Hluboký dopad
- července 2005
Dne 4. července se dozvěděli, že sonda "Deep Impact" uvolnila modul tvořený hmotou 410 kilogramů mědi, který vstoupil do kontaktu s kométou Tempel 1, objevenou v dubnu 1867, pouhým okem, marseillským astronomem E.W. Tempel.
Těleso má oběžnou dobu 5,5 let a obíhá mezi Marsem a Jupiterem. Jeho největší rozměr je odhadován na 6 km. NASA tedy vypustila sondu, cílem bylo zjistit více o složení a vnitřní struktuře komet tím, že se pošle objekt, který narazí do jedné z nich.
Zde jsou oběžné dráhy:
Oběžná dráha komety Tempel 1 mezi Marsem a Jupiterem. Pozorujte, v nejblíže ke Slunci, nekruhovost dráhy Merkuru, poměrně výraznou. Nahoře, na hnědé dráze, pozice, kterou kometa zabírala v době vypuštění sondy. Kruhová modrá dráha je dráha Země. Nahoře, pozice, kterou Země zabírala v době vypuštění sondy. Za šest měsíců (poloviční oběžná dráha Země) došlo ke srážce. Měřte křivé vzdálenosti, které kometa a sonda urazily za stejný čas. První jde rychleji.
Poznámka ohledně dráhy dopadu. Na adrese:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
najdete velmi pěknou animaci.
Nejprve najdete dva tlačítka, která vám umožní měnit "pohled". Takto uvidíte, že dráha komety je poměrně skloněná vzhledem k ekliptice.
To jí umožnilo přežít. Existují různé typy komet. Některé, tzv. "neperiodické", dělají jedinou výpravu do našeho slunečního systému a poté už se neukážou. Ve skutečnosti známe velmi málo o struktuře tohoto velkého "mraku", tohoto zásobárny komet, která se má nacházet daleko za naším slunečním systémem. Jaký je její původ? Když byl sluneční systém ještě mladý, planety se tvořily. V tom okamžiku bylo několik mechanismů, které začaly působit. Nejjednodušší je "kanibalismus", náraz mezi malým objektem a velkým, kdy druhý objekt přijme první do své hmoty. Druhý mechanismus je pozitivní efekt vrhacího mechanismu. V matematickém smyslu jde o "setkání" (anglické slovo, půjčené z teorie kinetické teorie plynů: encounter). Původní sluneční systém byl "srážkový". Tyto srážky mají tendenci vytvořit rozdělení rychlostí podle Maxwellova-Boltzmannova rozdělení pro všechny populace. Jedná se o "více populací" systém. Existuje tendence k termodynamickému rovnováze pro každou z nich. Když máme směs dvou plynů v termodynamické rovnováze (například plazma, které tvoří Slunce), průměrné kinetické energie různých populací jsou stejné. Jsou mezi sebou v poměru hmotností. Zvažte vodíkový plazma. Elektrony jsou 1850krát lehčí než jádra vodíku. Takže rychlost tepelného pohybu elektronů je 43krát vyšší než rychlost iontů vodíku.
Směs "těžkých" a "lehkých" druhů bude tendovat k urychlení lehkých druhů ("kapičky vodní páry nebo "solené ledu", které tvoří první komety). Sluneční systém tedy vyhodil množství malých objektů. Některé, které získaly rychlost úniku vůči Slunci, se ztratily ve vesmírném prostoru. Jiné zůstaly v naší "velké předměstí". Jak tyto "setkání", tato setkání působí v obou směrech (ale v průměru urychlují malé objekty), existuje "negativní efekt vrhacího mechanismu", který "plní" rozdělení Maxwella-Boltzmana v nižších rychlostech. Mnoho malých objektů bylo tedy zpomaleno a například spadlo na... Slunce. Nebo na zemské planety, jako je naše, tvořící možná oceánské hmoty.
Tempel 1 je kometa s prostředním 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 větší a nevyhnutelně by změnily její dráhu. Tato dráha se vlastně o něco změnila od objevení objektu. Podívejte se na historii, díky Google. Proč vyděluje méně než Halleyova kometa? Dobrá otázka. Málo víme o tomto vydělování, stejně jako o struktuře vnitřních komet.
Ve skutečnosti naše planeta vyděluje, a tento jev se nazývá vulkanismus. Víme, že je zvýšený efektem přílivu (působením Jupitera na Io, první, který jemně zpracovává svůj satelit). Pokud Io reaguje tak horko na přítomnost svého blízkého souseda, je to proto, že se otáčí kolem své osy. Pokud by byl synchronizovaný s obří planetou, nebyl by tak silný vulkanismus. Navíc je Io velmi blízko Jupiteru.
Možná je aktivita vydělování komet spojena s jejich dobou otáčení kolem sebe. Kometa, která se otáčí, je kometa, která bude citlivější na efekty přílivu z důvodu blízkosti planet. Zjistili jsme, že komety vydělují, když vstupují uvnitř dráhy Jupitera. Je to proto, že dostávají více slunečního záření? Ano, pokud je to jednoduché sublimace jejich povrchu. Ne, pokud jde o erupce z jejich hlubin. Ale když se podíváme na obrázky zachycené Giotto přibližující se Halley, vidíme, že jsou zde zdroje erupce. Možná je tedy obnovení aktivity komety vstupující do slunečního systému spojeno s jejím vnitřním promícháním přílivovými efekty, intenzivními, pokud se otáčí kolem sebe. Byly změřeny tyto období rotace?
V tomto smyslu by Tempel 1 měl být relativně málo aktivní, protože se málo otáčí, tedy málo citlivý na tento efekt promíchání přílivovými silami, který vyvolává erupce různého druhu (vulkanické na Io, vydělování na kometách). Zeptejte se Brahice, co si o tom myslí. Planetologie je jeho obor.
Můžete si libovolně umístit polohu různých objektů. Zde je nejprve kometa Tempel 1 v blízkosti, po uvedení sondy Deep Impact do oběžné dráhy. Všimnete si na chvíli data dopadu: 4. července. Američané si rádi označují své výkony ve vesmíru a ukazují, jak dobře ovládají kontrolu dráhy svých sond. Tato data odpovídají 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 kometa, která narazí do sondy, a ne naopak. Ale to není důležité. Další obrázek, jsme dva měsíce později. Kometa se chystá narazit do sondy, nebo aspoň do objektu, který se od ní oddělí, aby došlo ke srážce.
Zde je kometa, obrázek pořízený pět minut před dopadem:
Kometa. Obrázek pořízený pět minut před dopadem.
Sonda a dopadový objekt
Na dopadovém objektu byla instalována kamera.
Zvětšení, 190 sekund před dopadem. Zda světelné body odpovídají zdrojům vydělování?
Umělecký obrázek ukazující přiblížení dopadového objektu (v podobě štítu)
Byly zobrazeny zdroje vydělování.
Dopad nastal.
67 sekund po dopadu
Relativní rychlost mezi dvěma objekty je 3,5 km/s (je nižší než rychlost sondy, která je nutně vyšší než rychlost oběhu kolem Země. Nevzpomínám si přesně, hodnota je blízká 9 km/s). Dopad byl zaznamenán sondou, která pokračovala v cestě a prolétla 10 kilometrů od komety. Místo dopadu se tak rychle zakrylo samotnou kometou. Obě tělesa se vzdálila rychlostí 3,5 km/s, což zabránilo sondě získat přesné obrázky stavu místa dopadu po rozptýlení materiálu.
Za několik sekund sonda odletí od komety, nemůže získat obrázky nového kráteru po rozptýlení materiálu
Tyto materiály budou i nadále vyzařovat světlo po několik hodin. Jsou extrémně horké. Pokud lze pořídit obrázky v viditelném spektru, spektrometry zaznamenávají teploty několika tisíc stupňů, což znamená výskyt v UV.
Film dopadu
Komentáře k tomuto události pocházejí ze stránek:
http://www2.ifa.hawaii.edu/newsletters/article.cfm?a=234&n=21
Cílem mise bylo aktualizovat látky tvořící vnitřek komety, které se předpokládají jako zbytky slunečního systému, když měl pouhých 100 milionů let, tedy v době, která se považuje za jeho vznik. Vědci by chtěli také vidět vznik kráteru "v reálném čase". Ale ten zůstal málo viditelný, zakrytý materiály vyvrženými dostatečně neprůhlednými, mezi kterými astronomové identifikovali vodu, oxid uhličitý, oxid uhelnatý a různé uhlovodíky. Vyvržené materiály byly vystřeleny různými rychlostmi
, průměrně kolem 500 m/s (tato variabilita rychlosti výstřelu vyžaduje vysvětlení, pokud výstřelené atomy a molekuly mají podobné hmotnosti. Tato variabilita může být způsobena tím, že kometa "aktivně reagovala" na dopad, prostřednictvím dalšího vydělování). Anglická věta je:
"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"
.
Nyní 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 nenašli ve zpracovaných datech po dopadu materiály detekované v "výbuchu před dopadem".
Pokud však pozorně sledujete video, uvidíte, že "výbuch před dopadem" je poměrně dobře rozpoznatelný.
Na levé straně první obrázek. Pak tento "výbuch před dopadem".
Obrázky samotného dopadu
Jak identifikovat následné obrázky
Na co by mohlo být toto "světelné výbuch" před dopadem? Na interakci dopadového objektu s "atmosférou komety". Tyto "výdechy" se dějí, když komety procházejí blízko Slunce. Tento výdech nastává, když kometa vstupuje do oblasti, kde je poloměr přesně roven dráze Jupiteru. Sluneční záření zahřívá kometu a zvyšuje intenzitu tohoto jevu. Je to důvod, proč jsou komety obtížné vidět, když jsou za dráhou Jupiteru. Například to je případ periodické Halleyovy komety. Když se sonda přibližuje k kometě, která silně vyděluje, jako to bylo při mise Giotto, její cíl v roce 1992 byl přesně Halleyova kometa, nemůže poskytnout blízké obrázky. Kometa vyděluje nejen plyn, ale také částice, které, díky rychlosti přiblížení sondy, jsou velmi abrazivní. Giotto v roce 1992 musel být vybaven štítem, ale byl zničen a přestal vysílat na určité vzdálenosti od cílové komety.
Halleyova kometa, pořízená sondou Giotto. Všimněte si silného vydělování
Tento samý obrázek, pořízený blíže přes plynové a prachové obálky, které ji obklopují. Krátce po sondě, zničené, přestala vysílat
Tempel 1 byl vybrán kvůli svému nízkému vydělování, v porovnání s Halleyem. Ale kometa cestuje, spolu s jejím plynovým prostředím. Důkaz těchto obrázků pořízených z havajského observatoře:
Kometa Tempel 1. Pohledy pořízené z havajského observatoře
Moje interpretace filmu nárazu:
Obrázek A: Sonda ještě neprošla vrstvou plynu obklopující kometu, způsobenou vydělováním
Obrázek B: První světlo vychází z rázové vlny, která vznikla v této husté vrstvě
Dříve, než sonda fyzicky narazí na povrch tělesa, rázová vlna se odráží, což způsobuje toto světlo ve tvaru oblouku.
Obrázek C: Odražená rázová vlna, předtím, než dojde k dopadu
Může se zdát, že odrážená rázová vlna je zjevně dostatečně tlustá (několik set metrů). Ale není to samotná rázová vlna, kterou vidíme, ale osvětlení plynu pod vlivem UV z ní. Plyn v okolí je zdrojem fluorescence. Skutečně, vysoká rychlost pronikání sondy (3,5 km/s) vytváří silnou rázovou vlnu, za kterou se plyn tvořící atmosféru komety silně komprimuje a zahřívá na tisíce stupňů. Předtím, než narazí na pevnou kůru, "prožívá atmosférický vstup". Plyn v blízkosti rázové vlny je odpovědný za výskyt v nízkých vlnových délkách. Jiné emise (viditelné a nižší vlnové délky) odpovídají jevu fluorescence (excitace plynu UV zářením). Odražená rázová vlna je také silná rázová vlna, doprovázená stejným jevem. Odtud její zjevná tloušťka.
Obrázek D: Dopad na pevnou kůru komety
Různorodé nástroje byly zaměřeny na místo dopadu: Hubbleův vesmírný dalekohled, dalekohled Spitzer (infračervený), dalekohled pracující v oblasti rentgenového záření Chandra X-ray, observatoř XMM (také pro rentgenové záření), objevitel záblesků gama záření Swift (optické, ultrafialové, rentgenové a gama). Přidejme dva radioteleskopy: satelit pro astronomii v submilimetrovém vlnovém pásmu a Odin, který hledá vodu v kometě.
Poslední obrázek přenášený dopadovým objektem odpovídá vzdálenosti 10 km a umožňuje rozlišit detaily řádově 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.
Očekávalo se, že 420 kilogramů mědi, které tvoří dopadový objekt, by při nárazu na povrch komety rychlostí 3,5 km/s vytvořily silnou světelnou emisi (při jejich vypaření). Ale tento záblesk nebyl zaznamenán zařízeními založenými na Zemi (...). Naopak dvě kamery, které byly na palubě sondy a pokračovaly v cestě, zachytily tyto obrázky (...). Doufáme, že konečné zprávy, které by měly být vydány koncem září, nám poskytnou vysvětlení.
Zde je také něco zvláštního. Je možné, že záblesk vyzařovaný párou mědi je obtížné pozorovat přes zemskou atmosféru, ale zřejmě snadněji z sondy. Možná to bude vysvětlení, které se objeví. Ale v tom případě, jak mi řekl můj přítel Densi Boland, proč byl vybrán měď a ne ocel, která je hustější a méně kovová, s vyšší teplotou tání a vypaření? Z hlediska dopadu by to bylo lepší. Nevystřelujeme kulky z mědi, ale z pevné oceli. Navíc by tento záblesk byl pak snadno pozorovatelný z povrchu Země. Navíc by to bylo i více "astronomické", protože bychom mohli simulovat dopad komety s ... úlomkem jádra supernovy. V principu známe málo takových čistých mědi, které se pohybují ve vesmíru, že?
Později se čte, že po dopadu jasnost komety postupně rostla po přibližně hodinu. Pak, po přibližně jednom dni, se zmenšila během několika dní, dokud se objekt nevrátil na magnitudu, kterou měl před dopadem. Vědci očekávali, že dopad by vyvolal dlouhodobý záblesk, vyvrhující materiály z hlubin komety. Ale to se nestalo. Na webu je uvedeno, že závěry těchto měření budou představeny v komunikačních a syntetických prezentacích v září 2005.
http://deepimpact.jpl.nasa.gov/home/index.html
http://deepimpact.umd.edu/collab_pub/imagep.shtml
