Kometu Tempel 1 a mise Deep Impact
Deep Impact
- srpna 2005
Včera 4. července se dozvěděli, že sonda „Deep Impact“ uvolnila modul o hmotnosti 410 kg z mědi, který se srazil s kometou Tempel 1, objevenou v dubnu 1867. měsíčním astronomem z Marseille E. W. Tempel.
Těleso má oběžnou dobu 5,5 roku a obíhá mezi Marsem a Jupiterem. Jeho největší rozměr je odhadován na 6 km. NASA proto vypustila sondu, jejímž cílem bylo získat více informací o složení a vnitřní struktuře komet tím, že pošle objekt do srážky s jednou z nich.
Zde jsou dráhy:
Dráha kometu Tempel 1 mezi dráhami Marsu a Jupitera. V nejblíže Slunci, pozorujte nekruhovost dráhy Merkuru, která je poměrně výrazná. Nahoře na hnědé dráze je poloha kometu v okamžiku vypuštění sondy. Modrá kruhová dráha je dráha Země. Nahoře je poloha Země v okamžiku vypuštění sondy. O šest měsíců později (polovina zemské dráhy) došlo k nárazu. Změřte zakřivené vzdálenosti, které kometu a sonda urazily za stejný časový úsek. První se pohybuje rychleji.
Poznámka ohledně dráhy nárazu. Na adrese:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
najdete velmi pěknou animaci.
Nejprve uvidíte dva tlačítka, která vám umožní měnit „pohled“. Uvidíte tak, že dráha kometu je poměrně skloněná vůči rovině ekliptiky.
To jí umožnilo přežít. Existuje několik druhů komet. Některé, tzv. „neperiodické“, jednou projdou naším slunečním systémem a pak už se neobjeví. Skutečně však velmi málo víme o struktuře tohoto velkého „mraku“, tohoto zásobníku komet, který se podle předpokladů nachází mimo naši sluneční soustavu. Jaký je jeho původ? Když byla sluneční soustava v mládí, vznikaly planety. V té době se zapojilo několik mechanismů. Nejjednodušší pochopitelný je „kannibalismus“, přímý náraz mezi malým a velkým tělesem, přičemž druhé těleso absorbuje první. Druhý mechanismus je pozitivní gravitační rozhodnutí. V matematickém smyslu jde o „setkání“ (anglicky: encounter, slovo převzaté z kinetické teorie plynů). Původní sluneční soustava byla „kolizní“. Tyto srážky vedou k Maxwell-Boltzmannově rozdělení rychlostí pro všechny populace. Jde o systém „více populací“. Každá z nich se snaží dosáhnout termodynamické rovnováhy. Když máme směs dvou plynů v termodynamické rovnováze (např. plazma, které tvoří Slunce), jsou průměrné kinetické energie různých populací stejné. Jsou mezi sebou úměrné hmotnostem. Uvažujme plazma vodíku. Elektrony jsou 1850krát lehčí než jádra vodíku. Rychlost tepelného pohybu elektronů je tedy √1850 krát vyšší než rychlost iontů vodíku, což je přibližně 43krát více.
Směs „těžkých“ a „lehkých“ částic má tendenci zrychlovat lehké částice („hrudky vodní páry nebo špinavého ledu“, které tvoří proto-komety). Sluneční soustava tak tedy vyhodila množství malých objektů. Některé, které získaly únikovou rychlost vůči Slunci, se ztratily ve vesmíru mezi hvězdami. Jiné zůstaly v naší „velké předměstské oblasti“. Protože tyto „setkání“ působí oběma směry (ale celkově zrychlují malé objekty), existuje „negativní gravitační rozhodnutí“, které „naplňuje“ Maxwell-Boltzmannovo rozdělení rychlostí směrem k nižším rychlostem. Mnoho malých objektů bylo tedy zpomalené a např. spadlo na Slunce nebo na terestrické planety, jako je naše, a mohlo tak přispět k vzniku oceánů.
