16 ตุลาคม 2021 จนถึง 5 พฤศจิกายน 2021 ไม่เช่นนั้นภารกิจนี่จะเจ๊งทันทีเพราะว่าหากปล่อยหลังจากนี้วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยทั้ง 6 ดวงอาจจะไม่ตรงกันนั่นเอง เพราะว่าภารกิจ Lucy ไม่ได้ใช้จรวดขับดันในการไปที่จุดลากรางจ์แต่ใช้ Gravity assist ต่างหาก

หลังจากการปล่อยในช่วงปลายปี 2021 ยาน Lucy จะใช้ Gravity assist จากโลก 2 รอบเพื่อเหวี่ยงตัวมันเองไปที่จุด L4 ระหว่างทางไปจุด L4 จะ Intercept กับดาวเคราะห์น้อยในเข็มขัดดาวเคราะห์น้อย 1 ดวง ชื่อว่า DonaldJohanson จากนั้นเมื่อถึงจุด L4 มันก็จะบินผ่านดาวเคราะห์น้อยทั้ง 4 ดวงภายในจุด L4 ชื่อว่า Eurybates, Polymele, Leucus, และ Orus จากนั้นจึงออกจากจุด L4 ตามวิถีวงโคจรเผื่อกลับมายังโลก และ Gravity assist เหวี่ยงตัวมันเองไปที่ที่เดิมอีกครั้ง แต่เพราะว่าจุด L5 หมุนรอบดวงอาทิตย์ ตอนที่ Lucy เดินทางถึงที่เดิม จุด L5 ก็โคจรมาถึงตำแหน่งของมันพอดีจากนั้นก็ทำ Fly-by กับดาวเคราะห์น้อย Patroclus & Menoetius จึงเป็นอันเสร็จสิ้นภารกิจที่วางแผนไว้ หากยานไม่สามารปล่อยตามกำหนดได้ ความบังเอิญนี้จะพังลงทั้งหมดทันทีนั่นเอง

Diagram แสดงเส้นทางของยาน Lucy – ที่มา Southwest Research Institute
วิถีโคจรของยาน Lucy โดยที่วัตถุสีเทาคือวัตถุเป้าหมาย – ที่มา Southwest Research Institute

รวมการเดินทางทั้งหมด 12 ปี เพื่อสำรวจดาวเคราะห์น้อยในจุดลากรางจ์ L4 และ L5 ซึ่งถือเป็นการสำรวจดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากด้วยยานเพียงยานเดียวเท่านั้นและเพียงภารกิจเดียวด้วย หลังจากเสร็จสิ้นการสำรวจทั้งหมดยาน Lucy ก็จะถูกปลดเป็น Extended mission เพื่อทำการสำรวจต่อเท่าที่ทำได้จนกว่ายานจะไม่สามารถสื่อสารกับโลกได้

Lucy จะทำการเก็บข้อมูลด้วย Remote sensing ทั้งหมด 4 หมวดหมู่ด้วยกัน คือ

  • Surface Geology – ยานจะเก็บข้อมูลค่า Albedo (ค่าสะท้อนแสง) รูปร่าง หลุมอุกกาบาต อายุคาดคะเนของพื้นผิว ลักษณะของแผ่นเปลือกดาวเคราะห์น้อย
  • Surface Color and Composition – แมพสี ส่วนประกอบ และคุณสมบัติของดาวเคราะห์น้อยรวมถึงหาแร่ธาตุที่อยู่บนดาวเคราะห์น้อย
  • Interiors and Bulk Properties – หาค่าความหนาแน่นและมวลของดาวเคราะห์น้อย รวมถึงหาส่วนประกอบด้วยการสำรวจหลุมอุกกาบาตและพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย
  • Satellites and Rings – หาดาวบริวารและวงแหวนของดาวเคราะห์น้อย

ดาวเคราะห์น้อยที่ Lucy ไปสำรวจคืออะไรบ้าง

(52246) Donaldjohanson

52246 Donaldjohanson เป็นดาวเคราะห์น้อยในเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยหลักของระบบสุริยะ มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4 กิโลเมตร จัดเป็นดาวเคราะห์น้อยชนิด C (Carbonaceous) หมายความว่ามันมีส่วนประกอบของ Carbon เป็นจำนวนมากรวมถึงหินและธาตุต่าง ๆ ด้วย มีความสามารถในการสะท้อนแสงต่ำ โดยนักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า 52246 Donaldjohanson เป็นเศษซากของการชนขนาดใหญ่เมื่อ 130 ล้านปีที่แล้วทำให้เกิดเศษซากดาวเคราะห์น้อยจำนวนมาก และ 52246 Donaldjohanson เป็นหนึ่งในนั้น โดย Lucy จะบินผ่านมันในวันที่ 20 เมษายน 2025

ภาพจำลองของ 52246 Donaldjohanson – ที่มา Southwest Research Institute

(3548) Eurybates

Eurybates จะเป็นดาวเคราะห์น้อยในจุดลากรางจ์ดวงแรกที่จะถูกสำรวจโดยยาน Lucy และยังเป็นดวงแรกที่ถูกสำรวจในมนุษยชาติด้วย โดย (3548) Eurybates มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 64 กิโลเมตร ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม C โดย (3548) Eurybates เป็นเศษซากของการชนกันในอดีตที่มีหลักฐานยืนยันทฤษฎีการชน จึงทำให้มันเป็นจุดสนใจนั่นเองและการสำรวจ (3548) Eurybates จะช่วยบอกเราว่าทำไมเศษซากการชนทุกอันถึงเป็น ดาวเคราะห์น้อยกลุ่ม C แต่ไม่ใช่กลุ่ม D เพราะว่าดาวเคราะห์น้อยกลุ่ม C นั้นส่วนใหญ่เจออยู่ในเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยหลักเท่านั้น ไม่ค่อยมาอยู่ไกลขนาดนี้ นอกจากนี้ (3548) Eurybates ยังมีดาวเคราะห์น้อยบริวารขนาด 1 กิโลเมตรอยู่อีกด้วย โดย Lucy จะบินผ่าน (3548) Eurybates ในวันที่ 12 สิงหาคม 2027

ภาพจำลองของ (3548) Eurybates – ที่มา Southwest Research Institute

(15094) Polymele

(15094) Polymele เป็นดาวเคราะห์น้อยเส้นผ่านศูนย์กลาง 21 กิโลเมตร ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม P ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีแร่ธาตุอินทรีย์จำพวก ซิลิเกต คาร์บอน และน้ำแข็ง มีความสามารถในการสะท้อนแสงต่ำทำให้มันมืด นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า (15094) Polymele เป็นเศษซากจากการชนกันกับวัตถุกลุ่ม P ขนาดใหญ่ โดย Lucy จะบินผ่าน (15094) Polymele ในวันที่ 15 กันยายน 2027

ภาพจำลองของ (15094) Polymele – ที่มา Southwest Research Institute

(11351) Leucus

(11351) Leucus เป็นดาวเคราะห์น้อยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 34 กิโลเมตร จัดอยู่ในชนิด D หมายความว่ามันมีค่าการสะท้อนแสงต่ำและมีสเปกตรัมออกไปทางสีแดง อาจมีธาตุจำพวก ซิลิเกต คาร์บอน และน้ำแข็ง โดย (11351) Leucus มีอัตราหมุนรอบตัวเองต่ำมากโดยใช้เวลาถึง 466 ชั่วโมง ถึงจะหมุนครบรอบ นักวิทยาศาสตร์จึงจะใช้โอกาศนี้ที่ (11351) Leucus หมุนรอบตัวเองช้าศึกษาส่วนประกอบของดาวเคราะห์น้อยอย่างละเอียดโดยเฉพาะเรื่องอุณหภูมิ เพราะว่ามันหมุนช้าด้านที่หันหน้าเข้าดวงอาทิตย์จะมีอุณหภูมิสูง ส่วนอีกด้านจะมีอุณหภูมิต่ำ การศึกษาคุณสมบัติการแผ่ความร้อนอาจช่วยบอกเราได้ว่าพื้นผิวของดาวมีอะไรเป็นส่วนประกอบ โดย Lucy จะบินผ่าน (11351) Leucus ในวันที่ 18 เมษายน 2028

ภาพจำลองของ (11351) Leucus – ที่มา Southwest Research Institute

(21900) Orus

(21900) Orus จะเป็นดาวเคราะห์น้อยดวงสุดท้ายในจุด L4 ของดาวพฤหัสบดีที่ Lucy จะทำการสำรวจ (21900) Orus มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 51 กิโลเมตร ชนิด D มีผิวสีแดงและความสามารถในการสะท้อนแสงต่ำ ทำให้มันมืดมาก โดยนักวิทยาศาสตร์จะใช้ (21900) Orus เทียบกับ (11351) Leucus ซึ่งเป็นดาวเคราะห์น้อยชนิดเดียวกัน โดยสันนิษฐานว่า (21900) Orus ประกอบไปด้วยสารอินทรีย์และคาร์บอน โดย Lucy จะบินผ่านมันในวันที่ 11 พฤศจิกายน 2028

ภาพจำลองของ (21900) Orus – ที่มา Southwest Research Institute

หลังจากการสำรวจ (21900) Orus ยาน Lucy จะจบการสำรวจดาวเคราะห์น้อยในเขต L4 ของมันและวกกลับโลกเพื่อใช้ Gravity assist เหวี่ยงมันกลับไปอีกครั้งเมื่อ L5 ของดาวพฤหัสบดีวนมาพอดีโดยดาวเคราะห์น้อยอันสุดท้ายที่ Lucy จะสำรวจ คือ (617) Patroclus & Menoetius

(617) Patroclus & Menoetius

(617) Patroclus & Menoetius เป็นดาวเคราะห์น้อยคู่ในจุดลากรางจ์ L5 ของดาวพฤหัสบดี โดยทั้งคู่เป็นดาวเคราะห์น้อยชนิด P มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 113 และ 104 กิโลเมตรตามลำดับ นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่ามันทั้งคู่อาจเป็นดาวเคราะห์น้อยปฐมภูมิที่เหลือจากการก่อตัวของระบบสุริยะ โดยเป็นโอกาสที่ดีมากที่เราจะได้สำรวจมันเพราะว่าวงโคจรของมันนั้นไม่ได้ราบเรียบเหมือนกับพวกดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ใน L4 เพราะวงโคจรของมันมีความเอียงอ้างอิงกับระนาบของดวงอาทิตย์ (Heliocentric orbit) ถึง 22 องศา หมายความว่า มันใช้เวลาส่วนใหญ่อยู่ใต้และอยู่เหนือโลกเรา การจะยิงยานอวกาศอะไรก็ตามไปแถวนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ครั้งนี้มันผ่านจุดที่ตัดกับ Heliocentric orbit plane พอดีทำให้ยาน Lucy สามารถสำรวจพวกมันได้ในวันที่ 2 มีนาคม 2033

ภาพจำลองของ (617) Patroclus – ที่มา Southwest Research Institute
ภาพจำลองของ (617) Menoetius – ที่มา Southwest Research Institute

การสำรวจดาวเคราะห์น้อยต่าง ๆ เหล่านี้จะเป็นตัวบอกใบ้ประวัติศาสตร์ของระบบสุริยะเมื่อ 4 พันล้านปีที่แล้วว่าเกิดขึ้นมาได้อย่างไรรวมถึงสารอินทรีย์ต่าง ๆ และชีวิตบนโลก หลังจบภารกิจ Lucy อาจจะถูกยืดอายุภารกิจออกเพื่อทำการสำรวจต่อไปจนกว่ายานจะไม่สามารถทำงานต่อได้

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Overview – Lucy Mission

Lucy: The First Mission to the Trojan Asteroids





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก