Κομήτης Τέμπελ 1 και αποστολή Deep Impact
Deep Impact
31 Αυγούστου 2005
Την προηγούμενη 4η Ιουλίου μάθαμε ότι η αποστολή "Deep Impact" είχε αποστείλει ένα μόνο προς την κομήτη Τέμπελ 1, ανακαλύφθηκε με γυμνό μάτι τον Απρίλιο του 1867 από τον αστρονόμο Μασσαλίας E.W. Tempel, μάζας 410 κιλών χαλκού, που εισήλθε σε σύγκρουση με αυτήν.
Το αντικείμενο έχει περίοδο 5,5 ετών και τροχιά μεταξύ της Αρη και του Δία. Η μεγαλύτερη διάστασή της εκτιμάται σε 6 χιλιόμετρα. Έτσι, η NASA εκτέλεσε μία αποστολή, με σκοπό να μάθει περισσότερα για τη σύνθεση και την εσωτερική δομή των κομητών, προκαλώντας μία σύγκρουση με ένα αντικείμενο.
Ακολουθούν οι τροχιές:
Η τροχιά της κομήτη Τέμπελ 1 μεταξύ της τροχιάς του Αρη και του Δία. Παρατηρήστε, στην πλησιέστερη απόσταση από τον Ήλιο, τη μη-κυκλικότητα της τροχιάς του Ερμή, που είναι αρκετά εκφραστική. Στην κορυφή, στη χρυσή τροχιά, η θέση που κατείχε η κομήτης τη στιγμή της εκτόξευσης της αποστολής. Η κυκλική μπλε τροχιά είναι εκείνη της Γης. Στην κορυφή, η θέση που κατείχε η Γη τη στιγμή της εκτόξευσης. Έξι μήνες αργότερα (μισή γήινη τροχιά), η σύγκρουση. Μετρήστε τις καμπυλόγραμμες αποστάσεις που διένυσε η κομήτης και η αποστολή στο ίδιο χρονικό διάστημα. Η κομήτης κινείται γρηγορότερα.
Μία σημείωση για την τροχιά σύγκρουσης. Στη διεύθυνση:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
βρίσκετε μία πολύ όμορφη εικόνα.
Θα δείτε αρχικά δύο κουμπιά, που σας επιτρέπουν να αλλάξετε τη γωνία παρατήρησης. Θα δείτε έτσι ότι η τροχιά της κομήτη είναι αρκετά κλίνεται σε σχέση με το επίπεδο της εκλειπτικής.
Αυτό την έκανε να επιβιώσει. Υπάρχουν διάφορα είδη κομητών. Κάποιες, που ονομάζονται "απεριοδικές", κάνουν μία μόνο εξόρμηση στο ηλιακό μας σύστημα και στη συνέχεια δεν δίνουν πλέον σημάδια ζωής. Στην πραγματικότητα, γνωρίζουμε πολύ λίγα για τη δομή αυτού του μεγάλου "νέφους", αυτού του αποθήκης κομητών που υποτίθεται ότι βρίσκεται πολύ πέρα από το ηλιακό μας σύστημα. Ποια είναι η προέλευσή του; Όταν το ηλιακό σύστημα βρισκόταν στη νεαρή ηλικία, οι πλανήτες σχηματίζονταν. Τότε εμφανίζονταν πολλά μηχανισμοί. Ο απλούστερος να κατανοηθεί είναι το "κανιβαλισμός", η πρόσκρουση μεταξύ ενός μικρού αντικειμένου και ενός μεγάλου, το δεύτερο να προσλαμβάνει το πρώτο στη μάζα του. Ο δεύτερος μηχανισμός είναι η θετική βαρυτική "περιστροφή". Στο μαθηματικό νόημα, αυτό είναι μία "συνάντηση" (λέξη αγγλική, προελεύσεως από τη θεωρία κινητικής των αερίων: encounter). Το πρωτόγονο ηλιακό σύστημα είναι "συγκρουστικό". Αυτές οι συγκρούσεις τείνουν να δημιουργήσουν μία κατανομή των ταχυτήτων Maxwell-Boltzmann για όλες τις πληθυσμούς. Είναι ένα σύστημα "πολυπληθυσμικό". Υπάρχει τάση προς θερμοδυναμική ισορροπία για κάθε μία από αυτές. Όταν έχουμε μία ανάμιξη δύο αερίων σε θερμοδυναμική ισορροπία (π.χ. το πλάσμα που αποτελεί τον Ήλιο), οι μέσες κινητικές ενέργειες των διαφόρων πληθυσμών είναι ίσες. Είναι ανάλογες με τα λόγια των μαζών. Πάρτε ένα πλάσμα υδρογόνου. Τα ηλεκτρόνια είναι 1850 φορές ελαφρύτερα από τα πυρήνες υδρογόνου. Έτσι, η θερμική ταχύτητα των ηλεκτρονίων είναι √1850 φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα των ιόντων υδρογόνου, δηλαδή 43 φορές μεγαλύτερη.
Μία ανάμιξη "βαρέων ειδών" και "ελαφρών ειδών" τείνει να επιταχύνει τα ελαφρά είδη ("σκονισμένα σωματίδια υδρατμών" ή "σκόνη που περιέχει πάγο") που θα αποτελέσουν τις πρωτοκομήτες. Έτσι, το ηλιακό σύστημα εκτόξευσε μία χιλιάδα μικρών αντικειμένων. Κάποια, που απέκτησαν την ταχύτητα διαφυγής σε σχέση με τον Ήλιο, εξαφανίστηκαν στο διαστημικό χώρο. Άλλα επιβίωσαν, στη "μεγάλη περιοχή" του συστήματός μας. Αφού αυτές οι "συναντήσεις" επιδρούν και στις δύο κατευθύνσεις (αλλά, γενικά, επιταχύνουν τα μικρά αντικείμενα), υπάρχει ένα "αρνητικό βαρυτικό πλασματικό φαινόμενο" που "γεμίζει" την κατανομή Maxwell-Boltzmann με χαμηλές ταχύτητες. Πολλά μικρά αντικείμενα επομένως επιβραδύνθηκαν και πέσαν στον Ήλιο ή σε γηινούς πλανήτες, όπως η Γη, δημιουργώντας ίσως μάζες ωκεανών.
Ο Τέμπελ 1 είναι μία κομήτης με μεσαίο τύπο τύχης. Έχει αποκτήσει ταχύτητα παρόμοια με των πλανητών. Αλλά είχε και την τύχη να βρεθεί σε μία κλίνουσα τροχιά, που μειώνει τα κίνδυνα ανεπιθύμητων συγκρούσεων με πλανήτες, οι οποίοι είναι όλοι βαρύτεροι από αυτήν και θα άλλαζαν αναπόφευκτα την τροχιά της. Η τροχιά της έχει πράγματι λίγο αλλάξει από τη στιγμή της ανακάλυψής της. Δείτε την ιστορία, μέσω του Google. Γιατί εκπέμπει λιγότερο αέριο από την κομήτη Χάλλεϊ; Καλή ερώτηση. Γνωρίζουμε πολύ λίγα για αυτή την εκπομπή, όπως και για την εσωτερική δομή των κομητών.
Στην πραγματικότητα, η Γη εκπέμπει επίσης, και αυτό το φαινόμενο ονομάζεται βουλκανισμός. Γνωρίζουμε ότι εντείνεται από την επίδραση των θαλασσίων κυμάτων (η επίδραση του Δία στο Ιώ, τον πρώτο που ανακατεύει ενεργά το δορυφόρο του). Αν το Ιώ αντιδρά τόσο θερμά στην παρουσία του γειτονικού του πλανήτη είναι επειδή περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. Αν ήταν συγχρονισμένο με τον τεράστιο πλανήτη, δεν θα υπήρχε τόσο έντονος βουλκανισμός. Επιπλέον, το Ιώ είναι πολύ κοντά στον Δία.
Ίσως η δραστηριότητα εκπομπής αερίων των κομητών να σχετίζεται με την περίοδο περιστροφής τους γύρω από τον εαυτό τους. Μία κομήτης που περιστρέφεται είναι μία κομήτης που θα είναι πιο ευαίσθητη στις βαρυτικές δυνάμεις που προκαλούνται από την πλησιότητα των πλανητών. Παρατηρούμε επίσης ότι οι κομήτες εκπέμπουν αέρια όταν μπαίνουν μέσα στην τροχιά του Δία. Είναι επειδή λαμβάνουν περισσότερη ακτινοβολία από τον Ήλιο; Ναι, αν αυτή η εκπομπή είναι απλή υποβολή της επιφάνειάς τους. Όχι, αν πρόκειται για έκρηξη από τα εσωτερικά τους. Αλλά όταν δούμε τις εικόνες που κατέγραψε το Giotto καθώς πλησίαζε την Χάλλεϊ, βλέπουμε σαφώς ότι υπάρχουν εκρηκτικές πηγές. Έτσι, ίσως η αναζωογόνηση της δραστηριότητας μίας κομήτη που εισέρχεται στο ηλιακό σύστημα να σχετίζεται με την εσωτερική ανακατάταξη που προκαλείται από τις βαρυτικές δυνάμεις, ιδιαίτερα αν η κομήτης περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της. Έχουμε μετρήσει αυτές τις περιόδους περιστροφής;
Από αυτή την άποψη, ο Τέμπελ 1 είναι ένα σχετικά λιγότερο ενεργό αντικείμενο, επειδή περιστρέφεται λίγο γύρω από τον εαυτό του, άρα είναι λιγότερο ευαίσθητο σε αυτή την ανακατάταξη που προκαλείται από τις βαρυτικές δυνάμεις, που ξεκινά έκρηξη σε όλες τις μορφές (βουλκανισμός στο Ιώ, εκπομπή αερίων στις κομήτες). Ρωτήστε την Brahic τι νομίζει. Η πλανητολογία είναι υποτίθεται το πεδίο της.
Μπορείτε να τοποθετήσετε σε κάθε στιγμή τη θέση των διαφόρων αντικειμένων. Πρώτα, η κομήτης Τέμπελ 1 πλησιάζει, μετά την εισαγωγή της αποστολής Deep Impact σε τροχιά. Παρατηρήστε την ημερομηνία της σύγκρουσης: 4 Ιουλίου. Οι Αμερικανοί αγαπούν να υπογράφουν έτσι τις επιτυχίες τους στο διάστημα και να δείχνουν πόσο ελέγχουν την τροχιά των αποστολών τους. Αυτή η ημερομηνία συμπίπτει με την επέτειο της επανάστασής τους, και δεν είναι απλώς τυχαίο.
Η προσεκτική παρατήρηση της εικόνας δείχνει ότι η Τέμπελ 1 πράγματι περιστρέφεται γρηγορότερα από την αποστολή και την φτάνει. Στην πραγματικότητα, είναι η κομήτης που συγκρούεται με την αποστολή, όχι το αντίστροφο. Αλλά δεν έχει σημασία. Επόμενη εικόνα, είναι δύο μήνες αργότερα. Η κομήτης προετοιμάζεται να συγκρουστεί με την αποστολή, ή τουλάχιστον με το αντικείμενο που θα αποσπαστεί για να επιτευχθεί αυτή η σύγκρουση.
Ακολουθεί η κομήτης, εικόνα που λήφθηκε πέντε λεπτά πριν από τη σύγκρουση:
Η κομήτης. Εικόνα που λήφθηκε 5 λεπτά πριν από τη σύγκρουση.
Η αποστολή και το σώμα σύγκρουσης
Μία κάμερα είχε τοποθετηθεί στο σώμα σύγκρουσης.
Μεγάλη προσέγγιση, 190 δευτερόλεπτα πριν από τη σύγκρουση. Τα φωτεινά σημεία αντιστοιχούν σε πηγές εκπομπής αερίων;
Μία εικόνα τέχνης που δείχνει το σώμα σύγκρουσης πλησιάζοντας (σε μορφή ασπίδας). Έχουμε σχεδιάσει πηγές εκπομπής αερίων.
Η σύγκρουση πραγματοποιείται.
67 δευτερόλεπτα μετά τη σύγκρουση
Η σχετική ταχύτητα μεταξύ των δύο αντικειμένων είναι 3,5 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (είναι μικρότερη από την ταχύτητα της αποστολής, η οποία είναι αναγκαστικά μεγαλύτερη από την ταχύτητα περιφέρειας γύρω από τη Γη. Δεν θυμάμαι την ακριβή τιμή, κοντά στα 9 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο). Η σύγκρουση καταγράφηκε από την αποστολή, η οποία συνέχισε την πορεία της περνώντας σε 10 χιλιόμετρα από την κομήτη. Έτσι, η θέση της σύγκρουσης καλύφθηκε γρήγορα από την ίδια την κομήτη. Τα δύο αντικείμενα απομακρύνθηκαν με 3,5 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, πράγμα που εμπόδισε την αποστολή να λάβει ακριβείς εικόνες της κατάστασης στη θέση της σύγκρουσης μετά τη διάδοση των εκτοξευμάτων.
Σε λίγα δευτερόλεπτα η αποστολή απομακρύνεται από την κομήτη, αδυναμώντας να λάβει εικόνες του νέου κρατήρα μετά τη διάδοση των εκτοξευμάτων
Τα εκτοξευμένα υλικά θα συνεχίσουν να εκπέμπουν φως για πολλές ώρες. Είναι εξαιρετικά ζεστά. Αν μπορούν να ληφθούν εικόνες στο ορατό φως, τα φασματομέτρα καταγράφουν θερμοκρασίες πολλών χιλιάδων βαθμών, πράγμα που σημαίνει εκπομπή στο υπεριώδες.
Οι σχόλιοι για αυτό το γεγονός προέρχονται από τη διεύθυνση:
http://www2.ifa.hawaii.edu/newsletters/article.cfm?a=234&n=21
Ο σκοπός της αποστολής ήταν να ενημερώσει τις ουσίες που σχηματίζουν το εσωτερικό της κομήτη και που υποτίθεται ότι αποτελούν τα υπολείμματα του ηλιακού συστήματος όταν είχε μόλις 100 εκατομμύρια χρόνια, δηλαδή την περίοδο υποθέσεως της σχηματοποίησής του. Οι ερευνητές θα ήθελαν επίσης να δουν να σχηματίζεται ένας κρατήρας "σε πραγματικό χρόνο". Αλλά αυτός έμεινε λίγο εμφανής, κρυμμένος από τα υλικά που εκτοξεύτηκαν, που ήταν αρκετά αδιαφανή, μεταξύ των οποίων οι αστρονόμοι αναγνώρισαν νερό, διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα και διάφορα υδρογονάνθρακες. Τα εκτοξευμένα υλικά προωθήθηκαν με πολύ μεταβλητές ταχύτητες, μέσος όρος γύρω στα 500 μέτρα ανά δευτερόλεπτο (αυτή η μεταβλητότητα της ταχύτητας εκτόξευσης απαιτεί εξήγηση, αν τα άτομα και τα μόρια που εκτοξεύονται έχουν παρόμοιες μάζες. Αυτή η μεταβλητότητα μπορεί να οφείλεται στο ότι η κομήτης "αντέδρασε" ενεργά στη σύγκρουση, μέσω πρόσθετης εκπομπής αερίων). Η φράση στα αγγλικά είναι: "Η αδιαφάνεια των εκτοξευμένων υλικών έκανε δύσκολο για τους επιστήμονες να δουν τον κρατήρα, αλλά σε αυτό το σημείο φαίνεται ότι ο κρατήρας που δημιουργήθηκε από τη σύγκρουση βρίσκεται στο υψηλότερο επίπεδο των προβλέψεων, δηλαδή γύρω στο μέγεθος ενός γήπεδου ποδοσφαίρου".
Τώρα δείτε τη φράση:
Επιστήμονες ενδιαφέρονται ότι τα υλικά που ανιχνεύθηκαν σε μία προ-σύγκρουση έκρηξη δεν έχουν ακόμη βρεθεί στα δεδομένα μετά τη σύγκρουση.
Μετάφραση: οι επιστήμονες ήταν έκπληκτοι από το γεγονός ότι δεν είχαν αναγνωρίσει στα δεδομένα μετά τη σύγκρουση τα υλικά που ανιχνεύθηκαν σε "μία έκρηξη πριν τη σύγκρουση".
Αν όμως παρατηρήσετε προσεκτικά το βίντεο, θα δείτε ότι μπορεί να διακρίνεται αρκετά καθαρά αυτή η "έκρηξη πριν τη σύγκρουση".
Αριστερά η πρώτη εικόνα. Στη συνέχεια αυτή η "έκρηξη πριν τη σύγκρουση".
Οι εικόνες της ίδιας σύγκρουσης
Πώς να αναγνωρίσετε τις διαδοχικές εικόνες
Τι μπορεί να είναι αυτή η "έκρηξη" φωτός πριν τη σύγκρουση; Η αλληλεπίδραση του σώματος σύγκρουσης με τη "μετεωρολογική ατμόσφαιρα" της κομήτη. Αυτές εκπέμπουν αέρια όταν πλησιάζουν τον Ήλιο. Αυτή η εκπομπή συμβαίνει όταν η κομήτης μπαίνει σε σφαίρα όπου η ακτίνα είναι ακριβώς η τροχιά του Δία. Η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει την κομήτη και εντείνει το φαινόμενο. Αυτός είναι ο λόγος που οι κομήτες είναι δύσκολο να δοθούν σε προβολή όταν βρίσκονται πέρα από την τροχιά του Δία. Για παράδειγμα, η περιοδική κομήτης Χάλλεϊ. Όταν μία αποστολή πλησιάζει μία κομήτη που εκπέμπει εντατικά, όπως συνέβη στην αποστολή Giotto, της οποίας στόχος το 1992 ήταν η κομήτης Χάλλεϊ, δεν μπορεί να παράσχει κοντινές εικόνες. Η κομήτης εκπέμπει όχι μόνο αέρια, αλλά και σωματίδια που, λόγω της ταχύτητας πλησίασης της αποστολής, είναι ιδιαίτερα διαβρωτικά. Το Giotto το 1992 έπρεπε να φέρει έναν ασπίδα, αλλά καταστράφηκε και σταμάτησε να εκπέμπει σε μία συγκεκριμένη απόσταση από την κομήτη.
Η κομήτης Χάλλεϊ, φωτογραφισμένη από την αποστολή Giotto. Παρατηρήστε την έντονη εκπομπή
Η ίδια, φωτογραφισμένη πιο κοντά μέσα από το σύννεφο αερίων και σκόνης που την περιβάλλει. Λίγο μετά την αποστολή, καταστραφεί, σταμάτησε να εκπέμπει
Ο Τέμπελ 1 επιλέχθηκε λόγω του χαμηλού ρυθμού εκπομπής αερίων του, σε σύγκριση με την Χάλλεϊ. Αλλά η κομήτης κινείται, συνοδεύεται από το αέριο περιβάλλον της. Μαρτυρία αυτών είναι οι εικόνες που λήφθηκαν από το παρατηρητήριο της Χαβάη:
Η κομήτης Τέμπελ 1. Εικόνες που λήφθηκαν από το παρατηρητήριο της Χαβάη
Η δική μου ερμηνεία του βίντεο της σύγκρουσης:
