Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 41 – vyšlo 12. listopadu, ročník 8 (2010) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

41/2010

U komety Hartley 2

Ivan Havlíček

Ke kometám se nelétá tak často, jak by se zdálo. Přeci jen se ale ve čtvrtek 4. listopadu 2010 podařilo přidat k dřívějším nemnohým návštěvám komet další úspěšný těsný průlet, tentokrát kolem jádra komety 103P/Hartley 2. Kometa Hartley 2 byla objevena v roce 1986 Malcomem Hartleym na observatoři Siding Spring v Austrálii. Její oběžná doba byla určena na 6,46 roků, jde tedy o krátkoperiodickou kometu, která dolétne od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium. nanejvýše do vzdálenosti, ve které obíhá planeta Jupiter. Přesná měření charakteristik komety byla prováděna nejrůznějšími metodami. Spitzerovým vesmírným dalekohledemSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. bylo na základě měření ze srpna 2008, kdy byla kometa vzdálena od Slunce 5,5 AUAU – 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., zjištěno, že průměr jádra by se měl pohybovat něco málo přes jeden kilometr (poloměr 0,57±0,08 km), albedoAlbedo – míra odrazivosti povrchu tělesa. Jde o poměr dopadajícího a odraženého elektromagnetického záření vyjádřený zpravidla v procentech nebo desetinných číslech. Pokud není specifikováno jinak, jde o viditelné světlo a kolmý dopad. Například albedo sněhu je 90 % (0,9), albedo oceánů maximálně 10 % (0,1), Země má celkové albedo 31 % (0,31) a Měsíc 12 % (0,12). bylo změřeno na 0,028±0,009. Velkým překvapením proto byla vysoká hodnota emise molekulární vody změřená Spitzerovým dalekohledem (3×10²⁸ molekul za sekundu). Při tak malém jádru by to nutně znamenalo výtrysky vytvářející komuKoma – plynný obal jádra komety, vzniká při přiblížení komety ke Slunci. Koma může mít rozměry stovek až tisíců kilometrů. z celého povrchu jádra, a to dokonce i v afeliuApocentrum – bod na eliptické dráze kolem centrálního tělesa, který je tomuto tělesu nejdále. Pro Slunce se používá výraz afélium, pro Zemi apogeum, pro Měsíc apoluna, pro Jupiter apojovum, pro Saturn apokronum, pro Mars apoareion a pro hvězdu apoastrum., poblíž kterého se kometa právě nacházela. Prozatím nebyla známa jiná tak aktivní kometa. Pro srovnání na kometě 9P/Tempel 1, kterou sonda Deep ImpactDeep Impact – mise NASA ke kometě Tempel 1, start 12. 1. 2005, dopad impaktoru na kometu proběhl 4. 7. 2005. Sondu vynesla nosná raketa Delta 2, hmotnost sondy při startu byla 1 020 kg, primární anténa pro přenos dat měla průměr 1 metr a zajišťovala přenosovou rychlost 175 kb/s. Maximální výkon slunečních článků byl 620 W. Po úspěchu u komety Tempel 1 pokračovala mise pod názvem EPOXI a sonda dne 4. listopadu 2010 prolétla ještě kolem komety Hartley 2. Mise byla ukončena po ztrátě signálu ze sondy v září 2013. navštívila v roce 2005, byla tryskajícími proudy z jádra aktivní jen zhruba jedna pětina povrchu a ani u ostatních blíže známých kometárních jader nebylo zatím nikdy jádro natolik aktivní.

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. Oortův oblak – také Oortovo-Öpikovo mračno. Jedná se o jakousi zásobárnu kometárních jader, která se nachází ve vzdálenosti zhruba 20 000 až 100 000 astronomických jednotek od Slunce. Obsahuje velké množství nepravidelných těles s drahami o sklonech v rozmezí 0 až 90°. Jedná se většinou o slepence zmrzlých plynů, vodního ledu a úlomků hornin, které se dostávají do blízkosti Slunce vlivem gravitačních poruch. Jejich počet se odhaduje na jeden bilión při celkové hmotnosti do 10 Zemí. také Oortovo-Öpikovo mračno. Jedná se o jakousi zásobárnu kometárních jader, která se nachází ve vzdálenosti zhruba 20 000÷100 000 AU od Slunce. Obsahuje velké množství nepravidelných těles s drahami o sklonech v rozmezí 0°÷90°. Jedná se většinou o slepence zmrzlých plynů, vodního ledu a úlomků hornin, které se dostávají do blízkosti Slunce vlivem gravitačních poruch. Jejich počet se odhaduje na jeden bilión při celkové hmotnosti do 10 MZ.

Prozatím byla zblízka pozorována a zkoumána jen nemnohá jádra komet. Poprvé se podařilo uvidět jádro komety Halleyovy, a to evropské sondě GiottoGiotto – 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., dne 14. března 1986 ze vzdálenosti 596 km. Giotto se pak 10. července 1992 ještě přiblížila ke kometě 26P/Grigg-Skjellerup, ke které se dostala dokonce na 125 km. Mise byla čtrnáct dní poté ukončena pro nedostatek paliva. Následovala mise Deep space 1, která po návštěvě asteroidu 9969 Braille v roce 1999 prolétla 22. září 2001 ve vzdálenosti 2 200 km kolem jádra komety Borelli. Dalším kometárním návštěvníkem byla sonda StardustStardust – 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., která prolétla 2. ledna 2004 kolem jádra komety 81P/Wild 2 ve vzdálenosti 240 km. Cílem této mise bylo dopravit na Zemi částice kometárního materiálu, kterým je jádro obklopeno, což se nakonec podařilo. Následovala sonda Deep ImpactDeep Impact – mise NASA ke kometě Tempel 1, start 12. 1. 2005, dopad impaktoru na kometu proběhl 4. 7. 2005. Sondu vynesla nosná raketa Delta 2, hmotnost sondy při startu byla 1 020 kg, primární anténa pro přenos dat měla průměr 1 metr a zajišťovala přenosovou rychlost 175 kb/s. Maximální výkon slunečních článků byl 620 W. Po úspěchu u komety Tempel 1 pokračovala mise pod názvem EPOXI a sonda dne 4. listopadu 2010 prolétla ještě kolem komety Hartley 2. Mise byla ukončena po ztrátě signálu ze sondy v září 2013., která měla připraven experiment s nastřelením impaktoru do jádra komety Tempel 1 a následné studium takto vyvržené látky z hloubi jádra pod viditelným povrchem, jak samotnou sondou, tak pozemskými teleskopy. Tento experiment se podařilo provést 4. července 2005. Jelikož na impaktoru byla také umístěna kamera, byly získány snímky povrchu jádra s velmi vysokým rozlišením detailů ještě před nárazem a roztřískáním impaktoru o kometu.

Úspěšná mise sondy Deep impact byla v roce 2006 prodloužena, sonda byla přesměrována k novým úkolům a byly vytvořeny dva nové dílčí projekty. Prvním projektem, který byl pojmenován EPOCh (the Extrasolar Planet Observation and Characterization Investigation), je sledování extrasolárních planetExoplaneta – extrasolární planeta, planeta obíhající okolo jiné hvězdy, než je naše Slunce. Jejich existence byla předpovězena dlouhou dobu, první exoplaneta u pulzaru byla detekována v roce 1992, první exoplaneta u hvězdy hlavní posloupnosti byla objevena až v roce 1995 u hvězdy 51 Pegasi. Její objevitelé – Michel Mayor a Didier Queloz – získali v roce 2019 Nobelovu cenu. Do roku 2019 bylo nalezeno přibližně 4 000 exoplanet. Většinou jde o velká tělesa s hmotností a velikostí jen o málo menší, než mají hnědí trpaslíci. a jejich charakteristik. Druhým cílem se stalo sledování komet, zejména pak návštěva komety Hartley 2. Tato část projektu byla pojmenována DIXI (Deep Impact eXtended Investigation of comets). Celá mise tak byla přejmenována na EPOXI, název vznikl jako složenina jmen EPOCh a DIXI. Sonda sice měla ještě dle parametrů své dráhy šanci prolétnout kolem komety 85P/Boethin, což se nakonec pro nemožnost tuto kometu přesněji dohledat, nepodařilo. Dalším kandidátem na nové těsné setkání s pozemskou technikou se tak stala kometa Hartley 2. Již při průletu kolem Země v prosinci 2007 (a následně ještě 30. 12. 2008 a 28. 12. 2009) byla zemská přitažlivost využita pro nasměrování sondy tak, aby následné jemné korekce její dráhy umožnily těsný průlet sondy kolem komety dne 4. listopadu 2010, kdy se Hartley 2 měla dostat téměř do periheliaPerihelium – přísluní, bod na eliptické dráze kolem Slunce, který je Slunci nejblíže. Obdobně perigeum je stejný bod na orbitě kolem Země a periluna na orbitě kolem Měsíce. a velmi blízko k dráze ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru..

Jádra dosud navštívených komet při těsných průletech kosmických sond, které se podařilo vyfotografovat. Jádro komety Hartley 2 je z navštívených těles prozatím nejmenší. Zdroj: Projekt EPOXI.

Snímek komety Hartley 2 poblíž otevřené dvojité hvězdokupy χ a h v Perseovi. S postupujícím podzimem se kometa na severní obloze posunuje do ranních hodin, klesá přes Jednorožce do Hydry a Velkého psa a dle očekávání poblíž perihelia také zvyšuje svoji jasnost. Zdroj: NASA. Pokud se chcete na kometu podívat vlastníma očima, stáhněte si vyhledávací mapy.

Dráhy komet Tempel 1 a Hartley 2, které se staly cílem sondy Deep Impact
přejmenované posléze na EPOXI. Zdroj: Projekt EPOXI.

Manévrování sondy EPOXI, které pomocí čtyř průletů kolem Země přivedlo sondu k setkání s kometou. Vzájemná rychlost při průletu sondy míjející kometu byla 12,3 km/s. Zdroj: Projekt EPOXI.

Kometa zblízka. Pět snímků, které se podařilo pořídit při rychlém průletu sondy kolem komety, ukazuje nápadně různý povrch jádra i ve velkém měřítku. Neočekávaná je hladká střední část tělesa, která není nikterak členitá krátery či jinými nerovnostmi typickými naopak pro oba konce protaženého tělesa. Výtrysky, které jsou původci zářící hlavy komety, jsou evidentní výhradně z koncových hlavic protáhlého jádra a na hladké střední části se nenacházejí. Snímky byly pořízeny postupně od horního pravého přes levý uprostřed k dolnímu pravému ve směru hodinových ručiček. Zdroj: Projekt EPOXI.

Jádro komety Hartley 2 vypadá jako obří kosmická ohlodaná kost. Na tak malé těleso jde ale o velmi aktivní útvar. Z radiových měření jsou známa podobná tělesa, která by mohla být i jen několika spojenými volnými kusy skal, které jsou vázány slabou vzájemnou gravitací, možná i elektromagnetickými silami, pokud by šlo o drobný prachový materiál. Je možné, že jádro komety vzniklo složením nesourodých, původně nesouvislých složek a střední část je pokryta jemným prachem. Ve spektru komety, které je nejspíše spektrem zejména plynů obklopujících jádro, byly nalezeny jako hlavní složky voda a oxid uhličitý. Zdroj: Projekt EPOXI.

Spektrum komety pořízené zhruba hodinu před těsným průletem ze vzdálenosti 44 000 km. Voda a CO₂ jako hlavní složky infračerveného spektra by mohly být lepidlem, které za nízkých teplot drží nesourodý materiál jádra pohromadě. Zdroj: Projekt EPOXI.

Mapy kometární hlavy pořízené ve vybraných oblastech spektra tak, že jsou zobrazeny zvlášť prostorová rozložení vodních par, CO₂ a prachového obalu drobného kamenného jádra. Zdroj: Projekt EPOXI.

Fluktuace výronů CO₂ v dlouhodobějším měřítku. Pravděpodobně díky rotaci komety a nerovnoměrnosti podpovrchového složení a rozvrstvení zmrzlého CO₂ dochází díky slunečnímu osvitu k nestejnorodému odpařování tohoto plynu v čase. Na horním pruhu jsou snímky komety ve světle pouze CO₂, jak odpovídají spodní datové stupnici. Jasnost komety ve světle CO₂ je zachycena žlutými body. Zdroj: Projekt EPOXI.

Výsledky získané sondou EPOXI se budou jistě ještě dlouho a pečlivě zpracovávat. Výše uvedený text je proto jen stručnou zprávou o úspěšném projektu, kterým těsný průlet ve vzdálenosti 700 km od jádra komety je. Míření sondy s takovou přesností přitom probíhalo na několikrát v průběhu posledních čtyř roků. Pořízení pěti velmi kvalitních snímků jádra, kolem kterého prolétla sonda rychlostí 12,3 km/s se přitom jeví jako malý zázrak. Budiž tedy všem odměnou pohled na krásně ohlodanou kosmickou kost, která se k nám přilétla podívat z doby, kdy sluneční soustava teprve vznikala.

Klip týdne: Nadšení v řídicím středisku mise EPOXI

Nadšení v řídicím středisku mise EPOXI. Chvíle napětí v řídícím středisku mise EPOXI v očekávání snímků z těsného průletu kolem jádra komety Hartley 2. Sonda Deep Impact prolétá 4. 11. 2010 ve vzdálenosti 700 km kolem jádra komety 103P/Hartley 2 v rámci projektu EPOXI. Napětí v sále je optimisticky americké a radost všech v sále při načtení prvního snímku kometárního jádra pořízeného sondou je pochopitelná. Na závěr je ukázáno všech pět snímků, které byly při průletu pořízeny. Z jádra tvaru protažené činky jsou na obou koncích patrné výtrysky způsobující záři komety na tmavé obloze. Zdroj NASA, 2010. (avi/xvid, 10 MB)

Odkazy