Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 11 – vyšlo 14. března, ročník 3 (2005) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

11/2005

Sonda Deep Impact

Jana Sainerová

Počátkem letošního roku odstartovala mise americké NASA ke kometě Tempel 1 – sonda Deep Impact. Kromě přístrojů pro výzkum sonda také nese 370 kilogramů hmotný projektil, který dopadne na povrch kometyKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu.. A důvod? Budeme mít poprvé příležitost studovat složení původního materiálu, ze kterého se kdysi tvořila sluneční soustava.

Magnituda – někdy též zdánlivá magnituda, logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log J. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice (zavedl ji anglický astronom Norman Pogson v roce 1856). Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). Nejjasnější hvězda na severní polokouli Arcturus má magnitudu −0.05, nejjasnější hvězda celé noční oblohy, Sírius, má magnitudu –1.6. Relativní magnituda vypovídá o skutečné jasnosti hvězdy na obloze, která kromě svítivosti závisí také na vzdálenosti hvězdy. Rozlišujeme bolometrickou magnitudu (v celém spektru) a vizuální magnitudu (pouze ve viditelném spektru). AU – astronomická jednotka (Astronomical Unit), původně střední vzdálenost Země od Slunce, v roce 2012 ji IAU definovala jako 149 597 870 700 m přesně a změnila zkratku z AU na au. Astronomická jednotka se používá především pro určování vzdáleností ve sluneční soustavě, pro přibližné odhady postačí hodnota 150 milionů kilometrů. Kometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu.

Historie

Sonda Deep Impact je společným projektem University of Maryland a Jet Propulsion Laboratory Kalifornského institutu technologie v Pasadeně. Postavena byla v laboratořích firmy Ball Aerospace & Technologies, v Boulderu v Coloradu.

Start byl původně naplánovaný na počátek roku 2004. Postupně byl kvůli rozličným problémům, například s dodávkami součástí sondy, odložen až na 30. prosince 2004. Nakonec byla sonda Deep Impact vypuštěna teprve 12. ledna 2005 na nosiči Delta II z Kennedyho vesmírného centra na Floridě. Přesto bude možné stihnout plánované datum dopadu projektilu na kometuKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu., tedy 4. července 2005.

Sonda Deep Impact. Nalevo: nákres s přístroji. Napravo: Fotografie sondy
z Astrotech Space Operations, kde probíhaly přípravy ke startu.

Parametry a vybavení

Celá sonda sestává ze dvou částí – mateřské sondy a impaktoru (z anglického impact, tedy dopad, náraz). Na palubě také nese tři vědecké přístroje určené ke shromažďování informací. Celkové rozměry jsou 3,3 m × 1,7 m × 2,3 m a hmotnost činí 1 020 kilogramů.

Tříose stabilizované, 650 kilogramů těžké mateřské těleso kromě samotného impaktoru nese dva hlavní zobrazovací přístroje sondy – dalekohled s vysokým (High Resoution Instrument) a středním (Medium Resolution Instrument) rozlišením. Bude také přenášet data z těchto přístrojů a dopadové části na Zemi. Po uvolnění impaktoru dojde ke zpomalení sondy, která bude sledovat dopad, tvorbu kráteru a vyvržený materiál ze vzdálenosti přibližně 500 kilometrů od komety. Vysokozisková parabolická anténa umožňuje přenos dat k Zemi rychlostí až 170 kbps.

Dopadová část se od mateřského tělesa uvolní 24 hodin před dopadem na osvětlenou stranu kometyKometa – těleso malých rozměrů obíhající kolem Slunce většinou po protažené eliptické dráze s periodou od několika let po tisíce roků. Při přiblížení ke Slunci se vypařuje část materiálu jádra a kometa vytváří komu a eventuálně ohon. Jde o pozůstatky materiálu z doby tvorby sluneční soustavy. Dnes se nacházejí v Oortově oblaku za hranicemi sluneční soustavy, ve vzdálenosti 20 000÷100 000 au. Některé komety pocházejí i z bližšího Kuiperova pásu.. Vzhledem k vzájemné rychlosti sondy a komety kolem 10 km/s a také hmotnosti impaktoru 370 kilogramů dojde k uvolnění 19 gigajoulů energie (ekvivalent 4,8 tun TNT). Z důvodu přesnosti, s jakou je třeba mířit (strefujeme se do terče o velikosti 6 km ze vzdálenosti větší než milión kilometrů!), nese sonda také přístroj pro správné navedení impaktoru na kometu (Impactor Target Sensor) a je vybavena autonomním navigačním systémem, který může provádět drobné úpravy dráhy. 49 % hmotnosti impaktoru tvoří měděné jádro. Měď byla zvolena proto, že při zničení impaktoru dojde k uvolnění velkého množství částic, které budou takto vyzařovat na jiných vlnových délkách, než které budou použity ke zkoumání jádra. Spektrum tedy nebude kontaminováno čarami materiálu z projektilu.
 

High Resolution Instrument (HRI) – kombinuje možnosti dalekohledu pro snímání ve viditelném světle a infračerveného spektrometru. Je určen pro sledování kometárního jádra. Průměr dalekohledu je 30 cm a ohnisková vzdálenost 10,5 metru. Při vzdálenosti 700 km od komety je schopen dosáhnout rozlišení až 1,4 metru na pixel. Medium Resolution Instrument (MRI) – může kromě snímkování komety sloužit také k navigaci pro své širší zorné pole. Průměr zrcadla je 12 centimetrů, ohnisková vzdálenost 2,1 metru a dosažitelné rozlišení při vzdálenosti 700 km od sondy je 7 metrů na pixel. MRI pozoruje pouze ve viditelném oboru. Slouží také jako funkční záloha HRI. Impactor Target Sensor (ITS) – je stavbou téměř shodný s MRI, pouze neobsahuje filtry pro CCD kameru. Slouží k navedení impaktoru na kometu. Navíc umožní pořízení snímků kometárního jádra s nejlepším dosavadním rozlišením, až 0,5 metru na pixel v době těsně před impaktem, pokud optika přístroje přežije srážky s prachovými částečkami během přibližování ke kometě.

Data ze sondy jsou přijímána sítí antén dálkového spojení (Deep Space Network). Jedná se o antény rozmístěné po Zemi ve zhruba 120° odstupech tak, aby byla zajištěna neustálá sledovatelnost sond – ve Španělsku, Austrálii a Kalifornii. Tyto antény slouží také pro přenos příkazů k sondě a distribuci dat k dalším pozemským pracovištím.

Proč vlastně to všechno?

Fakt, že se jedná o první příležitost podívat se do nitra komety, je nesmírně lákavý. O kometách se říká, že jsou to rezervoáry původního materiálu, který zbyl po tvorbě planet a Slunce. Tento způsob umožní prozkoumat nezměněný materiál, na který nikdy nedopadlo sluneční světlo, a udělat si tak lepší představu o počátečním složení sluneční soustavy před přibližně čtyřmi a půl miliardami let.

Dalším přínosem mise bude možnost sledovat vznik samotného kráteru. Odhady jeho velikosti se různí. Ty nejoptimističtější hovoří dokonce o rozloze fotbalového hřiště a hloubce 30÷50 metrů. Vše záleží na struktuře a vlastnostech materiálu, ze kterého je kometa složena. Navíc by také po nárazu mohlo dojít ke zvýšení aktivity komety a tím pádem i jejímu zjasnění až o několik magnitud!

Přibližně jeden měsíc po dopadu bude ještě pokračovat sledování jádra a odesílání dat na Zemi. Samotný projekt ale bude pokračovat ještě několik měsíců, po které budou zpracovávána přijatá data.

Kometa Tempel 1

Kometu 9P/Tempel 1 objevil Ernst Wilhelm Tempel 3. dubna 1867. Jedná se o kometu krátkoperiodickou, s oběžnou dobou přibližně 5,5 roku. V přísluní se ke Slunci přibližuje na přibližně 1,5 astronomické jednotky. Jádro je patrně protáhlé s průměrem kolem 6 kilometrů.

Uvážíme-li, že předpokládaná hmotnost jádra je zhruba 10¹⁴ kilogramů, pak je jasné, že srážka s 370 kilogramů hmotným projektilem rozhodně nemůže mít vliv na dráhu komety. V tomto ohledu se jeví jako výstižné přirovnání kamínku letícího proti nákladnímu automobilu. Může ho sice poškrábat, ale v žádném případě vychýlit.

Jiné podobné mise

Mise Deep Impact není první misí zaměřenou na studium komet. Je ale první, která odhalí pohled do hloubky kometárního jádra.

Giotto – sonda ESA, která startovala 2. července 1985, mise úspěšně skončila 23. července 1992. Zkoumala komety Halley a Grigg-Skjellerup. Přinesla první fotografie kometárního jádra zblízka. Stardust – sonda NASA vypuštěná 6. února 1999. Za pomoci aerogelu sbírala prachové částice a páry z ohonu komety Wild 2, fotografovala jádro komety a provedla předběžný rozbor kometárního prachu. K návratu vzorků na Zemi došlo v návratovém pouzdře 15. ledna 2006. Vlastní sonda pokračovala v letu pod názvem Stardust NExT ke kometě Tempel 1. CONTOUR – COmet Nucleus TOUR, sonda NASA, která startovala 3. července 2002. Sonda se měla setkat se dvěma kometárními jádry, s kometou Encke a Schwassmann-Wachmann-3. Se sondou byl ztracen kontakt v srpnu 2002. Rosetta – sonda ESA vypuštěná 2. března 2004, která byla jako první navedena na oběžnou dráhu kolem jádra komety (67P/Čurjumov–Gerasimenko dne 6. srpna 2014). Dále uskutečnila průlet kolem planetek 2867 Steins (5. září 2008) a 21 Lutetia (10. července 2010); řízené přistání na jádru komety (modul Philae, 12. listopadu 2014). Během cesty ke kometě se podílela na projektu Deep Impact při pozorování komety 9P/Tempel 1 a projektu New Horizons při pozorování Jupiteru a plazmového toru měsíce Io. Sonda spolu s kometou prošla perihéliem 13. srpna 2015. Mise byla několikrát prodloužena a definitivně byla ukončena dne 30. září 2016 řízeným pádem na povrch komety.

Závěr

Samotnou misi budou doprovázet pozemská pozorování, která doplní informace, jež nám zašle mateřské těleso. Kometu bude také možné pozorovat menšími dalekohledy, v červenci letošního roku by totiž měla mít přibližně desátou magnitudu a bude tedy dostupná i amatérskými dalekohledy. Bohužel bude ale příliš nízko pro pozovatele na severní polokouli.

Instalace CD se jmény 560 000 lidí, kteří se zapsali přes internet
ke svému „drtivému dopadu“ od května 2003 do ledna 2004.

Odkazy