p A espaçonave Lucy da NASA será lançada em outubro de 2021 em uma jornada de 12 anos aos asteróides de Tróia de Júpiter. A missão Lucy incluirá três assistências de gravidade da Terra e visitas a oito asteróides. p Chamado de "Trojans" em homenagem a personagens da mitologia grega, a maioria dos asteróides alvo de Lucy são remanescentes da formação do sistema solar. Esses troianos circundam o sol em dois enxames:um que precede e outro que segue Júpiter em sua órbita ao redor do sol. Lucy será a primeira espaçonave a visitar os Trojans, e o primeiro a examinar tantos alvos independentes do sistema solar, cada um em sua própria órbita do sol.

p Estudar os asteróides de Tróia de Júpiter de perto ajudaria os cientistas a aprimorar suas teorias sobre como os planetas do nosso sistema solar se formaram há 4,5 bilhões de anos e por que acabaram em sua configuração atual. "É quase como se estivéssemos viajando no tempo, "disse o engenheiro aeroespacial Jacob Englander, que ajudou a projetar a trajetória de Lucy enquanto trabalhava no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland.

p Concebido pela primeira vez há sete anos como uma missão a dois asteróides, Lucy se expandiu em proporções épicas graças à engenharia criativa e ao timing impecável. Alguns imaginam que o carma também pode ter algo a ver com isso:"Costumo brincar que passei minha carreira adorando aos pés dos deuses da mecânica celeste, "disse o investigador principal de Lucy, Harold Levison, um especialista em dinâmica planetária baseado em Boulder, Colorado, filial do Southwest Research Institute (SwRI), que está sediada em San Antonio. "Agora eles estão nos retribuindo por essa devoção."

p A trajetória

p De acordo com a lenda da missão, o momento que mudou tudo foi em 2014, alguns anos antes de a NASA selecionar Lucy para voar. O designer de trajetória de missão de longa data, Brian Sutter, da Lockheed Martin Space em Littleton, Colorado, estava conduzindo Levison por uma simulação de computador da rota proposta de Lucy pelo sistema solar.

p Pareceu a Levison que Lucy passaria por Pátroclo a caminho de seus alvos oficiais; Patroclus faz parte de um par de asteróides troianos que orbitam um ao outro. Sem o conhecimento de Sutter na época, Pátroclo é um Trojan favorito de Levison. Preso em uma órbita binária com seu parceiro quase gêmeo Menoetius, é uma raça rara e misteriosa dentro da órbita de Netuno. A maioria dos asteróides que se estabeleceram no sistema solar interno deveriam ter sido arrancados de seus parceiros durante o período turbulento de formação de planetas que foi marcado por colisões massivas.

p Como esse par ficou intacto? A resposta pode conter pistas importantes sobre o momento e a execução da formação do planeta, Levison disse. "Não sei por que Brian escolheu incluir Pátroclo; talvez tenha sido um dos grandes, talvez ele tenha gostado do nome, "disse ele." Mas quando eu vi, Lembro-me de gritar "Espere, espere:podemos ir lá? '"

p Sutter projetou trajetórias de espaçonaves por décadas, incluindo alguns para a missão de retorno de amostra de asteroide da NASA OSIRIS-REx e Mars Odyssey Orbiter da NASA, com espaçonave construída por Lockheed Martin. Ele incluiu Pátroclo e Menoécio na simulação da trajetória de Lúcia simplesmente porque eles estavam na vizinhança celestial; o par não estava exatamente no caminho de Lucy. Mas Sutter verificou se o sistema solar estaria alinhado no futuro de forma que a trajetória de Lucy pudesse trazê-lo perto o suficiente do par para observá-los.

p Como aconteceu, Lucy e a dupla Patroclus-Menoetius se cruzaram em 2033. "Foi apenas sorte, "Levison disse.

p Essa descoberta inspirou Sutter a buscar outros alvos ao longo do caminho de Lucy durante o período da missão. Ele alimentou 750, 000 conhecidos asteróides orbitam em uma planilha, além da trajetória de Lucy na época, e passou meses fazendo cálculos que encontraram um punhado de asteróides adicionais - aqueles com diversas composições químicas que eram alvos científicos perfeitos para a missão.

p "Continuei adicionando encontros na minha simulação até ficarmos sem combustível na espaçonave, e é aí que terminamos a trajetória de Lucy, "Disse Sutter." No entanto, Eu também sabia que existem mais alvos ao longo do caminho, e poderíamos alcançá-los se tivéssemos um pouco mais de combustível. "

p Como ele sempre fez, Sutter usou o Excel como uma de suas ferramentas de trajetória - um programa que a maioria das pessoas associam à contabilidade - para projetar o caminho de Lucy no espaço. "Eu posso fazer todos os tipos de coisas mágicas nele, "Sutter disse. Seria preciso Englander, que estava trabalhando na NASA Goddard, para otimizar a trajetória e levar a espaçonave a oito alvos que variam em diâmetro de cerca de 2 milhas (3 quilômetros) a 70 milhas (113 quilômetros).

p Agora, um designer de missão no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins em Laurel, Maryland, Englander não estava envolvido com Lucy na época em que leu sobre isso em um popular site de notícias. Ele estava construindo um software poderoso chamado Gerador de Trajetória de Missão Evolutiva, ou EMTG, agora disponível como software de código aberto para quem quiser usá-lo. A EMTG pode percorrer milhões de cenários de trajetória em horas em vez de meses. "Tive a sensação de que seria benéfico para Brian e a equipe se eu lhes desse uma versão da trajetória apresentada em EMTG, então fiz engenharia reversa da missão com base no artigo, "Disse Englander.

p O software da rota Englander identificou o uso reduzido de combustível e o tamanho do veículo de lançamento de Lucy. Como resultado, ele economizou o dinheiro da missão ao passar por mais asteróides, garantindo a Englander uma posição na equipe, e preparando Lucy para ser selecionada pela NASA em 2017.

p Agora, Lucy será lançado da Terra a bordo de um foguete Atlas V 401 durante uma janela que abre em 16 de outubro, 2021. Primeiro, ele voará pela Terra duas vezes para usar a gravidade deste planeta para se lançar contra os troianos. Em 2025, Lucy vai passar voando por Donaldjohanson, que orbita no cinturão de asteróides entre Marte e Júpiter. A equipe usará este sobrevôo para testar os instrumentos da espaçonave.

p Em agosto de 2027, Lucy alcançará seu primeiro enxame de Trojans que precedem Júpiter em um local gravitacionalmente estável conhecido como um ponto de Lagrange, especificamente conhecido como L4. Lá, a espaçonave se cruzará primeiro com Eurybates (pronuncia-se "yoo-RIB-a-teez" ou "you-ri-BAY-teez") e seu satélite Queta ("KEH-tah").

p Em setembro de 2027, Lucy vai voar por Polymele ("pah-li-MEH-lee" ou "pah-LIM-ah-lee"), e em abril de 2028 por Leucus ("LYOO-kus" ou "LOO-kus"), e Orus ("O-rus") em novembro de 2028.

p Lucy então balançará de volta além da Terra para uma terceira assistência de gravidade, que irá catapultá-lo em direção ao enxame do outro lado de Júpiter, localizado no ponto L5 Lagrange, onde se encontrará com Patroclus ("pa-TROH-klus") e Menoetius ("meno-EE-shus" ou "meh-NEE-shus") em 2033.

p A ciência

p Os Trojans são aglomerados de grãos de rocha e gelos exóticos que não se aglutinaram em planetas quando o sistema solar se formou. Eles estão entre as evidências mais bem preservadas que restaram desse período e, portanto, são essenciais para explicar como o sistema solar veio a se parecer com o que é.

p "Quando olhamos para o sistema solar e nosso lugar aqui na Terra, as pessoas costumam perguntar, "Qual é a nossa história? Como chegamos aqui? '" Disse Cathy Olkin, Pesquisadora principal adjunta de Lucy, que trabalha no Southwest Research Institute. "Lucy vai tentar ajudar a responder algumas dessas perguntas."

p Existem várias teorias que explicam como os planetas, luas, e outros objetos se formaram e terminaram em suas localizações atuais. Levison, por exemplo, é co-autor do modelo Nice, nomeado após a cidade na França onde foi desenvolvido em 2004. Esta simulação de computador do início do sistema solar sugere que o gigante, planetas gasosos começaram em uma configuração compacta ao redor do sol. Eventualmente, as interações gravitacionais com o disco de pequenos corpos e entre si fizeram com que os planetas em crescimento se espalhassem. Netuno, Urano, e Saturno se espalhou mais longe do sol, enquanto Júpiter se aproximou ligeiramente.

p "Nesta teoria, esta remodelação causou uma perturbação caótica, "disse Olkin, um cientista planetário, "espalhando muitos corpos para fora do sistema solar e atraindo alguns e prendendo-os em torno dos pontos de Lagrange. Essa é uma explicação possível para como os troianos de Júpiter surgiram."

p Comparar a composição dos Trojans de Júpiter ajudará os cientistas a desvendar sua história. Da Terra e dos telescópios espaciais, Os cavalos de Tróia têm composição diferente uns dos outros. É porque cada um veio de uma parte diferente do sistema solar e, portanto, era feito de um material diferente? Ou os cavalos de Tróia são feitos do mesmo material, com diferenças visíveis apenas em suas superfícies, que pode ter sido alterado por diferentes graus de aquecimento, radiação, e colisões que os asteróides experimentaram ao fazer seu caminho para suas posições atuais de Lagrange.

p Os cientistas tentarão responder a essas e outras perguntas com Lucy usando instrumentos como L'Ralph, que é baseado em um semelhante que Olkin liderou na nave espacial New Horizons da NASA. L'Ralph vai sondar a composição química dos cantos e fendas das superfícies dos asteróides a cerca de 620 milhas, ou 1, 000 quilômetros, em média. Leitos de crateras profundas, ou paredes da cratera, pode oferecer acesso ao interior desses asteróides, que são feitos de materiais mais novos (milhões de anos contra bilhões de anos para a superfície externa mais antiga). Essas superfícies "frescas" presumivelmente não teriam sido expostas a tanta radiação e impactos de micrometeoritos, e assim poderia preservar parte da composição original do asteróide.

