Komeet Tempel 1 en missie Deep Impact
Deep Impact
31 augustus 2005
Op 4 juli vorig jaar werd bekendgemaakt dat de sonde "Deep Impact" een module van 410 kilo koper had losgelaten, die in botsing was gekomen met de komeet Tempel 1, ontdekt in april 1867 met het blote oog door de Marseillese astronoom E.W. Tempel.
Het object heeft een periode van 5,5 jaar en baant zich tussen Mars en Jupiter. De grootste afmeting wordt geschat op 6 km. De NASA had daarom een sonde gelanceerd, met als doel meer te weten te komen over de samenstelling en interne structuur van kometen door een object te laten botsen met één van hen.
Hier zijn de banen:
Baanschema van komeet Tempel 1 tussen die van Mars en Jupiter. Let op, bij het dichtstbijzijnde punt van de zon is de baan van Mercurius niet cirkelvormig, wat vrij duidelijk is. Bovenaan, op de bruine baan, de positie van de komeet op het moment van lancering van de sonde. De blauwe cirkelbaan is die van de Aarde. Bovenaan, de positie van de Aarde op het moment van lancering van de sonde. Zes maanden later (een halve baan van de Aarde) vindt de botsing plaats. Meet de gebogen afstanden die de komeet en de sonde in dezelfde tijd afleggen. De komeet beweegt sneller.
Een opmerking over de botsingsbaan. Op de volgende link:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
vindt u een prachtige animatie.
U ziet eerst twee knoppen waarmee u het "zichtpunt" kunt veranderen. Zo ziet u dat de baan van de komeet vrij sterk is afgebuigd ten opzichte van het ecliptisch vlak.
Daardoor heeft het object kunnen overleven. Er zijn verschillende soorten kometen. Sommige, zogenaamde "aperiodieke" kometen, maken één unieke uitstap in ons zonnestelsel en geven daarna geen teken meer van leven. De structuur van dit grote "wolk", dit reservoir van kometen dat ver buiten ons zonnestelsel zou moeten liggen, is in feite nog slecht bekend. Waar komt het vandaan? Toen het zonnestelsel nog jong was, vormden de planeten zich. Er werkten toen meerdere mechanismen. Het eenvoudigste om te begrijpen is "kanibalisme": een frontale botsing tussen een klein object en een groot, waarbij het grote object het kleine opneemt. Het tweede mechanisme is het positieve slingereffect. In wiskundige zin is dit een "ontmoeting" (angels: encounter, afgeleid uit de kinetische theorie van gassen). Het oorspronkelijke zonnestelsel was "botsingsrijk". Deze botsingen zorgen voor een Maxwell-Boltzmann-verdeling van snelheden bij alle populaties. Het is een "meerpopulatie"-systeem. Er is een neiging tot thermodynamisch evenwicht voor elke populatie. Als je een mengsel van twee gassen in thermodynamisch evenwicht hebt (bijvoorbeeld het plasma dat de zon vormt), zijn de gemiddelde kinetische energieën van de verschillende populaties gelijk. Ze staan in verhouding tot de massa’s. Neem een waterstofplasma. Elektronen zijn 1850 keer lichter dan waterstofkernen. De thermische bewegingsenergie van elektronen is dus √1850 keer hoger dan die van waterstofionen, wat neerkomt op een factor 43.
Een mengsel van "zware" en "lichte" deeltjes zal de lichte deeltjes versnellen ("waterdampklonters" of "vuile ijsklonters" die proto-kometen zullen vormen). Het zonnestelsel heeft dus een enorme hoeveelheid kleine objecten uitgestoten. Sommige, die de ontsnappingssnelheid ten opzichte van de zon hadden bereikt, zijn verdwenen in het interstellaire ruimte. Andere blijven bestaan in onze "grote voorstad". Omdat deze "ontmoetingen" in beide richtingen werken (maar globaal kleine objecten versnellen), is er een negatief slingereffect dat de Maxwell-Boltzmann-verdeling naar lagere snelheden "vult". Veel kleine objecten zijn dus vertraagd en zijn bijvoorbeeld op de zon gevallen of op aardachtige planeten, zoals de onze, waar ze misschien oceaanmassa’s vormden.
Tempel 1 is een komeet met een tussenliggend lot. Het heeft een snelheid gekregen die vergelijkbaar is met die van de planeten. Maar het had ook geluk dat het op een schuine baan terechtkwam, wat de kans op slechte ontmoetingen met planeten vermindert – die allemaal zwaarder zijn dan zij en hun baan onvermijdelijk zouden verstoren. Deze baan is inmiddels ook een beetje veranderd sinds de ontdekking van het object. Bekijk het historisch via Google. Waarom geeft het minder gas af dan komeet Halley? Goede vraag. We weten weinig over dit gasafgifteproces, net zoals we weinig weten over de interne structuur van kometen.
In feite ontsnapt ook onze planeet gas, een fenomeen dat vulkanisme heet. We weten dat het wordt versterkt door getijdenwerking (Jupiter op Io, de eerste die zijn maan intensief verwerkt). Als Io zo heet reageert op de nabijheid van zijn dichtbijzijnde buur is dat omdat hij om zijn as draait. Als hij synchroon zou zijn met de grote planeet, zou er geen zo fel vulkanisme zijn. Daarnaast is Io erg dicht bij Jupiter.
Misschien hangt de gasafgifte van kometen samen met hun rotatieperiode. Een roterende komeet is gevoeliger voor getijdenwerking door nabijheid van planeten. In feite merken we op dat kometen gas afgeven wanneer ze binnen de baan van Jupiter komen. Is het omdat ze meer zonlicht ontvangen? Ja, als deze gasafgifte een eenvoudige sublimatie van hun oppervlak is. Nee, als het uitbraken zijn uit hun diepste lagen. Als je de beelden van Giotto bekijkt die Halley naderden, zie je duidelijk dat er uitbarstingsbronnen zijn. Misschien hangt de heropleving van activiteit van een komeet die het zonnestelsel binnenkomt samen met interne verwerking door getijdenwerking, vooral als ze snel draaien. Is de rotatieperiode gemeten?
Vanuit dit oogpunt zou Tempel 1 een relatief weinig actief object zijn omdat het slecht roteert en dus minder gevoelig is voor dit verwerkingsproces door getijdenwerking, dat uitbarstingen van allerlei aard veroorzaakt (vulkanisme op Io, gasafgifte bij kometen). Vraag het Brahic eens. Planetaire wetenschap zou zijn specialisme moeten zijn.
U kunt de positie van de verschillende objecten naar believen plaatsen. Hier is eerst de komeet Tempel 1 in aankomst, na de baanverandering van de sonde Deep Impact. U ziet bij de gelegenheid de datum van de botsing: 4 juli. De Amerikanen houden ervan om hun ruimtevaartprestaties zo te markeren en te tonen dat ze de baan van hun sondes volledig onder controle hebben. Deze datum valt samen met hun revolutionaire verjaardag, en het is geen toeval.
De aandachtige observatie van de animatie laat duidelijk zien dat Tempel 1 in feite sneller draait dan de sonde en haar inhalen. Eigenlijk is het de komeet die de sonde raakt, niet omgekeerd. Maar het maakt weinig uit. Volgende beeld: twee maanden later. De komeet bereidt zich voor op botsing met de sonde, of liever gezegd met het object dat zich van haar zal losmaken om die botsing te veroorzaken.
Hier is de komeet, beeld genomen vijf minuten voor de botsing:
De komeet. Beeld genomen vijf minuten voor de botsing.
De sonde en het botsingsobject
Er was een camera geïnstalleerd op het botsingsobject.
Nauwkeurige vergroting, 190 seconden voor de botsing. Duiden de lichte punten op gasafgiftebronnen?
Een kunstenaarsbeeld van het botsingsobject in aankomst (in de vorm van een schild).
Gesimuleerde gasafgiftebronnen zijn toegevoegd.
De botsing vindt plaats.
67 seconden na de botsing
De relatieve snelheid tussen de twee objecten is 3,5 km/s (lager dan de snelheid van de sonde, die per definitie hoger moet zijn dan de baansnelheid rond de Aarde. Ik kan me de exacte waarde niet meer herinneren, maar die ligt dicht bij 9 km/s). De botsing wordt gefilmd door de sonde, die verder gaat en op 10 kilometer afstand van de komeet passeert. De plaats van de botsing wordt dus snel door de komeet zelf overdekt. De twee objecten bewegen zich met 3,5 km/s van elkaar vandaan, waardoor de sonde geen scherpe beelden kan maken van de toestand op de botsingsplaats nadat de uitwerpselen zijn verspreid.
In enkele seconden beweegt de sonde zich van de komeet af, zonder scherpe beelden te kunnen maken van het nieuwe krater nadat de uitwerpselen zijn verspreid.
Deze uitwerpselen blijven urenlang licht uitstralen. Ze zijn extreem heet. Als er beelden in het zichtbare spectrum kunnen worden gemaakt, registreren spectrometers temperaturen van enkele duizenden graden, wat een uitstraling in het ultraviolet impliceert.
De commentaren over dit gebeuren komen van de site:
http://www2.ifa.hawaii.edu/newsletters/article.cfm?a=234&n=21
Het doel van de missie was om de stoffen in het binnenste van de komeet te actualiseren, die verondersteld worden de restanten te zijn van het zonnestelsel toen het nog maar honderd miljoen jaar oud was – dus op het moment dat het verondersteld werd te zijn gevormd. Onderzoekers hadden ook graag een krater "live" zien ontstaan. Maar die bleef grotendeels onzichtbaar, verborgen achter dichte uitwerpselen waarin astronomen water, koolstofdioxide, koolmonoxide en verschillende koolwaterstoffen identificeerden. De uitwerpselen werden met zeer variabele snelheden uitgestoten, gemiddeld rond de 500 m/s (deze variabiliteit in uitstootsnelheid vereist uitleg, als de uitgestoten atomen en moleculen een vergelijkbare massa hebben. Deze kan zijn dat de komeet actief reageerde op de botsing via extra gasafgifte). De Engelse zin luidt: "De doorzichtigheid van het uitgeworpen materiaal maakte het voor wetenschappers lastig om de krater te zien, maar tot nu toe lijkt het erop dat de krater die door het botsingsobject werd gemaakt aan de hoge kant van de voorspellingen lag, dus ongeveer zo groot als een voetbalveld".
Laten we nu deze zin bekijken:
Wetenschappers zijn geïntrigeerd dat materialen die werden gedetecteerd in een uitbarsting voor de botsing nog steeds niet zijn gevonden in de data na de botsing.
Vertaling: wetenschappers zijn geïntrigeerd door het feit dat ze in de post-botsingsdata geen sporen vonden van materialen die waren gedetecteerd tijdens de "uitbarsting voor de botsing".
Als u echter aandachtig naar de video kijkt, ziet u duidelijk deze "voor-botsing uitbarsting", deze "uitbarsting voor de botsing".
Links: eerste beeld. Daarna deze "uitbarsting voor de botsing".
Beelden van de botsing zelf
Hoe de opeenvolgende beelden herkennen
Wat zou deze "uitbarsting" van licht voorafgaand aan de botsing kunnen zijn? De interactie van het botsingsobject met de "atmosfeer" van de komeet. Deze "dampen" wanneer ze in de buurt van de zon komen. Deze dampafgifte vindt plaats wanneer de komeet binnen een bol komt waarvan de straal precies gelijk is aan de baan van Jupiter. Het zonlicht verwarmt de komeet en versterkt het proces. Daarom zijn kometen moeilijk zichtbaar als ze buiten de baan van Jupiter liggen. Zoals bijvoorbeeld de periodieke komeet Halley. Wanneer een sonde een komeet nadert die sterk dampen, zoals bij de missie Giotto, waarbij in 1992 precies de komeet Halley het doel was, kan ze geen dichtbijbeelden maken. De komeet zendt niet alleen gas uit, maar ook deeltjes die, gezien de snelheid van de sonde, sterk slijtend zijn. Giotto moest in 1992 een schild hebben, maar werd vernietigd en hield op te zenden op een bepaalde afstand van het doel.
Komeet Halley, gefotografeerd door de sonde Giotto. Let op het sterke dampen
Zelfde komeet, van dichterbij gefotografeerd door het gas- en stofcocon eromheen. Kort na de sonde werd vernietigd, hield ze op te zenden
Tempel 1 was gekozen vanwege haar lage dampafgifte ten opzichte van Halley. Maar de komeet beweegt, vergezeld door haar gassige omgeving. Getuige deze beelden vanaf de observatorium in Hawaï:
Komeet Tempel 1. Beelden genomen vanaf het observatorium in Hawaï
Mijn interpretatie van de botsingsfilm:
Afbeelding A: De sonde is nog niet doorgedrongen in de gaslaag rond de komeet, veroorzaakt door dampafgifte
Afbeelding B: De eerste gloed komt van de schokgolf die ontstaat in deze dichte laag
Al voordat de sonde fysiek de oppervlakte raakt, reflecteert de schokgolf, wat deze boogvormige gloed veroorzaakt.
Afbeelding C: Gereflecteerde schokgolf, voordat de botsing plaatsvindt
Het is verbaasd dat een gereflecteerde schokgolf zichtbaar is als zo dik (honderden meters). Maar het is niet de golf die je ziet, maar de verlichting van het gas door de UV-straling van de golf. Het gas in de buurt ondergaat een fluorescerend effect. De hoge doordringingsnelheid van de sonde (3,5 km/s) creëert een intense frontale schokgolf, waarachter het gas dat de atmosfeer van de komeet vormt sterk wordt samengeperst en vooral heet gemaakt, tot duizenden graden. Voordat de botsing de harde korst raakt, ondergaat het "een atmosferische terugkeer". Het gas in de buurt van de schokgolf is verantwoordelijk voor de uitstraling op korte golflengten. Andere uitstralingen (zichtbaar en lagere golflengten) komen overeen met een fluorescerend effect (opwarming van het gas door UV). De gereflecteerde schokgolf is ook een intense schokgolf, vergezeld van hetzelfde fenomeen. Daarom lijkt deze golf zo dik.
Afbeelding D: De botsing met de harde korst van de komeet
Uitgebreide instrumenten zijn op de botsingsplaats gericht: het ruimtetelescoop Hubble, het Spitzer Space Telescope (infrarood), het Chandra X-ray-telescoop (röntgen), het XMM-observatorium (ook röntgen), en Swift Gamma-Ray Burst Explorer (optisch, ultraviolet, röntgen en gamma). Voeg twee radiotelescopen toe: de Submillimeter Wave Astronomy Satellite en Odin, die op zoek zijn naar water in de komeet.
Het laatste beeld dat het botsingsobject verzond, kwam van 10 km afstand en toont details van ongeveer 4 meter. Let op:
De felle flits die ontstond door het verdampen van het botsingsobject bij de botsing met de komeet werd niet gemeld als een duidelijke plotselinge stijging zoals vanaf de Aarde gezien, maar de twee camera’s op de passagetransport van de Deep Impact-sonde hebben het gebeuren wel vastgelegd.
Men kon verwachten dat de 420 kilo koper die het botsingsobject vormden, bij een botsing met een snelheid van 3,5 km/s een sterke lichtuitstraling zouden geven (door verdamping). Maar deze flits werd niet vastgelegd door apparaten op Aarde (...). Wel hebben de twee camera’s aan boord van de sonde, die verder reisde, deze beelden vastgelegd (...). Hopelijk zullen de eindrapporten, verwacht in september, een verklaring geven.
Nogmaals: niemand is verbaasd dat een botsing op een relatief korte afstand, die zou moeten leiden tot koperlijnen, geen signaal gaf op aardse detectoren. Toch waren alle telescopen op Aarde gericht op dit punt op 4 juli, en zoals op internet staat: "het gebeuren kon worden waargenomen met een vrij eenvoudig instrument". Dat "geen verbazing" is het verbazende. Kennelijk waren astronomen op Aarde gerust dat de camera’s aan boord van de sonde het betreffende flitsje hadden vastgelegd.
Er is echter iets vreemds. Het is mogelijk dat een flits van koperdamp moeilijk te zien is door de aardse atmosfeer, maar veel makkelijker vanaf de sonde. Misschien is dat de verklaring die zal opkomen. Maar in dat geval, zoals mijn vriend Densi Boland me laat merken: waarom koper en niet ijzer, dichter en minder buigzaam, met een hogere smelt- en verdampingswarmte? Vanuit botsingsperspectief zou dat beter zijn geweest. We schieten geen kogels van koper, maar van stevig staal. Bovendien zou de flits dan veel beter zichtbaar zijn geweest vanaf de Aarde. Bovendien zou het zelfs "astronomischer" zijn geweest, omdat we dan een botsing konden simuleren met een ... restant van een supernova-kern. In theorie kennen we weinig zuiver koper in het heelal, toch?
Verder lezen we dat na de botsing de helderheid van de komeet gedurende ongeveer een uur bleef toenemen. Vervolgens bleef deze ongeveer een dag constant en daarna verzwakte het in enkele dagen tot de oorspronkelijke helderheid werd bereikt. Wetenschappers hoopten dat de botsing een langdurige straal zou veroorzaken, waarbij materialen uit het diepste van de komeet werden uitgestoten. Dat gebeurde niet. De site meldt dat de conclusies van deze metingen in september 2005 zullen worden gepubliceerd in rapporten en samenvattingen.
http://deepimpact.jpl.nasa.gov/home/index.html http://deepimpact.umd.edu/collab_pub/imagep.shtml
Terug naar Gids Terug naar Startpagina
Aantal bezoeken sinds 1 september 2005: