Forskning

Fintfølende instrumenter skal udforske metal-asteroide

NASA’s rummission til asteroiden Psyche, som befinder sig i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, skal hjælpe os med bedre at forstå vores egen Jord. DTU bidrager med instrumenter, der kan måle og kortlægge asteroidens magnetfelt.

Illustrationen viser den 226-kilometer brede asteroide Psyche, some ligger i asteroildbæltet mellem Mars og Jupiter. — Asteroiden Psyche blev opdaget i 1852 og befinder sig i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter. Illustration: NASA/JPL-Caltech/ASU

torsdag 12 oktober 2023

Marianne Vang Ryde

Dybt inde i midten af Jorden er en kerne af metal – så varm og så langt inde, at det ikke kan lade sig gøre at komme ind og studere den. Men man kan måske få noget at vide om den og de andre jordlignende planeters kerner ved at studere asteroiden Psyche. Ud fra de observationer, man har gjort gennem teleskoper, antager man nemlig, at den består af 60 pct. metal – sandsynligvis en legering af jern og nikkel. Psyche, der nærmest ligner en kartoffel og måler ca. 150 x 250 km, kan faktisk være det inderste af en planet, som efter en ødelæggende kollision med et andet objekt har mistet det ydre lag.

NASA planlægger at sende en mission til Psyche i dag. Det bliver den fjortende i NASA’s Discovery Program. Forberedelserne startede i 2017 med planlagt afsendelse i 2022, men bl.a. på grund af coronaepidemien kunne NASA ikke nå at gennemføre alle tests inden da. Der er forholdsvis få tidspunkter på året, hvor rejsen passer ind i planeternes stilling.

Med ombord på rumfartøjet vil være tre videnskabelige instrumenter: et avanceret kamera til kortlægning og overfladeundersøgelser, et gammastrålings- og neutronspektrometer, der kan måle, hvilke stoffer asteroiden består af, og et magnetometer. Det sidste er bygget på DTU.

”Vi blev inviteret med, fordi vores magnetometer ved flere forskellige rummissioner har bevist sin enestående evne til at måle et meget bredt og ekstremt nøjagtigt magnetfelt. I 2020 begyndte vi at samarbejde med Massachusetts Institute of Technology (MIT), som leder Psyche Magnetometry Investigation. Og i 2021 var vi de første, som leverede et færdigt videnskabeligt instrument til rumskibet, som bliver bygget hos NASA Jet Propulsion Laboratory i Pasadena,” fortæller professor på DTU Space José M.G. Merayo, der også er co-investigator (forskningsleder) og medlem af Psyche-missionens videnskabelige team.

Mennesker i laboratoriekitler inde i NASA's Jet Propulsion Laboratory inspicerer Psyche rumskibet. Foto: NASA/JPL-Caltech — Inspektion af Psyche rumskibet på NASA’s Jet Propulsion Laboratory i Californien, USA. Foto: NASA/JPL-Caltech/ASU

Lille instrument – stor spændvidde

Magnetometret er forbavsende lille i forhold til sin ydeevne og kapacitet. Sensoren er på størrelse med en tennisbold placeret i en cylinder og med en overflade, der kunne minde om en ananas. Rillerne på overfladen holder spoler, som genererer et magnetfelt svarende til det, som man gerne vil måle. Selve rumskibet måler 3,1 x 2,4 meter, når solpanelerne ikke er foldet ud, og er altså ikke meget større end en smart bil. Det vejer knap to ton uden brændstof og knap tre med, så magnetometrets ca. 2 kg er ikke meget i sammenligning. Men det er effektivt og pålideligt, udviklet og bygget manuelt på DTU med fokus på hver eneste lille detalje.

Man ved intet om Psyches magnetfelt – hverken om det er stort eller småt, eller om det er ét stort felt eller samlet i mindre felter forskellige steder. Magnetometret skal være klar til det hele.

DTU’s magnetometer er unikt ved uhyre præcist at kunne måle størrelsen og retningen på magnetfelter. Magnetfelter opgøres sædvanligvis i måleenheden tesla. Hvis magnetfeltet er meget svagt, så angiver man målene med nanotesla (nano = 10-9). Jordens magnetfelt målt i Danmark er ca. 54.000 nanotesla.

Magnetometret fra DTU har en spændvidde, der er så stor, at det kan registrere magnetfelter, der er så svage, at de blot måler 0,025 nanotesla, og så stærke, at de måler helt op til 80.000 nanotesla. Det vil sige, at det svageste magnetfelt, instrumentet kan måle, er 6 mio. gange lavere end det stærkeste felt, det kan måle. Eller med andre ord: Instrumentet kan opfange magnetfelter lige fra solvindens svage felter til større planeters stærkere magnetfelter.

Sensoren i magnetometret er på størrelse med en tennisbold placeret i en cylinder og med en overflade, der kunne minde om en ananas. Grafik: DTU

155 års funktion i rummet

Der er to magnetometre med på turen for at sikre data, hvis der skulle ske noget med et af dem. Men der er også en anden grund:

”Rumskibet kan i sig selv generere et magnetfelt, og det ønsker vi ikke at have med i vores data. Derfor sidder instrumenterne et stykke fra rumskibet på en bom, og med to sensorer kan vi detektere signaler fra rumfartøjet og trække dem fra. Hvis de to sensorer måler det samme, antager vi, at det er det naturlige magnetfelt. Hvis de måler forskelligt, går vi ud fra, at det kommer fra rumskibet,” forklarer José Merayo.

José Merayos forskningsgruppe på DTU Space har bygget magnetometre til flere missioner, der har målt på Jordens magnetfelt. Først til satellitten Ørsted og siden til den tyske mission CHAMP og European Space Agencys SWARM-mission.

”Sammenlagt har vores magnetometer været i funktion i rummet i mere end 155 år, og vores målinger danner bl.a. grundlag for de geomagnetfeltkort, der bruges til navigation, og i tilfælde af at GPS går ned,” siger José Merayo.

Magnetometrene på Psyche-missionen får strøm fra solpanelerne, som sidder på rumskibet, og begynder at måle straks efter afsendelsen. Instrumentet er selvfølgelig testet i alle ender og kanter inden afsendelsen, men det skal tjekkes, om alt virker som ventet, eller noget skal rettes til, når det faktisk er i rummet.

Illustrationen viser NASA's Psyche rumfartøj. — Illustration, der viser, hvordan rumskibet ser ud. Illustration: NASA/JPL-Caltech/ASU

Seks års rejse

Psyche ligger i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter, og på den 500 mio. km lange rejse bliver der måske også mulighed for at få data om Mars’ omgivelser, når rumskibet flyver tæt forbi planeten, ligesom der sikkert vil kunne hentes ny viden om solstorme og deres indvirkning på solsystemet. Instrumentet bliver i hvert fald holdt tændt på hele turen, selvom man godt kunne slukke og tænde.

Efter seks års rejse når missionen forhåbentlig frem til den metalliske asteroide, og så er planen, at fartøjet skal cirkulere i fire forskellige baner, henholdsvis ca. 700, 500, 300 og 100 km fra den, i mere end to år tilsammen.

Det vil give en mængde nye data og dermed forhåbentlig bidrage til forståelsen af, hvordan vores solsystem og planeternes magnetfelt blev skabt.

”Hvorfor har nogle planeter, som f.eks. Venus, ikke noget magnetfelt, mens andre, f.eks. Jupiter, har magnetfelter, der er meget kraftigere end Jordens? På Psyche har vi den nøgne kerne, som vi kan måle direkte på. Det regner vi med, vil fortælle os meget. Ved at lære mere om Psyches magnetfelt kan vi også blive klogere på, hvordan Jordens magnetfelt fungerer. Solsystemet er kæmpestort, og alt, hvad vi kan få af data, hjælper os med at forstå det bedre – f.eks. hvordan vejret i rummet er med til at beskytte vores Jord,” siger José Merayo.

Der er ingen planer om at hente rumskibet hjem, når missionen er slut. ”Måske lander det på Psyche, hvem ved? Eller det bliver til en lille kunstig måne til asteroiden,” siger José Merayo.

fakta

Om asteroider

Asteroider er himmellegemer, der er for små til at blive kaldt planeter. De fleste asteroider kredser om Solen i asteroidebæltet mellem Mars og Jupiter. Selvom der er millioner af asteroider i dette bælte, så ville deres rumfang være mindre end Månens, hvis man samlede dem i én klump.

Kilde: vildmedrummet.dk

Lær mere
Find mere information om Psyche-missionen på psyche.asu.edu.

Kontakt

José M. G. Merayo Professor Telefon: 45253452 jmgm@dtu.dk