p Usando a câmera em preto-e-branco do L'LORRI de Lucy, os cientistas contarão o número de crateras nas superfícies de asteróides, que oferecerá pistas sobre os ambientes aos quais os asteróides foram expostos bilhões de anos atrás. Muitas crateras grandes indicariam que o asteróide se formou na região turbulenta e mais quente perto do sol; enquanto menos crateras significariam que o Trojan se formou na região externa relativamente calma e fria do sistema solar em formação. Descobrir onde esses asteróides se formaram no disco de gás e poeira que gerou o sistema solar, além de outras formas de evidência, ajudará os cientistas a testar suas teorias de formação planetária.

p "Essa seria a história que eu gostaria de ver se desenrolar na próxima década ou assim, "Levison disse.

p Uma longa missão

p Embora a maioria das missões da NASA durem vários anos, engenheiros constroem espaçonaves e instrumentos duráveis ​​que podem operar muito além de suas atribuições primárias, e, na verdade, muitos o fazem. A missão New Horizons para Plutão, por exemplo, foi projetado para durar 10,5 anos, incluindo uma viagem de nove anos e meio para o planeta anão. Mas a missão foi estendida, e a espaçonave permanece ativa até hoje, 15 anos após seu lançamento em 2006.

p A principal missão de Lucy de 12 anos é a mais longa da NASA até agora. Para sustentar uma busca tão ambiciosa, a equipe teve que planejar não apenas para a longevidade da espaçonave - que foi parcialmente modelada na New Horizons - mas também para seu povo. Desde a concepção da missão, a submeter propostas à NASA, para ser selecionado e construir a nave espacial, alguns membros da equipe já trabalharam em Lucy por mais de uma década - e a espaçonave ainda nem foi lançada! Alguns passarão grande parte de sua vida adulta trabalhando nesta missão. E se Lucy continuar com uma missão estendida, ele poderia voar por muitas décadas.

p "Pode muito bem ser que, quando Lucy terminar, ou sem gás, que meu filho que acabou de nascer terá a idade que eu tenho agora, "disse Englander, que tem 37 anos, "e isso é muito legal!"

p Mas as pessoas mudam de emprego e se aposentam, então, dada a vida de Lucy, a equipe queria evitar grandes interrupções durante essas mudanças inevitáveis. Para fazer isso, a equipe incorporou um plano de sucessão ao projeto de Lucy:os líderes de missão que tendem a estar mais adiantados em suas carreiras têm deputados mais jovens que podem assumir, se necessário. "Estávamos de olho na questão da longevidade desde o início, "disse Levison, que terá 75 anos quando a missão principal terminar, em 2033.

p Patroclus e Menoetius, contínuo....

p Localizado no enxame de asteróides de Tróia que rastreia Júpiter em sua órbita, o par binário Patroclus e Menoetius, quase igual em massa, estão girando em torno do centro de massa entre eles - "como um halter sem barra, "Sutter observou. Há boas evidências de que as primeiras coisas consideráveis ​​a se formar no sistema solar foram esses tipos de binários.

p Hoje, a maioria desses binários está confinada ao Cinturão de Kuiper, uma região em forma de donut dos cometas mais antigos e menos alterados e outros objetos feitos de gelo, pedra, e poeira. Este cinturão se estende desde a órbita do planeta mais externo Netuno até além da órbita de Plutão.

p A evidência atual indica que Patroclus e Menoetius provavelmente se formaram no sistema solar exterior, no mesmo lugar que muitos dos objetos do Cinturão de Kuiper - eles esperam aprender com certeza quando Lucy chegar perto deles em 2033. Se sim, este par de Trojan pode ser a melhor esperança dos cientistas de alcançar mais objetos semelhantes ao cinturão de Kuiper (a New Horizons visitou o objeto do cinturão de Kuiper Arrokoth em 2019).

p Cientistas como Levison teorizam que quando os planetas gigantes começaram a mudar suas órbitas por volta de 4 a 4,5 bilhões de anos atrás, eles espalharam tudo ao seu redor. Pátroclo e Menoécio espalharam-se por acaso em direção a Júpiter, enquanto muitos outros objetos foram apanhados no Cinturão de Kuiper, e alguns foram lançados fora do sistema solar. "Então, procuramos pistas, sejam elas corretas ou não, "disse Keith Noll, Lucy, cientista do projeto que trabalha na NASA Goddard.

p Quando Lucy chega ao par de Pátroclo, os cientistas examinarão sua composição e o número de crateras em suas superfícies. "Eles serão lisos ou surrados?" disse Noll. "E eles estão batendo um pouco ou muito?" Encontrar respostas para essas perguntas dará aos cientistas uma visão sobre a idade relativa dos asteróides de Tróia e as condições do início do sistema solar.