Deep Impact
4 juli 2005
Op 4 juli vorig jaar leerde men dat de sonde "Deep Impact" een module had losgelaten die bestond uit een massa van 410 kilo koper, die in botsing was gekomen met de komeet Tempel 1, ontdekt in april 1867 met het blote oog door de Marseilaanse 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 heeft dus een sonde gelanceerd, met het doel om meer te weten te komen over de samenstelling en interne structuur van kometen door een object te laten botsen met een van hen.
Zie hier de banen:
Baankromme van de komeet Tempel 1 tussen die van Mars en Jupiter. Let op, bij het dichtstbijzijnde punt van de zon, de niet-circulaire baan van Mercurius, behoorlijk opvallend. Bovenop, op de bruine baan, de positie die de komeet had op het moment van de lancering van de sonde. De circulaire blauwe baan is die van de Aarde. Bovenop, de positie die de Aarde had op het moment van de lancering van de sonde. Zes maanden later (een halve aardbaan), de botsing. Meet de kromme afstanden die de komeet en de sonde in dezelfde tijd afleggen. De eerste gaat sneller.
Een opmerking over de botsingsbaan. Op de volgende adres:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
zal u een zeer mooie animatie vinden.
U zult eerst twee knoppen vinden, die u zullen laten variëren met het "zichtpunt". U zult zo zien dat de baan van de komeet behoorlijk is afgewijk van het vlak van de ecliptica.
Dat heeft haar geholpen om te overleven. Er zijn verschillende soorten kometen. Sommige, zogenaamde "aperiode", maken een unieke uitstap in ons zonnestelsel en geven daarna geen tekenen meer van leven. In feite kennen we de structuur van dit grote "wolk", dit reservoir van kometen, dat verondersteld wordt te liggen ver buiten ons zonnestelsel, vrij slecht. Wat is de oorsprong? Toen het zonnestelsel in zijn jeugd was, vormden de planeten zich. Er zijn toen meerdere mechanismen in werking getreden. Het eenvoudigste om te begrijpen is het "kanibalisme", de frontale botsing tussen een klein object en een groot, waarbij het laatste het eerste in zijn massa integreert. Het tweede mechanisme is het positieve slinger-effect. In de wiskundige zin is het een "ontmoeting" (Engelse term, geleend uit de kinetische theorie van gassen: encounter). Het oorspronkelijke zonnestelsel is "botsings-georiënteerd". Deze botsingen tenden tot het creëren van een Maxwell-Boltzmann-verdeling van snelheden, voor alle populaties. Het is een "multi-populaties" systeem. Er is een neiging naar thermodynamisch evenwicht voor elk van hen. Wanneer 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 zijn onderling gelijk aan de verhoudingen van de massa's. Neem een waterstofplasma. De elektronen zijn 1850 keer lichter dan de waterstofkernen. Dus de thermische bewegingssnelheid van de elektronen is 43 keer hoger dan die van de waterstofionen.
Een mengsel van "zware" en "lichte" soorten zal de lichte soorten versnellen ("de waterdampklontjes of "zout ijs" die de proto-kometen zullen vormen). Het zonnestelsel heeft dus een mijnheid kleine objecten uitgestoten. Sommige, die de ontsnappingssnelheid ten opzichte van de zon hebben verkregen, zijn verdwenen in het interstellaire ruimte. Anderen blijven in ons "grote voorstad". Aangezien deze "ontmoetingen", deze botsingen in beide richtingen werken (maar globaal de kleine objecten versnellen), is er een "negatief slinger-effect" dat de Maxwell-Boltzmann-verdeling naar lagere snelheden "vult". Veel kleine objecten zijn zo vertraagd en zijn bijvoorbeeld op de zon of op aardse planeten gevallen, waardoor ze misschien oceaanmassa's vormden.
Tempel 1 is een komeet met een gemiddeld lot. Het heeft een snelheid gekregen die vergelijkbaar is met die van de planeten. Maar het had ook het geluk om op een hellingbaan te komen, wat de risico's van slechte ontmoetingen met planeten verlaagt, die allemaal zwaarder zijn dan zij en hun baan onvermijdelijk zouden verstoren. Deze baan is inderdaad iets veranderd sinds de ontdekking van het object. Zie op historie, dankzij Google. Waarom verliest het minder gas dan de komeet van Halley? Goede vraag. We weten weinig over dit gasverlies, net zoals we weinig weten over de interne structuur van kometen.
In feite verliest ook onze planeet gas, en dit fenomeen heet vulkanisme. We weten dat het wordt versterkt door het getijde-effect (actie van Jupiter op Io, de eerste die zijn maan zorgvuldig verwerkt). Als Io zo heet reageert op de aanwezigheid van zijn dichtbijgelegen buur is dat omdat het zichzelf roteert. Als het synchroon was met de reusachtige planeet zou er geen zo heftig vulkanisme zijn. Bovendien is Io erg dicht bij Jupiter.
Misschien is de gasverliesactiviteit van kometen gerelateerd aan hun rotatieperiode. Een komeet die roteert is een komeet die gevoeliger is voor de getijde-effecten veroorzaakt door de nabijheid van de planeten. In feite merken we op dat kometen gas verliezen wanneer ze binnen de baan van Jupiter komen. Is het omdat ze meer zonnestraling ontvangen? Ja, als dit gasverlies een eenvoudige sublimatie van hun oppervlak is. Nee, als het uit hun diepere lagen komt. Maar wanneer we de beelden van Giotto naderen Halley bekijken, zien we duidelijk dat er uitbarstingen zijn. Het is dus mogelijk dat de heropstanding van een komeet die binnen het zonnestelsel komt, gerelateerd is aan haar interne verwerking door getijde-effecten, intens als ze zichzelf roteert. Heeft men deze rotatieperiodes gemeten?
In deze optiek zou Tempel 1 een relatief weinig actief object zijn omdat het weinig roteert, dus weinig gevoelig is voor dit verwerkingseffect door getijden, wat uitbarstingen van alle soorten veroorzaakt (vulkanisch op Io, gasverlies op kometen). Vraag Brahic wat hij daarvan vindt. Planétologie is zijn vakgebied.
U kunt de positie van de verschillende objecten naar wens bepalen. Hier is eerst de komeet Tempel 1 in aankomst, na de lancering van de sonde Deep Impact. U zult opmerken dat de botsingsdatum is: 4 juli. De Amerikanen houden er van om hun ruimtevaartprestaties te markeren en te laten zien hoe goed ze de baan van hun sonde beheersen. Deze datum is de verjaardag van hun revolutie, en het is geen toeval.
De aandachtige waarneming van de animatie toont duidelijk aan dat Tempel 1 in feite sneller draait dan de sonde, en haar inhaalt. In feite is het de komeet die de sonde raakt, en niet omgekeerd. Maar het maakt niet veel uit. Volgende afbeelding, we zijn twee maanden later. De komeet bereidt zich voor om de sonde te raken, of tenminste het object dat van haar zal loskomen om deze botsing te veroorzaken.
Hier is de komeet, afgebeeld vijf minuten voor de botsing:
De komeet. Afbeelding genomen vijf minuten voor de botsing.
De sonde en de impactor
Er was een camera op de impactor gemonteerd.
Nader beeld, 190 seconden voor de botsing. Zijn de lichtpuntjes bronnen van gasverlies?
Een kunstenaarsbeeld van de impactor in aankomst (in de vorm van een schild).
Ze hebben bronnen van gasverlies aangegeven.
De botsing vindt plaats.
67 seconden na de botsing
De relatieve snelheid tussen de twee objecten is 3,5 km/s (het is lager dan de snelheid van de sonde, die onvermijdelijk hoger is dan de snelheid van de omloopbaan rond de aarde. Ik herinner me niet precies de waarde, dichtbij 9 km/s). De botsing wordt gefilmd door de sonde, die verder reist en op 10 kilometer van de komeet passeert. De locatie van de botsing wordt dus snel door de komeet zelf bedekt. De twee objecten bewegen zich met 3,5 km/s van elkaar af, wat de sonde belet om nauwkeurige beelden van de botsingslocatie te verkrijgen nadat de uitwerpselen zijn verdwenen.
In enkele seconden verlaat de sonde de komeet, en kan geen beelden van het nieuwe krater verkrijgen na verdwijning van de uitwerpselen
Deze uitwerpselen zullen nog uren lang licht uitstralen. Ze zijn extreem heet. Als beelden kunnen worden gemaakt in het zichtbare bereik, registreren de spectrometers temperaturen van duizenden graden, wat inhoudt dat er uitstraling plaatsvindt in het UV.
De film van de botsing
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 te updaten die de binnenkant van de komeet vormen en die verondersteld worden de resten te zijn van het zonnestelsel toen het slechts honderd miljoen jaar oud was, dat wil zeggen op de veronderstelde tijd van zijn vorming. De wetenschappers hadden ook graag een krater "live" gezien. Maar die bleef weinig zichtbaar, verborgen door relatief donkere materialen, waaronder astronomen water, koolstofdioxide, koolstofmonoxide en verschillende koolwaterstoffen identificeerden. De uitwerpselen werden met zeer variabele snelheden uitgestoten
, gemiddeld rond de 500 m/s (deze variatie in de uitstotingsnelheid vereist verklaring, als de uitgestoten atomen en moleculen vergelijkbare massa's hebben. Deze kan zijn dat de komeet actief heeft gereageerd op de botsing, via extra gasverlies). De zin in het Engels is "
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
".
Laten we nu deze zin bekijken:
Scientists are intrigued that materials detected in a pre-impact outburst have not yet been found in the post-impact data.
Vertaling:
de wetenschappers zijn geïnteresseerd in het feit dat ze de materialen die in een voor-botsing uitbarsting zijn gedetecteerd, nog niet in de post-botsing gegevens hebben gevonden.
Als u echter aandachtig naar de video kijkt, zult u zien dat u deze "voor-botsing uitbarsting", deze "voor-botsing uitbarsting" duidelijk kunt onderscheiden.
Aan de linkerkant de eerste afbeelding. Dan deze "voor-botsing uitbarsting".
De beelden van de botsing zelf
Hoe de opvolgende beelden te herkennen
Wat zou deze "lichtuitbarsting" voor botsing kunnen zijn? De interactie van de impactor met "de atmosfeer van de komeet". Deze "verliezen gas" wanneer ze dichtbij de zon komen. Dit gasverlies vindt plaats wanneer de komeet binnen een bol komt waarin de straal precies die van de baan van Jupiter is. De zonnestraling verwarmt de komeet en verhoogt de intensiteit van het fenomeen. Dit is de reden waarom kometen moeilijk zichtbaar zijn wanneer ze zich buiten de baan van Jupiter bevinden. Bijvoorbeeld het geval van de periodieke komeet Halley. Wanneer een sonde een komeet nadert die sterk gas verliest, zoals het geval was met de Giotto-missie, waarvan de doelwit in 1992 precies de komeet Halley was, kan ze geen dichtbeelden geven. De komeet zendt niet alleen gas uit, maar ook deeltjes die, gegeven de snelheid van de sonde, zeer slijpend zijn. Giotto moest in 1992 een schild hebben, maar werd vernietigd en stopte met het uitzenden op een bepaalde afstand van het doelwit.
De komeet Halley, gefotografeerd door de sonde Giotto. Let op het sterke gasverlies
Hetzelfde, gefotografeerd van dichterbij door het gas- en stofwolkje dat het omringt. Kort na de sonde, vernietigd, stopte het met het uitzenden
Tempel 1 werd gekozen vanwege haar lage gasverlies, vergeleken met Halley. Maar de komeet reist, vergezeld van haar gasomgeving. Getuige deze beelden genomen vanaf de observatorium van Hawaii:
De komeet Tempel 1. Beelden genomen vanaf het observatorium van Hawaii
Mijn interpretatie van de botsingsfilm:
Afbeelding A: De sonde is nog niet binnengedrongen in de gaslaag om de komeet, veroorzaakt door het gasverlies
Afbeelding B: De eerste lichtstraal komt van de schokgolf die zich vormt in deze dichte laag
Voor de sonde fysiek de oppervlakte van het lichaam raakt, wordt de schokgolf gereflecteerd, wat deze boogvormige lichtgevende vorm geeft.
Afbeelding C: Gereflecteerde schokgolf, voordat de botsing plaatsvindt
Het is verontrustend dat een gereflecteerde schokgolf zichtbaar is als relatief 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 is het toneel van een fluorescerend fenomeen. In feite veroorzaakt de hoge snelheid van de sonde (3,5 km/s) een sterke frontale schokgolf, waarna het gas dat de atmosfeer van de komeet vormt sterk wordt samengeperst en vooral verhit tot duizenden graden. De impact, voordat het de harde korst raakt, "ervaart een atmosferische inwerping". Het gas in de buurt van de golf is verantwoordelijk voor de uitstraling in de lage golflengtes. De andere uitstralingen (zichtbaar en lagere golflengtes) corresponderen met een fluorescerend fenomeen (gas wordt geïnactiveerd door UV). De gereflecteerde schokgolf is ook een sterke schokgolf, vergezeld van hetzelfde fenomeen. Daarom heeft het een duidelijke dikte.
Afbeelding D: De botsing op de harde korst van de komeet
Verschillende instrumenten zijn gericht op de botsingslocatie: de ruimtetelescoop Hubble, de Spitzer Space Telescope (infrarood), de telescoop die werkt in het röntgenbereik Chandra X-ray, het observatorium XMM (ook voor röntgenstralen), de Swift Gamma-Ray Burst Explorer (optisch, ultraviolet, röntgen- en gammastralen). Voeg twee radiotelescopen toe: de Submillimeter Wave Astronomy Satellite en Odin, die op zoek zijn naar water in de komeet.
De laatste afbeelding die door de impactor werd verzonden, komt overeen met een afstand van 10 km en laat details van ongeveer 4 meter zien. Het is opmerkelijk dat:
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.
Men kon verwachten dat de 420 kilo koper die de impactor vormde, bij botsing met de komeet met een snelheid van 3,5 km/s een sterke lichtuitstraling zou geven (door verdamping). Maar deze flits werd niet opgenomen door de apparatuur op aarde (...). Toch hebben de twee camera's aan boord van de sonde, die verder reisde, deze beelden opgenomen (...). Hopelijk zullen de eindrapporten, verwacht voor eind september, ons een verklaring geven.
Nogmaals, niemand is verbaasd dat een botsing die op een relatief korte afstand plaatsvindt en die zou moeten leiden tot koperlijnen geen signaal op de aardse detectoren oplevert. Toch was alles wat de aarde had aan telescopen gericht op dit punt op 4 juli en, zoals op internet staat, "het gebeuren kon worden waargenomen met een van de meest eenvoudige instrumenten". Dit "geen verbazing" is verontrustend. Het lijkt erop dat de astronomen met hun instrumenten op aarde gerustgesteld zijn dat de camera's van de sonde de betreffende flits hadden opgenomen.
Er is echter iets vreemds. Het is mogelijk dat een flits van koperdamp moeilijk zichtbaar is door de aardatmosfeer, maar duidelijker is vanaf de sonde. Dit zou de verklaring kunnen zijn. Maar in dat geval, zoals mijn vriend Densi Boland me opmerkt, waarom koper en niet ijzer, dichter en minder buigzaam, met een hogere smelt- en verdampingspunt? Vanuit het oogpunt van de botsing zou dat beter zijn. Je schiet geen kogels van koper, maar van stevig staal. Bovendien zou de flits dan goed zichtbaar zijn vanaf de aarde. Bovendien zou het zelfs meer "astronomisch" zijn, omdat je de botsing van een komeet met een ... deel van een supernova-kern zou kunnen simuleren. In principe kennen we weinig kopermassa's die in de ruimte ronddwalen, nietwaar?
Daarna leest u dat na de botsing de helderheid van de komeet gedurende ongeveer een uur bleef toenemen. Vervolgens, na ongeveer een dag, verminderde het gedurende enkele dagen tot het punt dat het object zijn oorspronkelijke helderheid had teruggekregen. De wetenschappers hoopten dat de botsing een langdurige straal zou veroorzaken, die materialen uit de diepere lagen van de komeet zou uitwerpen. Maar dat gebeurde niet. De site meldt dat de conclusies van deze metingen onderwerp zullen zijn van communicaties en samenvattendes in september 2005.
http://deepimpact.jpl.nasa.gov/home/index.html
http://deepimpact.umd.edu/collab_pub/imagep.shtml