Tempel 1 je kometou s mezičním osudem. Získala rychlost podobnou rychlosti planet. Ale měla i štěstí, že se ocitla na skloněné dráze, což snižuje riziko špatných setkání s planetami, které jsou všechny těžší a jejichž dráhy by nevyhnutelně změnily. Tato dráha se od objevu objektu trochu změnila. Podívejte se na historii díky Google. Proč kometu vyděluje méně než Halley? Dobrá otázka. O tomto vydělování víme velmi málo, stejně jako o vnitřní struktuře komet.
Ve skutečnosti naše planeta také vyděluje, a tento jev se nazývá vulkanismus. Víme, že je zvyšován přílivovým efektem (působení Jupitera na Io, prvního tělesa, které pečlivě masíruje svého měsíce). Pokud se Io tak silně reaguje na blízkost svého souseda, je to proto, že se otáčí kolem své osy. Kdyby byl synchronní s obří planetou, nevznikl by tak intenzivní vulkanismus. Navíc Io je velmi blízko Jupiteru.
Možná je aktivita vydělování komet spojena s jejich rotací kolem své osy. Kometu, která se otáčí, bude citlivější na přílivové efekty způsobené blízkostí planet. Ve skutečnosti pozorujeme, že kometu vyděluje, když vstoupí uvnitř dráhy Jupitera. Je to proto, že dostává více slunečního záření? Ano, pokud jde o jednoduchou sublimaci povrchu. Ne, pokud jde o erupce z jejích hlubin. Když se podíváme na obrázky zachycené sondou Giotto při přiblížení k Halley, vidíme, že existují výtrysky. Možná je tedy obnovení aktivity kometu vstupující do sluneční soustavy spojeno s jejím vnitřním masírováním přílivovými efekty, které jsou intenzivní, pokud se kometu otáčí. Měřili jsme tyto rotace?
V tomto kontextu je Tempel 1 objektem relativně málo aktivním, protože se málo otáčí kolem své osy, a proto je méně citlivý na tento přílivový efekt, který vyvolává erupce různého druhu (vulkanické na Io, vydělování na kometách). Zeptejte se Brahica, co si o tom myslí. Planeta je jeho obor.
Můžete si libovolně umístit polohu různých objektů. Nejprve kometu Tempel 1 přiblíženou po vypuštění sondy Deep Impact. Všimněte si data nárazu: 4. července. Američané rádi takto podepisují své vesmírné úspěchy a ukazují, jak dobře ovládají dráhu svých sond. Tento den odpovídá výročí jejich revoluce, a není to náhoda.
Pozorné sledování animace ukazuje, že Tempel 1 ve skutečnosti rotuje rychleji než sonda a dohání ji. Ve skutečnosti je to kometu, která se sráží se sondou, nikoli naopak. Ale to nemá význam. Další obrázek: dva měsíce později. Kometu se chystá zasáhnout sondu nebo aspoň objekt, který se od ní oddělí, aby došlo k nárazu.
Zde je kometu, obrázek pořízený pět minut před nárazem:
Kometu. Obrázek pořízený 5 minut před nárazem.
Sonda a nárazový modul
Na nárazovém modulu byla instalována kamera.
Zvětšený obrázek, 190 sekund před nárazem. Případně světlé body odpovídají zdrojům vydělování?
Umělecký obrázek ukazující přiblížení nárazového modulu (v podobě štítu).
Zobrazili jsme zdroje vydělování.
Náraz nastal.
67 sekund po nárazu
Relativní rychlost mezi dvěma objekty je 3,5 km/s (je nižší než rychlost sondy, která musí být vyšší než kruhová rychlost kolem Země. Přesnou hodnotu si nepamatuji, blízko 9 km/s). Náraz byl zaznamenán sondou, která pokračovala ve své dráze a proletěla 10 kilometrů od kometu. Místo nárazu se tak brzy skrylo za samotnou kometu. Obě tělesa se od sebe vzdálila rychlostí 3,5 km/s, což zabránilo sondě získat přesné obrázky stavu místa nárazu po rozptýlení materiálu.
Za několik sekund se sonda vzdálila od kometu, nemohla získat obrázky nového kráteru po rozptýlení materiálu
Tento materiál bude během několika hodin stále svítit. Je velmi horký. Pokud lze pořídit obrázky v viditelném světle, spektrometry zaznamenávají teploty několika tisíc stupňů, což znamená emisi ve vysoké části ultrafialového záření.
Komentáře k tomuto události pocházejí ze stránky:
http://www2.ifa.hawaii.edu/newsletters/article.cfm?a=234&n=21
Cílem mise bylo aktualizovat informace o látkách tvořících vnitřek kometu, které mají reprezentovat zbytky sluneční soustavy ve věku 100 milionů let, tedy v době, kdy se předpokládá její formace. Vědci byli také rádi, že budou moci sledovat tvorbu kráteru „v reálném čase“. Ten však zůstal málo viditelný, skrytý pod materiálem, který byl dostatečně hustý. Mezi ním astronomové identifikovali vodu, oxid uhličitý, oxid uhelnatý a různé uhlovodíky. Materiál byl vystřelován různými rychlostmi, průměrně kolem 500 m/s (tato variabilita rychlosti vystřelení vyžaduje vysvětlení, pokud mají vystřelené atomy a molekuly podobné hmotnosti. Tato variabilita může být způsobena tím, že kometu „aktivně reagovala“ na náraz prostřednictvím dalšího vydělování). Anglický text zní: „The opacity of the ejected material has made it difficult for scientists to see the crater, but at this point, it appears that the crater created by the impactor was on the high end of predictions, that is, about the size of a football field“.
Teď se podívejme na větu:
Scientists are intrigued that materials detected in a pre-impact outburst have not yet been found in the post-impact data.
Překlad: Vědci jsou zaujati tím, že materiály detekované před nárazem nebyly dosud nalezeny v datech po nárazu.
Pokud se však podíváte pozorně na video, uvidíte, že „přednárazový výbuch“ je docela dobře rozpoznatelný.
Vlevo první obrázek. Pak tento „přednárazový výbuch“.
Obrázky samotného nárazu
Jak rozpoznat po sobě jdoucí obrázky
Co může být za tímto „výbuchem světla“ před nárazem? Interakce nárazového modulu s „atmosférou kometu“. Tyto se vydělují, když procházejí blízko Slunce. Tento proces probíhá, když kometu vstoupí do sféry, jejíž poloměr je přesně roven dráze Jupitera. Sluneční záření ohřívá kometu a zvyšuje intenzitu tohoto jevu. Proto jsou kometu těžké vidět, když se nacházejí mimo dráhu Jupitera. Například takto je případ periodické kometu Halley. Když se sonda přibližuje k kometu, která silně vyděluje, jako tomu bylo u mise Giotto, jejímž cílem byla právě kometu Halley v roce 1992, nemůže poskytnout blízké obrázky. Kometu vyděluje nejen plyn, ale i částice, které jsou při rychlosti přiblížení sondy velmi abrazivní. Giotto v roce 1992 musel být vybaven štítem, ale po zničení přestal vysílat na určité vzdálenosti od cílové kometu.
Kometu Halley, fotografovaná sondou Giotto. Všimněte si silného vydělování
Stejná kometu, fotografovaná zblízka přes obal plynů a prachu, který ji obklopuje. Krátce po tom, co sonda byla zničena, přestala vysílat
Tempel 1 byla vybrána kvůli svému nízkému vydělování ve srovnání s Halley. Ale kometu se pohybuje spolu se svým plynným prostředím. Důkazem jsou tyto obrázky pořízené z observatoře na Havaji:
Kometu Tempel 1. Pohledy pořízené z observatoře na Havaji
Moje interpretace filmu srážky:
Obrázek A: Sonda ještě nepřekročila vrstvu plynu obklopující kometu způsobenou vydělováním
Obrázek B: První záblesk vychází z rázové vlny, která vzniká v husté vrstvě
Dříve než sonda fyzicky narazí na povrch tělesa, se rázová vlna odráží, což vytváří tento obloukový záblesk.
Obrázek C: Odrážená rázová vlna, před nárazem
Může být podivné, že odrážená rázová vlna je tak „tlustá“ (několik set metrů). Ale nejde o samotnou vlnu, ale o osvětlení plynu způsobené UV zářením vzniklým touto vlnou. Plyn okolo je místem fluorescenčního jevu. Skutečně vysoká rychlost pronikání sondy (3,5 km/s) vytváří intenzivní přední rázovou vlnu, za kterou se plyn tvořící atmosféru kometu silně stlačuje a zejména zahřívá na tisíce stupňů. Nárazový modul před nárazem do pevné kůry prožije „atmosférickou návratovou fázi“. Je to plyn v blízkosti rázové vlny, který je zodpovědný za emisi na krátkých vlnových délkách. Další emise (viditelné a delší vlnové délky) odpovídají fluorescenčnímu jevu (excitace plynu UV zářením). Odrážená rázová vlna je také intenzivní rázová vlna doprovázená stejným jevem. Proto vypadá tak tlustá.
Obrázek D: Náraz do pevné kůry kometu
Na místo nárazu bylo namířeno mnoho různých přístrojů: Hubbleův vesmírný dalekohled, Spitzer Space Telescope (infračervené), X-ray dalekohled Chandra, observatoř XMM (také pro rentgenové záření), Swift Gamma-Ray Burst Explorer (optické, ultrafialové, rentgenové a gama záření). Přidejme dvě radioteleskopy: Submillimeter Wave Astronomy Satellite a Odin, které hledají vodu v kometu.
Poslední obrázek předaný nárazovým modulem odpovídá vzdálenosti 10 km a umožňuje rozlišit detaily řádu 4 metrů. Všimněte si, že:
The bright flash resulting from the vaporization of the impactor when it collided with the comet was not reported as an obvious sudden increase as seen from Earth, but the two cameras on the flyby portion of the Deep Impact spacecraft did record the event.
Měli jsme očekávat, že 420 kg mědi tvořící nárazový modul by při nárazu do povrchu kometu rychlostí 3,5 km/s vytvořilo silnou světelnou emisi (při vypaření). Ale tento záblesk nebyl zaznamenán pozemskými přístroji (...). Na druhé straně dvě kamery na palubě sondy, která pokračovala ve své dráze, tyto obrázky zachytily (...). Doufáme, že konečné zprávy, očekávané v září, nám poskytnou vysvětlení.
Znovu: nikdo se nezaráží tím, že náraz, který proběhl v relativně malé vzdálenosti a měl vyvolat čáry mědi, nevyvolal žádný signál na pozemských detektorech. Přesto všechny dalekohledy na Zemi byly v tento den 4. července namířeny na toto místo a podle internetových stránek „událost byla pozorovatelná i s poměrně jednoduchým zařízením“. To „nezarážení“ je však zarážející. Zjevně astronomové, kteří měli své přístroje na Zemi, byli uklidněni tím, že kamery na palubě sondy skutečně zaznamenaly daný záblesk.
Je však něco podivného. Možná je záblesk vzniklý pálením mědi obtížně pozorovatelný přes zemskou atmosféru, ale zřejmě snadněji z sondy. To může být vysvětlení, které se objeví. Ale v tom případě, jak mi upozornil můj přítel Densi Boland, proč byli vybráni měď a ne železo, které je hustší a méně tvárné s vyšší teplotou tání a vypaření? Z hlediska nárazu by to bylo lepší. Nevybíjíme kulky z mědi, ale z pevného ocelového materiálu. Navíc by tento záblesk byl pak dobře pozorovatelný i z povrchu Země. Navíc by to bylo ještě „astronomičtější“, protože bychom mohli simulovat náraz kometu s... úlomkem jádra supernovy. V kosmu se však, jak víme, prakticky nevyskytují čisté měděné hmoty, že?
Dále se čte, že po nárazu zářivost kometu postupně rostla přibližně hodinu. Pak se držela přibližně jeden den a poté během několika dní slabla, dokud se objekt nevrátil k původní velikosti. Vědci doufali, že náraz vyvolá dlouhodobý výtrysk, který by vystřelil materiál z hlubin kometu. To se však nestalo. Na webu je uvedeno, že závěry těchto měření budou představeny v září 2005 ve formě sdělení a souhrnných prezentací.
http://deepimpact.jpl.nasa.gov/home/index.html http://deepimpact.umd.edu/collab_pub/imagep.shtml
Zpět k přehledu Zpět na úvodní stránku
Počet návštěv od 1. září 2005: