Astronoom oppert om Aarde als telescoop te gebruiken

Een jaar geleden schreef ik op Facebook over een idee om de zon te gebruiken als zwaartekrachtlens voor een reusachtige telescoop. Daarmee zou je het oppervlak van exoplaneten in beeld kunnen brengen met een resolutie van rond de 500×500 pixels.

Maar er zijn wel een paar praktische zaken die we moeten oplossen om dit te verwezenlijken. Zoals dat het brandpunt van de zwaartekrachtlens van de zon op 550 astronomische eenheden (AU), ofwel 3 lichtdagen, ligt. De verste satelliet die we tot nu toe hebben gelanceerd (Voyager 1) is, na 40 jaar reizen, slechts 146 AU ver. Dus in onze huidige pogingen komen we nog niet erg in de buurt van dat brandpunt. En dan is er nog het probleem van de energieopwekking op die afstand van de zon. Zonnepanelen gaan niet werken en de brandstof van radio isotoopgeneratoren is verschrikkelijk duur.

Dus misschien moeten we het dichter bij huis zoeken. Wat als we de Aarde nu eens als lens gebruiken? De Aarde heeft niet genoeg zwaartekracht om het als serieuze zwaartekrachtlens te dienen, maar de astronoom David Kipping denkt dat we wel de atmosfeer van de Aarde zouden kunnen gebruiken om het licht te buigen. Met een spiegel van 1 meter op ongeveer 4 keer de afstand Aarde-maan zouden we op die manier het lichtvangend vermogen krijgen als een telescoop met een spiegel van 150 meter. Je zou met zo’n “terrascoop” het oppervlak van dichtbijzijnde exoplaneten kunnen zien. En met een spectroscoop zou je biosignalen kunnen ontdekken.

Dit klinkt een stuk dichter binnen ons bereik. Maar uiteraard heeft een terrascoop een aantal uitdagingen. Wolken kunnen het zicht verstoren. We hebben geen idee wat turbulentie doet met onze terrascoop. En omdat een kant van de Aarde altijd verlicht is, voegt dit een achtergrondsignaal toe.

Kipping denkt dat licht afgebogen op 14 km hoogte wellicht bruikbaar zou kunnen zijn. Ja, daar bevinden zich wolken, maar die nemen naar schatting slechts 8% van het licht weg. Paul Gilster van de website Centauri-Dreams.org denk dat de terrascoop misschien interessant zou kunnen zijn in het radiospectrum. Radiosignalen hebben namelijk veel minder last van wolken.

Kipping zegt zelf ook dat de terrascoop als concept alles behalve rond is. Er zal onderzoek gedaan moeten worden naar de haalbaarheid van het idee. Misschien kunnen kleine satellieten, zoals cubesats ingezet worden om het eerste werk daaraan te doen.

 

Bronnen:

https://arxiv.org/abs/1908.00490 (Terrascoop artikel)

https://www.scientificamerican.com/article/earth-could-be-a-lens-for-a-revolutionary-space-telescope/

https://www.centauri-dreams.org/2019/08/13/the-terrascope-challenges-going-forward

https://arxiv.org/abs/1802.08421 (Solar Gravity Lens Mission artikel)

Coverafbeelding: James Tuttle Keane (California Institute of Technology)

 

Meer details bekend over ESA’s en NASA’s Mars monstername missie

NASA en ESA hebben meer details gegeven over het Mars Sample Return programma dat volgend decennium moet gaan plaats vinden. Het is een programma dat bestaat uit meerdere rovers, landers en satellieten die uiteindelijk bodemmonsters van Mars op Aarde moeten brengen. Vooral ESA heeft al veel werk verricht aan het ontwerpen van een orbiter (Earth-return orbiter (ERO)) en een kleine rover die de monsters ophaalt (de sample retrieval lander/fetch rover (SRL)).

Het eerste stap is het verkrijgen van bodemmonsters met de Mars 2020 rover. Deze is al voor een groot deel geassembleerd. Je kunt op de live webcam zien dat de mast met camera’s en de zes wielen al gemonteerd zijn.

pia23314-16.jpg
De Mars 2020 rover in de assemblagehal bij het Jet Propulsion Laboratory in Californië. Foto: NASA/JPL-Caltech

In juli 2026 moet een NASA lander gelanceerd worden die in de omgeving van de Mars 2020 rover gaat landen met de Europese fetch rover aan boord. Die datum is opmerkelijk. Het lanceerwindow voor vluchten naar Mars is dat jaar namelijk pas in oktober. Deze lander neemt dan ook niet de snelle route naar Mars (van pakweg 7 maanden), maar volgt een traject dat de lander pas in augustus 2028 neerzet op Mars. De reden hiervoor is dat de lander en de Europese rover voorzien zijn van zonnepanelen en op het moment van aankomst volgens de snelle route is een verhoogde kans voor stofstormen die het zonlicht tegenhouden. In augustus 2028 is de kans op stofstormen klein.

Mars_sample_returnjpl.jpg
Zo zou de lander met raket er uit kunnen zien. Al is dit ontwerp van 2012, lang voor de huidige plannen besproken zijn. Afbeelding: NASA/JPL.

NASA denkt op dit moment aan een lander vergelijkbaar met het platform dat gebruikt is op Mars InSight en Mars Phoenix. Maar ze zijn er nog niet helemaal uit of misschien toch een skycrane gebruikt moet gaan worden, zoals die van Curiosity. De Mars 2020 rover gaat monsters achterlaten op het oppervlak en de Europese fetch rover pakt die op en brengt hem bij de lander. De lander laadt de monsters in container ter grootte van een basketbal en brengt die in een kleine raket. NASA denkt aan een tweetraps raket met vaste brandstof of een eentraps raket met een combinatie van vast en vloeibaar.

Maar stel dat de fetch rover om een of andere reden kapot gaat. Kan er dan niet een of ander monster in de buurt opgepikt worden (een zogenaamd “contingency sample”)? Daar voorziet het ontwerp niet in, maar NASA heeft ander idee: ze laten dan de Mars 2020 rover langs komen rijden die dan alsnog monsters direct aanlevert.

Mars_Sample_Return_overview
De Earth-return orbiter brengt bodemmonsters van Mars naar Aarde. Afbeelding: ESA/ATG Medialab.

ESA levert de satelliet die de monsters terug brengt naar Aarde. Het wordt een grote satelliet. De zonnepanelen ervan zijn van het ene tot andere einde 40 meter lang. Deze satelliet wordt in 2026 op een Ariane 6 raket naar Mars gestuurd om daar met een chemische remraket in een elliptische baan te komen. De satelliet heeft ook ionenmotoren en door gebruik van beide voortstuwing wordt de baan in stappen verlaagd. Daarna werpt de satelliet het gedeelte met de chemische motor af, om gewicht te besparen op de terugweg.

In de lente van 2029 worden de monsters vanaf het Mars oppervlak gelanceerd in een baan. De Earth-return orbiter zal 6 maanden bezig zijn om de container met monsters op te sporen en te benaderen. NASA bouwt het mechanisme waarmee de monsters aan boord worden gehaald. Ze worden vervolgens in de terugkeermodule gebracht die de monsters uiteindelijk op Aarde brengt. Als dat gelukt is wordt het mechanisme om de container te grijpen ook overboord gegooid om nog meer gewicht te besparen.

Daarna zal de Earth-return orbiter zijn baan rond Mars met de ionemotor steeds vergroten tot het rond 2031 op weg is naar Aarde. De landing van de terugkeercapsule moet plaats vinden in 2032 in de Amerikaanse staat Utah. Dit zijn de eerste monsters uit de ruimte die een kans hebben microorganismen te bevatten. Daar zijn daarom hoge eisen aan verbonden. Zo moet de capsule gesloten blijven, zelfs als de parachutes falen.

Daar heeft NASA, dat de capsule levert, nog eens over nagedacht en ze denken er nu over om de capsule dan maar helemaal zonder parachute te laten neerkomen. Ze zijn al begonnen met tests van een mogelijk ontwerp. Ook de buizen voor de monsters aan boord van de Mars 2020 rover zijn ontworpen met dat concept in gedachte. De monsters zelf zouden dermate schokvrij blijven dat ze niet meer krachten ondervinden dan dat van een telefoon die van tafel valt.

Het Mars Sample Return programma hangt nog wel af van het verkrijgen van voldoende budget. In november beslissen Europese ministers over het budget van de Earth-return orbiter. NASA moet hopen dat zij in het volgende fiscale jaar voldoende budget krijgt om de lander te ontwerpen.

Bron:

http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/2019/nasa-esa-latest-msr-plan.html

Coverafbeelding: ESA–K. Oldenburg

 

NASA gaat drone naar Titan sturen in 2026

Vandaag heeft NASA aangekondigd wat de nieuwste missie in het New Frontiers programma gaat worden. Het New Frontiers programma omvat missies naar het zonnestelsel die qua budget in de middenklasse vallen. Eerdere New Frontiers missies waren New Horizons naar Pluto, Juno naar Jupiter en OSIRIS-REx naar de asteroïde Bennu.

De keuze ging tussen Comet Astrobiology Exploration SAmple Return (CAESAR), een missie om een monster van de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko naar Aarde te brengen, en Dragonfly, een autonome drone die Saturnus-maan Titan moet gaan verkennen. En Dragonfly is de winnaar geworden.

(Afspelen vanaf 18:15)

 

Dragonfly is een drone met acht rotors en instrumenten aan boord om Titan’s intrigerende organische chemie te onderzoeken. Dragonfly moet in 2026 gelanceerd worden en komt dan in 2034 aan bij Titan. Door zijn dichte atmosfeer is Titan buitengewoon makkelijk om in te vliegen. Je hoeft je armen maar uit te strekken en te rennen en dan vlieg je al op deze ijskoude maan.

Dragonfly zal eerst landen in het duinenveld van Shangri-La. Het zal aanvankelijk wat korte vluchten maken om te testen dat hardware en software naar behoren werkt. Dan zal het 8 km verre vluchten gaan maken. Uiteindelijk zal Dragonfly op die manier meer dan 175 km kunnen overbruggen, meer dan twee keer zo veel als alle Mars-rovers bij elkaar hebben afgelegd.

1280px-Titan_globe.jpg
Saturnus-maan Titan. Het donkere gebied heet Shangri-La.

De keus voor Dragonfly was alles behalve zeker. In een Facebook poll twee jaar geleden waren de leden van onze werkgroep weliswaar zeer enthousiast. Maar NASA kijkt toch naar de best mogelijke wetenschappelijke opbrengst. De CAESAR missie, geleid door de ervaren Steve Squyres (van het Mars Exploration Rover programma), zou gaan naar dezelfde komeet die Rosetta bezocht, maar nu om er monsters van mee te nemen naar Aarde. Rosetta had al aangetoond dat het binnenste van die komeet bestaat uit het materiaal waaruit ons zonnestelsel is gevormd. Menig astronoom zou maar wat graag dit materiaal willen onderzoeken in een Aards laboratorium.

Bronnen:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-flying-mission-to-study-titan-for-origins-signs-of-life/

China wil asteroïde en komeet bezoeken

Zoals ik afgelopen zaterdag in mijn presentatie “Het ontstaan van ons zonnestelsel” vertelde, interesseren astronomen zich de laatste jaren erg in kleine objecten zoals asteroïden en kometen. Het materiaal waaruit ze bestaan is vrijwel onveranderd sinds het zonnestelsel vormde. Niet voor niets zijn er op dit moment twee ruimtesondes bij asteroïden om er monsters van te nemen en die terug te brengen naar Aarde (Hayabusa 2 en OSIRIS-REx). Ook China wil in de toekomst een monster nemen van een asteroïde.

De Chinese ruimtevaartorganisatie (CNSA) wil in 2022 een missie sturen naar de asteroïde 469219 Kamoʻoalewa (of 2016HO3). Dit is een 41 meter grote “quasi-satelliet” van de Aarde: Kamoʻoalewa verblijft soms in een hoefijzervormige baan bij de Aarde. De Aarde heeft vijf van zulke begeleiders. Kamoʻoalewa zal de kleinste asteroïde zijn die ooit bezocht is. China heeft buitenlandse wetenschappelijke instituten gevraagd om instrumenten voor te stellen voor het onderzoek. Er zouden eventueel ook kleine landers mee kunnen.

De missie moet ook monsters gaan nemen die naar Aarde gebracht wordt in 2024. Daarna zal het doorgaan naar komeet 133P/Elst–Pizarro. Dit is een object in de asteroïdengordel die lijkt aan de ene kant op een asteroïde, maar het heeft ook een komeetachtige staart gehad. ESA had eerder een missie ontworpen om dit object te bezoeken, maar deze werd uiteindelijk niet geselecteerd.

 

Bronnen:

https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=47991.0

https://www.space.com/china-asteroid-sample-return-comet-mission-2022.html

http://www.xinhuanet.com/english/2019-04/18/c_137988625.htm

Coverafbeelding: NASA/JPL

Gaat NASA’s Orion wel op NASA’s SLS raket gelanceerd worden?

Er is deze week een heleboel te doen geweest rond NASA en de Amerikaanse politiek. Begin deze week werd het door de regering Trump voorgestelde NASA budget gepresenteerd. NASA krijgt er geld bij, maar niet alles is even rooskleurig. Vice president Mike Pence is alle vertragingen rond de Space Launch System raket (SLS) zat. Het budget vraagt om een 17% reductie op de ontwikkeling ervan. Dit budget is verre van definitief. Het moet nog langs het Amerikaanse Congres, maar het is een slechte start.

Woensdag moest NASA directeur Jim Bridenstine uitleg geven over het uitstel van SLS. De raket had al in 2017 zijn eerste vlucht moeten maken. De laatste deadline voor de eerste vlucht van Orion met de Europese Service Module stond op juni 2020. Nu lijkt de raket pas in 2021 gelanceerd te worden. Maar Bridenstine had een verrassing: wat als we de Orion nu eens op een andere raket lanceren? NASA is aan het onderzoeken of dat mogelijk is.

Makkelijk zal dat niet worden. Deze Exploration Mission 1 zou namelijk een vlucht achter de maan maken. Geen enkele raket op dit moment is krachtig genoeg om de Orion met Service Module daar te brengen, ook de Falcon Heavy niet. De oplossing is om de opduwraket apart te lanceren en die aan de Service Module te laten koppelen. En daar hebben we meteen een probleem. Dit moet allemaal nog ontworpen en gebouwd worden. De kans is groot dat zo’n oplossing net zo goed niet voor juni 2020 klaar is.

sls_rocket_evolution.jpg

In de toekomst zou SLS ook een krachtigere tweede trap krijgen, de Exploration Upper Stage, die grote vrachten naar de maan of verder zou kunnen brengen. Daar ziet het ook niet goed voor uit. En ook niet voor de upgrade daarna, de Block 2. Dit alles is op de langere baan gezet om ervoor te zorgen dat de eerste vlucht in ieder geval niet té veel uitstel krijgt.

We zullen moeten afwachten hoever het totale SLS project straks gaat komen. Zeker als commerciële partijen straks vergelijkbare grote vrachten goedkoper kunnen lanceren.

Bronnen:

https://arstechnica.com/science/2019/03/nasas-new-budget-raises-questions-about-the-future-of-its-sls-rocket/

https://spacepolicyonline.com/news/nasa-studying-launching-em-1-on-commercial-rockets-not-sls/

https://blogs.nasa.gov/bridenstine/2019/03/14/a-message-to-the-workforce-on-sls-and-orion/

https://www.nasaspaceflight.com/2019/03/nasa-boeing-sls-core-stage-structural-tests-marshall/

 

NASA vraagt commerciële partijen een maanlander te ontwikkelen

NASA heeft vorige week plannen bekend gemaakt waarmee ze in 2028 een eerste bemanning op de maan wil zetten. Het is eigenlijk een verlanglijstje die NASA vraagt aan commerciële partijen. Ze vragen om een “Human Landing System” te bouwen. Dit systeem bestaat uit drie delen: een afdalingsmodule, een herbruikbare lanceermodule die astronauten weer naar een baan rond de maan brengt en een eveneens herbruikbaar Transfer voertuig dat de astronauten naar Aarde brengt.
Bedrijven kunnen intekenen om een of meerdere onderdelen te bouwen. De afdalingsmodule moet al in 2024 zijn eerste onbemande test maken.
Scott Manley heeft een aardige video waarin het systeem verder wordt uitgelegd (en getest in het spel Kerbal Space Program).
Bronnen:

 

Luistertip: een interview met Elizabeth Turtle van Dragonfly en Europa Clipper

Dit jaar moet de knoop doorgehakt worden door NASA waar de volgende New Frontiers missie naartoe gaat. Wordt het CAESAR, een monstername missie naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, of wordt het Dragonfly, een dubbel-quadcopter naar Saturnus-maan Titan. In een poll op onze Facebook groep meer dan een jaar geleden was Dragonfly met afstand de favoriet.

Elizabeth “Zibi” Turtle van het Dragonfly project werd in een recente podcast aflevering van Planetary Radio geïnterviewd door presentator Mat Kaplan. Zo komen te weten dat Dragonfly voor een drone best groot is. Meer dan een meter hoog (maar de atmosfeer van Titan is dik genoeg om hem te laten vliegen). En we leren in wat voor gebied Dragonfly moet gaan landen (duinen van organisch materiaal) en waarom.

In het begin zal Dragonfly nog niet in de buurt van de methaanmeren van Titan komen. Die zijn op moment van aankomst in het noorden en daar schijnt de zon niet. Geen zon, dan ook geen signalen van Aarde (die vanaf Saturnus gezien vlakbij aan de hemel staat).

En Elizabeth Turtle werkt ook aan een camera op de Europa Clipper missie die naar de gelijknamige Jupiter-maan moet gaan. Je kunt de uitzending hier beluisteren:

http://www.planetary.org/multimedia/planetary-radio/show/2019/0116-2019-elizabeth-turtle-dragonfly-clipper.html

 

Hier is ook nog een presentatie van Elizabeth Turtle: