Deep Impact
4 Ιουλίου 2005
Την προηγούμενη 4η Ιουλίου μάθαμε ότι η δορυφόρος «Deep Impact» είχε αποστείλει ένα μόνο προϊόν, συνδεδεμένο με μάζα 410 κιλών χαλκού, το οποίο είχε συγκρουστεί με την κομήτη Tempel 1, ανακαλύφθηκε με γυμνό μάτι τον Απρίλιο του 1867 από τον αστρονόμο Μασσαλίας E.W. Tempel.
Το αντικείμενο έχει περίοδο 5,5 ετών και κινείται μεταξύ της Μαρσίας και του Δία. Η μεγαλύτερη διάστασή της εκτιμάται σε 6 χιλιόμετρα. Έτσι, η NASA εκτόξευσε μία δορυφόρο, με σκοπό να προσπαθήσει να μάθει περισσότερα για τη σύνθεση και την εσωτερική δομή των κομητών, εκτοξεύοντας ένα αντικείμενο που θα συγκρούονταν με μία από αυτές.
Ακολουθούν οι τροχιές:
Τροχιά της κομήτη Tempel 1 μεταξύ της Μαρσίας και του Δία. Παρατηρήστε, στο πλησιέστερο σημείο του Ήλιου, τη μη-κυκλικότητα της τροχιάς της Ερμή. Στην κορυφή, στη χρυσή τροχιά, η θέση που κατείχε η κομήτης τη στιγμή της εκτόξευσης της δορυφόρου. Η κυκλική μπλε τροχιά αντιπροσωπεύει την τροχιά της Γης. Στην κορυφή, η θέση που κατείχε η Γη τη στιγμή της εκτόξευσης της δορυφόρου. Έξι μήνες αργότερα (μισή τροχιά της Γης), η σύγκρουση. Μετρήστε τις καμπυλόγραμμες αποστάσεις που διένυσε η κομήτης και η δορυφόρος στο ίδιο χρονικό διάστημα. Η κομήτης κινείται γρηγορότερα.
Μία επεξήγηση για την τροχιά σύγκρουσης. Στη διεύθυνση:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
βρίσκεται μία πολύ όμορφη εναλλαγή.
Θα βρείτε πρώτα δύο κουμπιά, που θα σας επιτρέψουν να αλλάξετε τη «γωνία παρατήρησης». Θα δείτε έτσι ότι η τροχιά της κομήτη είναι αρκετά κλειστή στο επίπεδο της ισημερινής.
Αυτό της επέτρεψε να επιβιώσει. Υπάρχουν διάφορα είδη κομητών. Κάποιες, που ονομάζονται «απεριοδικές», κάνουν μία μοναδική εξόδο 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 ήταν νεαρό, σχηματίζονταν οι πλανήτες. Τότε εμφανίζονταν πολλά μηχανισμοί. Ο απλούστερος να κατανοηθεί είναι ο «κανιβαλισμός», η πρόσκρουση μεταξύ ενός μικρού αντικειμένου και ενός μεγάλου, το δεύτερο να ενσωματώνει το πρώτο στη μάζα του. Ο δεύτερος μηχανισμός είναι η θετική βαρυτική ώθηση. Στο μαθηματικό νόημα, είναι μία «σύγκρουση» (λέξη αγγλική, προελεύσεις από τη θεωρία κινητικής θεωρίας των αερίων: encounter). Το πρωτόγονο ηλιακό σύστημα είναι «συγκρουστικό». Αυτές οι συγκρούσεις τείνουν να δημιουργήσουν μία κατανομή των ταχυτήτων του Maxwell-Boltzmann για όλες τις πληθυσμούς. Είναι ένα σύστημα «πολλών πληθυσμών». 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 τους λόγους των μαζών. Πάρτε ένα πλάσμα υδρογόνου. Τα ηλεκτρόνια είναι 1850 φορές ελαφρύτερα από τα πυρήνες υδρογόνου. Έτσι, η θερμική ταχύτητα δόνησης των ηλεκτρονίων είναι √1850 φορές υψηλότερη από την ταχύτητα των ιόντων υδρογόνου, δηλαδή 43 φορές υψηλότερη.
Μία ανάμιξη «βαρέων ειδών» και «ελαφρών ειδών» τείνει να επιταχύνει τα ελαφρά είδη («κομμάτια υγρασίας με άλατα» ή «βρώμικο πάγο» που θα αποτελέσουν τις πρωτοκομήτες). Έτσι, το ηλιακό σύστημα εκτόξευσε μία μαζί από μικρά αντικείμενα. Κάποια, που απέκτησαν την ταχύτητα διαφυγής σε σχέση με τον Ήλιο, έφυγαν στο διαστημικό χώρο. Άλλα επιβίωσαν, στη «μεγάλη προάστειο» μας. Εφόσον αυτές οι «συναντήσεις», αυτές οι συγκρούσεις λειτουργούν και στις δύο κατευθύνσεις (αλλά, γενικώς, επιταχύνουν τα μικρά αντικείμενα), υπάρχει ένα «αρνητικό βαρυτικό πεδίο» που «γεμίζει» την κατανομή του Maxwell-Boltzmann με χαμηλές ταχύτητες. Πολλά μικρά αντικείμενα επιβραδύνθηκαν έτσι και π.χ. έπεσαν στον Ήλιο. Ή σε γηραιές πλανήτες, όπως η Γη μας, αποτελώντας κάποιες φορές μάζες θαλάσσης.
Η Tempel 1 είναι μία κομήτη με μεσαίο τύπο τύχης. Έχει αποκτήσει ταχύτητα παρόμοια με αυτή των πλανητών. Αλλά είχε και την τύχη να βρεθεί σε μία κλειστή τροχιά, που μειώνει τους κινδύνους άσχημων συγκρούσεων με πλανήτες, όλους βαρύτερους από αυτήν και που θα έκαναν αναπόφευκτα αλλαγές στην τροχιά της. Η τροχιά της έχει ελαφρώς τροποποιηθεί από την ανακάλυψή της. Δείτε στο ιστορικό, μέσω Google. Γιατί εκτοξεύει λιγότερο από την κομήτη Halley; Καλή ερώτηση. Γνωρίζουμε πολύ λίγα για αυτήν την εκτόξευση, όπως γνωρίζουμε πολύ λίγα για την εσωτερική δομή των κομητών.
Στην πραγματικότητα, η Γη μας εκτοξεύει επίσης, και αυτό το φαινόμενο ονομάζεται βουλκανισμός. Γνωρίζουμε ότι εντείνεται από την επίδραση των μεγάλων κυμάτων (η δράση του Δία στο Io, το πρώτο που παρακινεί έντονα το δορυφόρο του). Αν το Io αντιδρά τόσο θερμά στην παρουσία του γείτονα του είναι γιατί περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του. Αν ήταν συγχρόνιο με τον τεράστιο πλανήτη, δεν θα υπήρχε τόσο έντονος βουλκανισμός. Επιπλέον, το Io είναι πολύ κοντά στον Δία.
Ίσως η δραστηριότητα εκτόξευσης 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 επιδράσεις των μεγάλων κυμάτων που προκαλούνται από την πλησιέστερη πλησιέστερη πλανήτης. Παρατηρούμε επίσης ότι οι κομήτες εκτοξεύουν όταν εισέρχονται μέσα στην τροχιά του Δία. Είναι γιατί λαμβάνουν περισσότερη ακτινοβολία από τον Ήλιο; Ναι, αν αυτή η εκτόξευση είναι απλώς η υπερκρύωση της επιφάνειάς τους. Όχι, αν πρόκειται για έκρηξη από τα εσωτερικά τους. Ενώ όμως δούμε τις εικόνες που λήφθηκαν από τη Giotto καθώς πλησίαζε τη Halley, βλέπουμε σαφώς ότι υπάρχουν εκτοξευτικές πηγές. Μπορεί λοιπόν να είναι συνδεδεμένη η επανακίνηση της δραστηριότητας μίας κομήτη που εισέρχεται στο ηλιακό σύστημα με την εσωτερική της ανακάτευση λόγω μεγάλων κυμάτων, που είναι έντονη αν περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της. Έχουμε μετρήσει αυτές τις περιόδους περιστροφής;
Από αυτή την άποψη, η Tempel 1 είναι ένα αντικείμενο σχετικά λιγότερο ενεργό, γιατί περιστρέφεται λίγο γύρω από τον εαυτό της, άρα είναι λιγότερο ευαίσθητο σε αυτή την ανακάτευση λόγω μεγάλων κυμάτων, που προκαλεί έκρηξη διαφόρων ειδών (βουλκανική στο Io, εκτόξευση στις κομήτες). Ρωτήστε τον Brahic τι νομίζει. Η πλανητολογία είναι υποτίθεται η γνώση του.
Μπορείτε να τοποθετήσετε σε κάθε σημείο τη θέση των διαφόρων αντικειμένων. Πρώτα, η κομήτης Tempel 1 πλησιάζει, μετά την εκτόξευση της δορυφόρου Deep Impact. Θα παρατηρήσετε κατά τη διάρκεια της εικόνας 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 δορυφόρων τους. Αυτή η ημερομηνία αντιστοιχεί στην επέτειο της επανάστασής τους, και δεν είναι τυχαίο.
Η προσεκτική παρατήρηση της εναλλαγής δείχνει σαφώς ότι η Tempel 1 περιστρέφεται γρηγορότερα από τη δορυφόρο και την προσπερνά. Στην πραγματικότητα, είναι η κομήτης που συγκρούεται με τη δορυφόρο, όχι το αντίστροφο. Αλλά δεν έχει σημασία. Επόμενη εικόνα, είμαστε δύο μήνες αργότερα. Η κομήτης προετοιμάζεται να συγκρουστεί με τη δορυφόρο, ή τουλάχιστον με το αντικείμενο που θα αποσπαστεί από αυτήν για να επιτευχθεί αυτή η σύγκρουση.
Η κομήτης, εικόνα που λήφθηκε πέντε λεπτά πριν από τη σύγκρουση:
Η κομήτης. Εικόνα που λήφθηκε 5 λεπτά πριν από τη σύγκρουση.
Ο δορυφόρος και ο εκτοξευτής
Μία κάμερα είχε τοποθετηθεί στον εκτοξευτή.
Μεγάλη εγγύτητα, 190 δευτερόλεπτα πριν από τη σύγκρουση. Συμβαδίζουν τα φωτεινά σημεία με πηγές εκτόξευσης;
Μία εικόνα τέχνης που δείχνει τον εκτοξευτή πλησιάζοντας (σε μορφή ασπίδας)
Έχουμε σχεδιάσει πηγές εκτόξευσης.
Η σύγκρουση γίνεται.
67 δευτερόλεπτα μετά τη σύγκρουση
Η σχετική ταχύτητα μεταξύ των δύο αντικειμένων είναι 3,5 km/s (είναι μικρότερη από την ταχύτητα της δορυφόρου, η οποία είναι απαραίτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα περιστροφής γύρω από τη Γη. Δεν θυμάμαι την ακριβή τιμή, κοντά στα 9 km/s). Η σύγκρουση είναι καταγεγραμμένη από τη δορυφόρο, η οποία συνεχίζει την πορεία της περνώντας σε 10 χιλιόμετρα από την κομήτη. Έτσι, η θέση της σύγκρουσης καλύπτεται γρήγορα από την ίδια την κομήτη. Τα δύο αντικείμενα απομακρύνονται με 3,5 km/s, που εμποδίζει τη δορυφόρο να λάβει ακριβείς εικόνες της κατάστασης στη θέση της σύγκρουσης μετά τη διάδοση των εκτοξευμάτων.
Σε λίγα δευτερόλεπτα η δορυφόρος απομακρύνεται από την κομήτη, χωρίς να μπορέσει να λάβει εικόνες του νέου κρατήρα μετά τη διάδοση των εκτοξευμάτων.
Αυτά τα εκτοξευμένα υλικά θα συνεχίσουν να εκπέμπουν φως για πολλές ώρες. Είναι πολύ ζεστά. Αν μπορέσουν να ληφθούν εικόνες στο ορατό φάσμα, τα φασματομέτρα καταγράφουν θερμοκρασίες μερικών χιλιάδων βαθμών, που σημαίνει εκπομπή στην υπεριώδη.
Η καταγραφή της σύγκρουσης
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 αποτελούν το εσωτερικό της κομήτη και υποτίθεται ότι αποτελούν τα υπόλοιπα του ηλιακού συστήματος όταν ήταν μόλις 100 εκατομμύρια χρόνια, δηλαδή κατά την προϋποθετική εποχή της σχηματοποίησής του. Οι ερευνητές θα ήθελαν επίσης να δουν να δημιουργείται ένας κρατήρας «σε πραγματικό χρόνο». Αλλά αυτός έμεινε λίγο εμφανής, κρυμμένος από τα υλικά που εκτοξεύτηκαν, αρκετά αδιαφανή, μεταξύ των οποίων οι αστρονόμοι αναγνώρισαν νερό, διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα και διάφορα υδρογονάνθρακες. Τα εκτοξευμένα υλικά προωθήθηκαν με πολύ διαφορετικές ταχύτητες, μέσο όρο γύρω στα 500 m/s (αυτή η διαφορά στην ταχύτητα εκτόξευσης απαιτεί εξήγηση, αν τα άτομα και μόρια που εκτοξεύονται έχουν παρόμοιες μάζες. Μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι η κομήτης «αντέδρασε» ενεργά στη σύγκρουση, μέσω περισσότερης εκτόξευσης). 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 στην υψηλή άκρη των προβλέψεων, δηλαδή γύρω στο μέγεθος ενός γήπεδου ποδοσφαίρου».
Τώρα δείτε τη φράση:
Επιστήμονες είναι ενθουσιασμένοι ότι τα υλικά που ανιχνεύτηκαν σε μία προ-σύγκρουση έκρηξη δεν έχουν ακόμη βρεθεί στα δεδομένα μετά τη σύγκρουση.
Μετάφραση: οι επιστήμονες ήταν ενθουσιασμένοι από το γεγονός ότι δεν εντόπισαν στα δεδομένα μετά τη σύγκρουση τα υλικά που ανιχνεύτηκαν σε «έκρηξη πριν από τη σύγκρουση».
Αν όμως παρατηρήσετε προσεκτικά το βίντεο, θα δείτε ότι διακρίνεται αρκετά καθαρά αυτή η «έκρηξη πριν από τη σύγκρουση».
Στα αριστερά, η πρώτη εικόνα. Στη συνέχεια, αυτή η «έκρηξη πριν από τη σύγκρουση».
Οι εικόνες της ίδιας σύγκρουσης
Πώς να αναγνωρίσετε τις διαδοχικές εικόνες
Τι μπορεί να είναι αυτή η «έκρηξη» φωτός πριν από τη σύγκρουση; Η αλληλεπίδραση του εκτοξευτή με τη «μεταφορά της κομήτη». Αυτές «εκτοξεύουν» όταν πλησιάζουν τον Ήλιο. Η εκτόξευση συμβαίνει όταν η κομήτης εισέρχεται σε μία σφαίρα όπου η ακτίνα είναι ακριβώς η τροχιά του Δία. Η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει την κομήτη και ενισχύει το φαινόμενο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κομήτες είναι δύσκολο να παρατηρηθούν όταν βρίσκονται πέρα από την τροχιά του Δία. Για παράδειγμα, αυτό συμβαίνει με την περιοδική κομήτη Halley. Όταν μία δορυφόρος πλησιάζει μία κομήτη που εκτοξεύει έντονα, όπως συνέβη με την αποστολή Giotto, η στόχος της το 1992 ήταν ακριβώς η κομήτη Halley, δεν μπορεί να παράσχει κοντινές εικόνες. Η κομήτης εκπέμπει όχι μόνο αέριο, αλλά και σωματίδια που, λόγω της ταχύτητας πλησίασης της δορυφόρου, είναι ιδιαίτερα διαβρωτικά. Το Giotto το 1992 έπρεπε να είχε εξοπλιστεί με έναν ασπίδα, αλλά καταστράφηκε και σταμάτησε να εκπέμπει σε μία συγκεκριμένη απόσταση από την κομήτη-στόχο.
Η κομήτης Halley, φωτογραφισμένη από τη δορυφόρο Giotto. Παρατηρήστε την έντονη εκτόξευση
Η ίδια, φωτογραφισμένη από κοντά μέσω του σύννεφου αερίων και σκόνης που την περιβάλλει. Λίγο μετά τη δορυφόρο, καταστραφεί, σταμάτησε να εκπέμπει
Η Tempel 1 επιλέχθηκε λόγω του χαμηλού ρυθμού εκτόξευσης της, σε σύγκριση με τη Halley. Αλλά η κομήτης κινείται, συνοδευόμενη από το αέριο περιβάλλον της. Μαρτυρία αυτών των εικόνων που λήφθηκαν από το παρατηρητήριο της Χάβαη:
Η κομήτης Tempel 1. Εικόνες που λήφθηκαν από το παρατηρητήριο της Χάβαη
Η ερμηνεία μου για την καταγραφή της σύγκρουσης:
Εικόνα Α