Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 36 – vyšlo 16. listopadu, ročník 11 (2013) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

36/2013

Vzpomínky na Deep Impact

Petr Kulhánek

Sonda Deep Impact se v srpnu 2013 po osmi letech činnosti odmlčela a je definitivně ztracena. Šlo o zcela mimořádnou americkou sondu s mimořádnými výsledky. V roce 2005 prolétla kolem komety Tempel 1 ve vzdálenosti pouhých 500 kilometrů od jádra. Ze sondy se oddělilo chytré pouzdro (impaktor), které bylo vrženo na povrch komety. Samotné pouzdro filmovalo jádro komety až do okamžiku těsně před dopadem. Mělo hmotnost 370 kg a uvnitř baterie, které zajišťovaly jeho akceschopnost po dobu 24 hodin. Impaktor zasáhl kometu Tempel 1 dne 4 července 2005 a my jsme o této události podrobně v Aldebaran Bulletinu informovali (viz AB 11/2005, AB 31/2005). První výsledky analýz vyvržených plynů z jádra komety se objevily v následujících letech, ale teprve v současnosti jsou veškerá data kompletně zpracována a je možné se za celým projektem a jeho zajímavými výsledky ohlédnout. A samotná sonda Deep Impact? Ta byla po průletu kolem komety Tempel 1 nasměrována ke kometě Hartley 2, kolem které prolétla dne 4. listopadu 2010 (viz AB 41/2010). Poté, co byl v srpnu 2013 ztracen kontakt se sondou, byla mise formálně prohlášena dne 16. září 2013 za ukončenou. Navštívená kometa Tempel 1 drží jeden zajímavý rekord. Jde o jedinou kometu, kolem které prolétly sondy vytvořené lidmi dvakrát. Podruhé se tak stalo v roce 2011, kdy zde prosvištěla sonda Stardust NExTStardust NExT – mise NASA, která se 14. 2. 2011 přiblížila ke kometě Tempel 1 a podrobně ji fotografovala. Tuto kometu již dříve navštívila sonda Deep Impact a udělala na ní umělý kráter. Jde o jedinou kometu navštívenou dvakrát. Mise Stardust NExT je pokračováním předchozí mise Stardust, která byla ukončena v roce 2006. Zkratka NExT znamená „New Exploration of Tempel 1“. (viz AB 11/2011).

Umělecká vize jádra komety Tempel 1. Zdroj: APOD.

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. 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. Tempel 1 – periodická kometa obíhající Slunce s periodou 5,5 roku. Patří do Jupiterovy rodiny komet. Objevil ji Wilhelm Tempel v roce 1867. V roce 2005 navštívila tuto kometu sonda Deep Impact a za pomoci impaktoru na povrchu komety vytvořila umělý kráter. Kometa byla opětovně navštívena 14. 2. 2011 sondou Stardust NExT. Jde o jedinou kometu, kterou naše sondy navštívily dvakrát. Deep 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.

Komety jsou nesmírně důležité cíle kosmických sond, jsou jakýmisi rezervoáry původní látky, ze které před pěti miliardami let vznikala Sluneční soustava. Studium jejich materiálu zblízka umožňuje pochopení procesů, které stály u zrodu našeho domova v širším slova smyslu. Komety jsou proto významnými cíly jak americké vesmírné agentury NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. (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., CONTOURCONTOUR – 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., 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.), tak evropského protějšku ESAESA – European Space Agency, Evropská kosmická agentura. ESA spojuje úsilí 18 evropských zemí na poli kosmického výzkumu. Centrální sídlo je v Paříži, pobočky jsou v mnoha členských zemích. ESA byla založena v roce 1964 jako přímý následovník organizací ESRO a ELDO. Nejznámější nosnou raketou využívanou ESA je Ariane. Česká republika vstoupila do ESA v listopadu 2008. (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., RosettaRosetta – 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.). Svrhnutí impaktoru na jádro komety Tempel 1 v roce 2005 bylo prvním a zatím posledním pokusem o aktivní výzkum látky kometárního jádra. V tomto bulletinu se pokusíme shrnout zajímavé výsledky aktivního výzkumu komety Tempel 1, na kterém se podílelo 250 vědců z mnoha zemí světa.

Po samotném impaktu byl následný výron kometárního materiálu podstatně menší, než se očekávalo na základě testů prováděných na Zemi. Ukázalo se, že povrch kometárního jádra pravděpodobně nebyl tak kompaktní, jak se předpokládalo. Do hloubky srovnatelné s několikanásobkem průměru impaktoru muselo jít o velmi porézní látku s extrémně nízkou hustotou – kolem 75 % by podle analýzy dopadu měl tvořit prázdný prostor. Z rozboru pořízených snímků se zdá, že hlavní svítící složkou vyvrženého materiálu jsou drobné žhavé kapalné kuličky. Výron látky po dopadu byl pozorován a zkoumán mnoha pozemskými přístroji, za všechny jmenujme například spektra pořízená infračerveným spektrometrem na dalekohledu Gemini-N, která podrobně zmapovala charakteristické čáry křemíku.

Výron materiálu komety Tempel 1 způsobený dopadem impaktoru vyslaného ze sondy Deep Impact, který byl pozorovaný z přístroje se středním rozlišením. Zdroj: NASA, JPL, Caltech, UMD.

Video bylo pořízeno při průletu sondy Deep Impact kolem jádra komety Tempel 1. Snímky byly nahrávány po dobu 40 sekund kamerou s vysokým rozlišením. Obrázky byly počítačově upravovány. Zdroj NASA (h264/mpeg4 avc, 620 kB).

Velmi zajímavý je povrch jádra komety Tempel 1. Z infračervených spekter a analýzy barevných odstínů na pořízených snímcích byly na jádře detekovány tři malé oblasti čerstvého vodního ledu, dvě z nich ve sníženinách připomínajících dna starých kráterů. Z mnoha míst kometárního jádra unikají výtrysky plynů, které byly analyzovány spektrometrem sondy. Na straně přivrácené ke Slunci unikaly z kometárního jádra především vodní molekuly, maximum výronů vodních par se nacházelo v okolí rovníku (souřadnicová síť je dána rotační osou jádra). Na jižní polokouli (právě se nořila do tmy polární noci) naopak převládaly výrony oxidu uhličitého. Asymetrie chemického složení jednotlivých výronů i celé komy byla sledována infračerveným spektrometrem. Není jasné, zda různé složení výronů plynů v různých oblastech jádra bylo důsledkem sezónních změn, nebo důsledkem skutečné chemické diferenciace povrchu jádra. U později navštívené komety Hartley 2 (v roce 2010) byl pozorován obdobný jev, vodní páry unikaly z oblejšího konce jádra a oxid uhličitý z užšího konce jádra. Zde byla ale situace jasná, šlo o chemickou diferenciaci, neboť složení výronů nezáviselo na denní době. Výrony ¨plynů z jádra komety Hartley 2 byly intenzivnější než z jádra komety Tempel 1. Povrch jádra Tempel 1 má velmi nízké 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)., absorbuje 96 % dopadajícího světla, a je proto „černější“ než uhlí. Při analýze prachových částic unikajících z kometárního jádra Tempel 1 se podařilo identifikovat některé povrchové útvary, které jsou zdrojem částic.

Teplotní mapa povrchu jádra komety Tempel 1. Čísly v kroužcích jsou vyznačeny
nalezené oblasti vodního ledu. Zdroj: NASA.

Výzkum jádra komety Hartley 2 poněkud pozměnil naše názory na původ komet. Z poměru množství ledu tvořeného oxidem uhelnatým CO a oxidem uhličitým CO₂ na jádrech krátkoperiodických a dlouhoperiodických komet vyplynulo, že krátkoperiodické komety vznikaly blíže ke Slunci než dlouhoperiodické. Dříve se předpokládalo, že dlouhoperiodické komety vznikaly v blízkosti obřích planet a krátkoperiodické v Kuiperově pásu. Obří planety ale podle současných názorů do svých míst migrovaly v průběhu vývoje Sluneční soustavy. Nové výsledky jsou lépe slučitelné se současným modelem migrace planet. 

Jádra obou navštívených komet, nalevo Tempel 1, napravo Hartley 2. Zdroj: NASA.

Odkazy