För lite över 4 miljarder år sedan, planeterna i vårt solsystem samexisterade med ett stort antal små steniga eller isiga objekt som kretsade runt solen. Dessa var de sista resterna av planetesimalerna – de primitiva byggstenarna som bildade planeterna. De flesta av dessa överblivna föremål gick sedan förlorade, eftersom förändringar i de jättelika planeternas banor spred dem till de avlägsna yttre delarna av solsystemet eller bortom. Men några fångades i två mindre avlägsna regioner, nära punkter där gravitationspåverkan från Jupiter och solen balanserar, och har förblivit instängda där, mestadels orörd, i miljarder år.

För inte riktigt 4 miljoner år sedan, en gammal förfader till moderna människor strövade omkring i landet i det som senare skulle bli landet Etiopien. För trettiofyra år sedan, Donald Johanson upptäckte det fossiliserade skelettet av denna varelse, senare kallad Lucy, efter Beatles hit "Lucy in the Sky with Diamonds" från 1967.

Tre år från nu, en rymdfarkost vid namn Lucy, inspirerad av det berömda fossilet, kommer att påbörja sin utforskning som kan hjälpa till att fastställa solsystemets tidiga historia.

NASA:s Lucy-uppdrag kommer att flyga förbi sex av dessa fångade planetesimaler – de trojanska Jupiter-asteroiderna – och ge mänskligheten sin första glimt av dessa forntida föremål. Genom att studera dessa fossiler av planetbildning, Lucy-uppdraget kunde avslöja lika mycket om solsystemets utveckling som Lucy-fossilen gjorde om mänsklig evolution. Och på väg till trojanerna, Lucy kommer att besöka en asteroid som teamet har döpt till Donaldjohanson, efter antropologen som upptäckte vår förfaders fossiliserade skelett.

"Trojanerna har viktiga ledtrådar till solsystemets ursprung eftersom de är överblivna rester från, och så var vittnen till, processen som byggde planeterna, " sa chefsutredare Harold Levison vid Southwest Research Institute i Boulder, Colorado.

Trojanerna kretsar runt solen synkront med Jupiter, går nästan samma väg, men leder jätteplaneten med ungefär en sjättedel av vägen runt omloppsbanan, eller ligger efter med samma belopp. Detta håller dem nära en av två gravitationsstabila "Lagrange"-punkter, L4 och L5, placerad i spetsen av en liksidig triangel med Jupiter och solen, där de är skyddade från att störas på olika banor eller helt ut ur solsystemet. Områdena runt Jupiters L4- och L5-punkter innehåller vardera en svärm av föremål som är miljarder år gamla som innehåller information om vårt solsystems historia.

Jordbaserade observationer har gjort det möjligt för astronomer att klassificera de trojanska asteroiderna genom subtila variationer i färg och trolig sammansättning. "Vi ser variation i egenskaperna vi kan mäta från jorden och vi skulle vilja veta den fysiska grunden bakom denna variation, " Lucy Project Scientist Keith Noll sa. "Ett uppdrag till ett enda objekt skulle inte ha tillåtit den typen av jämförelse – genom att ta prov på en mångsidig uppsättning objekt, Lucy kommer att ge en bättre grund för att förstå vad vi ser i den bredare befolkningen." Genom att besöka sex trojaner som spänner över alla huvudtyperna, varav två utgör ett binärt system (två objekt som kretsar runt varandra), Lucy kommer att få en mängd information om objekten som utgjorde solsystemets ursprungliga planetesimala skiva. Noll arbetar på NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland som är en nyckelpartner i Lucy-uppdraget.

En egenskap som trojanerna har gemensamt är att de är mörka. "De reflekterar bara fyra eller fem procent av ljuset som träffar dem, sade Noll. Det är riktigt mörkt. Svart trottoar på vägen är mycket mer reflekterande."

Det som förmörkar trojanerna är ett mysterium som kan få överraskande konsekvenser för vår jord. "Mörka föremål kan ha organiska (kolhaltiga) föreningar på sina ytor, ", sa seniorforskaren Amy Simon. "Om många av trojanerna vi undersöker visar bevis på organiska ämnen, det kommer att antyda att byggstenarna för livet var vanliga i det tidiga solsystemet." Simon arbetar på NASA Goddard där hon fungerar som biträdande huvudutredare för ett av Lucy-rymdfarkostens instrument.

Några av samma processer som fångade trojanerna i deras nuvarande banor skickade andra överblivna planetesimaler längre från solen, och vi finner dem nu i Kuiperbältet, den isiga regionen bortom Neptunus som är hem för Pluto och andra dvärgplaneter. (NASAs rymdfarkost New Horizons utforskade Pluto efter en 9-årig resa, och kommer att flyga förbi ett annat Kuiperbältsobjekt på nyårsdagen 2019.)

Datainsamling kommer att vara avgörande för Lucys framgång. Uppdraget kommer att bära fyra instrument i sin nyttolast:L'Ralph, bestående av MVIC (Multi-spectral Visible Imaging Camera), en flerfärgsbildapparat, och LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array), en spektrograf som ger information om ytsammansättning; L'LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), en högupplöst kamera; och L'TES (Thermal Emission Spectrometer), som kommer att mäta yttemperaturerna på trojanerna. Och förutom de vetenskapliga instrumenten, Lucys kommunikation (radio) och målinsamlingssystem (TTCam) kommer att bidra till vetenskapsuppdraget. L'Ralph kommer att analysera trojanernas ytor för att leta efter förekomsten av olika silikater, isar och organiska ämnen på dessa asteroider. L'LORRI kommer att ta högupplösta bilder av trojanerna kompletterade med TTCam på närmaste håll. L'TES kommer att undersöka det fysiska tillståndet på trojanernas ytor, och radiodata kommer att användas tillsammans med bilddata för att bestämma deras massor och densiteter.

Lucy är planerad att lanseras i oktober 2021, flyger förbi fler mål i olika banor runt solen än något annat uppdrag i historien. Svar på nyckelfrågor om solsystemets avlägsna förflutna kommer nu att finnas inom räckhåll, tack vare Lucy-uppdraget.

Lucy-uppdraget leds av Dr. Harold Levison och hans team vid Southwest Research Institute och leds av NASA:s Goddard Space Flight Center. Instrumenten på Lucy är utvecklade av Goddard, Arizona State University, och Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. Rymdfarkosten kommer att utvecklas och konstrueras av Lockheed Martin. Efter dess konstruktion, Lucy kommer att genomgå ytterligare tester, och om tre år lanseras på ett uppdrag som för alltid kommer att förändra vår kunskap om solsystemet.