Aldebaran bulletin

Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze
Číslo 29 (vyšlo 8. srpna, ročník 12 (2014)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Hledej

Rande s kometou

Radek Beňo

Ve středu 6. srpna 2014 v 9:29 UTUT – světový čas, Universal Time. Čas je dnes měřen podle standardu UTC (Universal Time Coordinated) a je totožný s pásmovým časem na Greenwichském poledníku. Do roku 1928 se označoval zkratkou GMT (Greenwich Mean Time), v té době byl odvozen od střední doby oběhu Země kolem Slunce. pokořilo lidstvo další milník v dobývání vesmíru. Poprvé v historii vstoupil lidmi vytvořený objekt na orbitu kolem komety. Jedná se o sondu Evropské kosmické agenturyESA – 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. s názvem 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., jejímž cílem byla kometaKometa – 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. 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G) objevená v roce 1969 Svetlanou GerasimenkovouKlimem Čurjumovem. Rosetta k této vlasatici vážila dlouhou cestu – za více než deset let uletěla přibližně 6,4 miliard kilometrů a provedla velké množství korekcí dráhy včetně několika průletů kolem 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. Mohorovičićovým 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., MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila. a dvou planetekPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu.. Nyní je od jádra komety 67P/C-G vzdálena pouhých sto kilometrů a čeká ji sada přibližovacích manévrů. V listopadu tohoto roku opustí mateřskou sondu malý robotický modul Philae, pokusí se přistát na jádru komety a podrobně zkoumat jeho povrch.

Logo mise Rosetta

Logo mise Rosetta

ESA – 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.

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.

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.

Celá mise má za cíl především komplexní a přímé studium složení jádra komety, ale taktéž studium změn chování povrchu komety při jejím přiblížení ke Slunci. Lidstvo tak může dostat odpověď hned na několik otázek: Jak vznikala Sluneční soustava a malé planetky v ní? Byl už někdy dříve ve Sluneční soustavě život? Kde se vzala ve Sluneční soustavě voda?

Velmi ambiciózní plán mise je navíc umocněn spoustou prvenství – po prvním přistání lidského objektu na kometě a prvním navedení na oběžnou dráhu kolem komety se jedná především o první přímou detailní analýzu jejího povrchu. Rosetta na cestě za kometou proletěla Hlavním pásem planetekHlavní pás – pás planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Největším tělesem je planetka Ceres (průměr 974 km) objevená v roce 1801. V roce 2005 překročil počet známých těles Hlavního pásu 100 000. Jejich úhrnná hmotnost je ale velmi malá. Existuje zde jen 16 těles s rozměry nad 240 km., což byl první „evropský“ průlet tohoto druhu. V neposlední řadě byla Rosetta první sondou, která proletěla okolím JupiteruJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×1027 kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole. se solárními panely jakožto hlavním zdrojem energie.

Umělecká vize sondy Rosetta

Umělecká vize sondy Rosetta v blízkosti komety 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Zdroj: ESA.

Historie letu

O startu sondy Rosetta jsme vás informovali v bulletinu AB 20/2003. Plánovaný start sondy dne 13. ledna 2003 byl však kvůli listopadové havárii nosné rakety Ariane 5Ariane – nosná raketa využívaná Evropskou kosmickou agenturou. Její název pochází z francouzského přepisu jména mytologické postavy Ariadne. Nosič byl vyvíjen od 70. let dvacátého století. První úspěšný start Ariane 1 proběhl v roce 1979. Dnes je k dispozici nosič Ariane 5 ECA s výškou 59 metrů, průměrem 5,4 metru, celkovou hmotností 770 tun a užitečným nákladem 10 tun. Rakety startují ze základny Kourou ve Francouzské Guianě. odložen a ani další pokusy o start mise nebyly úspěšné. Vypustit Rosettu do vesmíru se tak podařilo až 2. března 2004 z kosmodromu 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. v Kourou ve Francouzské Guyaně. Kvůli problémům se startem musel být i kompletně změněn letový plán. Namísto původní komety 46P/Wirtanen, jejíž letové okno již nebylo možné dosáhnout, byla vybrána za cíl kometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. K  dosažení její orbity však bylo potřeba využít gravitačních manévrů po téměř celé vnitřní části sluneční soustavy.

Prvního z celkem tří průletů kolem Země bylo dosaženo 4. března 2005. Na 25. února 2007 byl kvůli další nutné korekci dráhy letu pomocí gravitačního praku naplánován velmi blízký průlet kolem MarsuMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila., který se měl uskutečnit pouhých 250 kilometrů nad jeho odvráceným povrchem. Jelikož byla sonda ve stínu planetyPlaneta – nebeské těleso, které: 1) obíhá okolo Slunce. 2) má dostatečnou hmotnost, aby jeho gravitace překonala vnitřní síly pevného tělesa (dosáhne kulového tvaru odpovídajícího hydrostatické rovnováze). 3) vyčistí okolí své dráhy od drobnějších těles. Planetami jsou Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran a Neptun. V poslední době se název planeta vžil i pro exoplanety obíhající kolem jiných hvězd, než je naše Slunce., nebylo možné s ní udržovat rádiové spojení, a co hůře, nebylo možné ji napájet ze solárních panelů. Po dobu 15 minut tak musela „přežít“ v pohotovostním režimu na záložních bateriích, které ovšem nebyly pro tento účel zkonstruovány. Tento úspěšný manévr pak vešel do dějin pod názvem „Hra o miliardu euro“. Další úsměvný kousek se Rosettě povedl při druhém průletu kolem 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. Mohorovičićovým 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., dne 13. listopadu 2007, kdy byla mylně označena za planetkuPlanetka – nesprávně asteroid, malé těleso o rozměrech maximálně stovek kilometrů na samostatné dráze kolem Slunce. Nejvíce planetek se nachází v tzv. Hlavním pásu mezi drahami Marsu a Jupiteru. Obdobná tělesa jsou i v Kuiperově pásu za drahou Neptunu., jejíž nízký průlet by mohl ohrozit Zemi. Dne 5. září 2008 proletěla Rosetta Hlavním pásem planetekHlavní pás – pás planetek mezi drahami Marsu a Jupiteru. Největším tělesem je planetka Ceres (průměr 974 km) objevená v roce 1801. V roce 2005 překročil počet známých těles Hlavního pásu 100 000. Jejich úhrnná hmotnost je ale velmi malá. Existuje zde jen 16 těles s rozměry nad 240 km. mezi Marsem a Jupiterem. Zde ze vzdálenosti 800 kilometrů přibližně měsíc důkladně pozorovala planetku 2867 Šteins. Naposledy navštívila Rosetta okolí Země 12. listopadu 2009 při svém třetím průletu. Posledním objektem pozorování před samotnou kometou byla dne 10. července 2010 planetka 21 Lutetia, kterou Rosetta sledovala ze vzdálenosti 3 160 km. Dne 8. června 2011 byla sonda kompletně uvedena na dlouho dobu do stádia hibernace, během kterého navštívila i okolí planety JupiterJupiter – největší a nejhmotnější (1,9×1027 kg) planeta Sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole..

Celou historii letu sondy Rosetta si lze prohlédnout na velmi zdařilé 3D interaktivní vizualizaci Evropské kosmické agentury.

Sonda Rosetta

Jméno Rosetta dostala sonda po Rosettské desce, která byla objevena v roce 1799 při Napoleonově tažení do Egypta, a díky níž v roce 1822 rozluštil francouzský archeolog Champollion egyptské hieroglyfy. Tento název má pravděpodobně označit sondu Rosetta za zprostředkovatele nových vědomostí, které má její mise přinést. Na palubě sondy se také nachází disk z niklové slitiny, na kterém je leptaným mikropísmem zaznamenáno přibližně 13 tisíc stran textu v 1 200 různých jazycích. Modul Philae taktéž nedostal kdejaké jméno – je pojmenován podle významného ostrova na Nilu, kde byl nalezen obelisk s dvojjazyčným nápisem (démotické písmo a hieroglyfy), který taktéž napomohl k rozluštění hieroglyfů.

Co se týká technického vybavení, je sonda Rosetta komplexním „špionážním“ zařízením, jehož podrobnější popis by vystačil na několik dalších čísel Aldebaran bulletinu. Pojďme se proto ve stručnosti podívat na to nejdůležitější, co se vědcům z ESA podařilo vtěsnat do této hliníkové krabice o rozměrech 2,8×2,1×2 metry.

ALICE (UV spektrograf)
Ultrafialový spektrograf má za úkol především hledat a analyzovat vzácné plyny v jádře komety, ze kterých bude následně odhadnuta teplota během stvoření komety. Detekce se provádí pomocí bromidu draselného a jodidu cesia, spektrograf pracuje v extrémním a dalekém ultrafialovém spektru (70÷205 nm).
OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System)
Kamerový systém s úzkým (700 mm) a širokoúhlým (140 mm) objektivem. CCDCCD – Charge Coupled Device, zařízení s nábojovou vazbou, umožňuje převést paralelní analogový signál (elektrický náboj kumulovaný v potenciálových jámách) na sériový signál, daný časovou posloupností proudových pulzů úměrných kumulovanému náboji. Při serializaci paralelní informace CCD funguje jako posuvný registr, který umožňuje postupné posouvání náboje změnou potenciálového profilu řízenou hodinovým signálem. (Přesun náboje si lze přestavit podobně jako řetěz lidí předávajících si při požáru na povel různě naplněná vědra s vodou. S každým povelem se konkrétní vědro posune o krok blíže k požáru. Časový průběh proudu vody vylitého do ohně odráží prostorové rozložení objemů vody ve vědrech.) Potenciálové jámy mohou být umístěny vedle sebe pouze v jediné řadě (lineární CCD) nebo ve více řadách (plošné CCD). Nejznámějšími CCD jsou fotoelektrické snímače, kdy se rozložení náboje vytváří vnitřním fotoefektem. Mohou však sloužit i jako paměťové prvky (například jako odkládací paměť pro výše zmíněné fotoelektrické snímače). V zobrazovacích zařízeních jsou nejmenší rozměry jednoho CCD pixelu 9×9 mikrometrů a plošné senzory jsou tvořeny maticí velkou až 5120×5120 pixelů. Chlazené CCD senzory pracují se šumem odpovídajícím 4 až 7 elektronům. (Údaje z roku 2008.) čip má rozlišení 2048×2048 pixelů.
VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer)
Spektrometr pracující ve viditelném a infračerveném oboru, který je schopen pořizovat infračervené fotografie jádra komety včetně pořizování spekter molekul. Detekce se provádí pomocí sloučeniny rtuti a kadmia (infračervený obor), ve viditelném spektru pak pomocí CCD čipu.
MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter)

Pomocí mikrovln může Rosetta analyzovat koncentraci a teplotu těkavých látek (vody, amoniaku, oxidu uhličitého apod.).

Consert (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission)
Experiment Consert bude zjišťovat informace o jádru komety tomografickou metodou za pomoci radaru. Po přistání modulu Philae bude sonda vysílat skrze jádro komety elektromagnetické vlny, které bude modul Philea zachycovat. Vyhodnocování signálů umožní zjistit vnitřní struktury komety.

Mezi další přístroje, kterých je celkem 21 (11 Rosetta a 10 Philae) patří především systémy analyzující prach, další spektrometry v různých vlnových oborech a systémy pro analýzu plynů.

Robotický průzkumník Philae na povrchu komety 67P/C-G

Vyobrazení robotického průzkumníka Philae na povrchu komety 67P/C-G,
v pozadí sonda Rosetta. Zdroj: ESA:

Současnost a další průběh mise

Dne 20. ledna letošního roku se Rosetta úspěšně probudila z hibernace, aby provedla komplexní sérii devíti manévrů, čímž zpomalila svoji relativní rychlost vůči kometě z 775 m/s na 7,9 m/s, a dostala se tak na její oběžnou dráhu. Obě dvě tělesa se nyní nacházejí přibližně 555 milionů kilometrů od Slunce. Během přibližování odesílala Rosetta na Zemi pořízené fotografie komety – ta má podle nich velmi nepravidelný tvar „činky“. Dále sonda změřila její povrchovou teplotu, která byla pro vědce dalším překvapením. Namísto odhadovaných −100 °C byla změřená teplota „pouhých“ −70 °C. Spolu s fotografiemi tak bylo prokázáno, že většinu povrchu komety netvoří „čistý led“, jak se vědci donedávna domnívali, ale krusta z tmavého prachu, která snadno pohlcuje záření. Dne 6. srpna 2014 Rosetta úspěšně vstoupila na orbitu kolem komety 67P/C-G.

Kolem komety bude sonda obíhat ještě dalších 17 měsíců a detailně zkoumat její povrch. V rozmezí od srpna do října letošního roku se po trojúhelníkových drahách ke kometě postupně přiblíží až na neuvěřitelných 10 kilometrů, kde zaujme uzavřenou orbitu (viz video). V listopadu pak sonda vyšle na povrch jádra komety robotického průzkumníka Philae, který se stane prvním lidmi vyrobeným tělesem, které dosáhne povrchu komety. Tento stokilový drobeček se po měkkém přistání ukotví jistícími harpunami a začne analyzovat povrch.

Dalším velkým cílem celé mise by mělo být společné přiblížení se ke Slunci spolu s přímým sledováním změn, které budou probíhat na povrchu komety. Po konci mise, který je plánován na prosinec 2015, se společně s kometou vrátí za oběžnou dráhu Jupiteru.

Jádro komety fotografované 3. srpna 2014

Jádro komety 67P/Churyumov-Gerasimenko. Snímek byl pořízený 3. srpna 2014
sondou Rosetta. Zdroj: ESA.

Manévrování Rosetty v nejbližších dnech, aneb jak je těžké „dát si rande
s kometou“. Zdroj: ESA. (mp4, 25 MB)

Odkazy

Valid HTML 5 Valid CSS!

Aldebaran Homepage