Přípravy na marsovské setkání s kometou Siding Spring

o-mars-comet-570

Podzim se zvolna blíží, a s ním i přípravy pozemních týmů na průlet komety Siding Spring kolem našeho druhého nejbližšího planetárního souseda. Jelikož už uběhlo několik měsíců od mediálního běsnění (nejdříve se totiž předpokládalo, že dojde ke srážce obou těles), pojďme si jen ve stručnosti připomenout, co nás čeká. Kometa C/ 2013 A1 byla objevena v lednu 2013 na australské observatoři Siding Spring. První dva měsíce to vypadalo jako splněný sen nejen všech astronomů, planetologů, ale určitě i fanoušku vědeckofantastické literatury. Kometa se 19. října 2014 srazí s planetou Mars! Přesnější propočty a pozorování od loňského dubna však tuto možnost vyvrátily. Ale i tak to neznamená, že bychom se neměli na co těšit. Rozhodně půjde o velkolepé představení – a my máme díky dlouhodobému výzkumu rudé planety předplaceny lístky do první řady. Kometa dosáhne perihelia 1,399 AU od Slunce pravě uvnitř oběžné dráhy Marsu 25. října letošního roku.
NASA uvolnila v červnu předběžnou studii, které se účastnili i odborníci z Jet Propulsion Laboratory pod vedením Richarda Zurka, zabývající se potenciálními problémy způsobenými blízkým průletem jádra kolem planety Mars. Podle předběžných modelací by úhrnný počet částic v atmosféře planety v době přiblížení měl být ekvivalentní běžnému meteorickému pozadí v rozmezí 3 – 5 let. Marsovská atmosféra (byť ve srovnání s pozemskou velmi řídká) je schopna zabránit větším kolizím na povrchu, což je dobrá zpráva pro oba aktivní rovery.

Pohled na planetu a její satelity ze směru, ze kterého dorazí částice 95 minut po největším přiblížení jádra komety k Marsu s vyznačenými oběžnými drahami obou měsíců Phobos, Deimos a třech sond: Mars Odyssey, MRO a MAVEN.

Pohled na planetu a její satelity ze směru, ze kterého dorazí částice 95 minut po největším přiblížení jádra komety k Marsu s vyznačenými oběžnými drahami obou měsíců Phobos, Deimos a třech sond: Mars Odyssey, MRO a MAVEN.
Kredit: P.Tricarico et al. NASA/JPL
Zdroj: http://cometcampaign.org/

Potenciální riziko můžou znamenat částice pohybující se rychlostmi až 56 km/s pro sondy na oběžných drahách. Běžné kosmické smetí na oběžné dráze Země dosahuje pouhých 7 km/s, čili jen jedné sedminy relativní rychlosti kometárních úlomků. Jelikož energie srážky narůstá se čtvercem rychlosti, mají kometární částice při vzájemném impaktu 64x větší účinek než ty na pozemských drahách. Průnik úlomků do atmosféry při tak velkých rychlostech vyvolává rovněž elektromagnetické poruchy způsobené vznikem krátkodobých plasmatických anomálií, které můžou ohrozit palubní přístroje sond. Přítomnost ionizovaného plynu při kontaktu materiálu s atmosférou planety však údajně nepředstavuje žádné větší nebezpečí. Největší přiblížení komety k Marsu se očekává 19. října 2014 v 18:29 světového času a to na vzdálenost 135 200 ± 4500 km.

Určitá pravděpodobnost rizika se týká misí: Mars Odyssey, MRO, Mars Express, Maven a indický MOM (Mars Orbiter Mission).

Mezi nejdůležitější cíle předběžného výzkumu a modelací zařadili odborníci co nejpřesnější časové určení částicového deště do vnějších vrstev atmosféry Marsu, předpovědět dobu jeho trvání, odhadnout co nejpřesněji jeho hustotu a maximální rozměry jednotlivých částic. Zároveň neustále daný model upravovat a zpřesňovat podle dalších pozorování.

Modelace vnějšího prostředí komety Siding Spring
Nejdříve se podívejme na samotný program modelace, neboť ten byl důležitý pro jakákoli další rozhodnutí. Jeho počátek datujeme na podzim roku 2013, kdy se sešly tři tříčlené týmy odborníků – jeden pod patronací PSI (Planetary Science Institute), druhý pod záštitou Univerzity v Marylandu a třetí výše zmiňovaný z oddělení JPL zabývajícího se dynamikou našeho slunečního systému (Solar System Dynamics Group). Počátkem ledna letošního roku začaly skupiny komunikovat pomocí telekonferencí a 11. března došlo k prvnímu osobnímu setkání. Koncem března byly modelace takřka dokončeny.

To, jestli se planeta Mars ocitne uvnitř oblaku částic, nebo mimo něj, závisí na rychlosti částic, které se budou z jádra komety uvolňovat. Prozatimní pozorování napovídají, že úlomky budou dosahovat spíše nižších rychlostí. Vědecké přístroje budou nejvíce ohroženy v době, kdy bude oběžná dráha Marsu nejblíž dráze komety (přibližně 27 600 km), ne v době největšího přiblížení kometárního jádra k rudé planetě (přibližně 135 000 km). Při menších relativních rychlostech budou prachové částice víceméně následovat dráhu komety. K planetě by měly dorazit pouze částice větší než 0,5 mm, ty menší budou zřejmě odkloněny a rozptýleny tlakem slunečního záření.

Výsledky modelací vědeckých týmů jsou povzbudivé. Kometa nepředstavuje tak velkou hrozbu pro marsovské orbitery, jak bylo prezentováno před více než rokem. Částice o větších průměrech by převážně měly kopírovat dráhu Siding Spring. Pokud se na Mars dostanou, půjde o krátkou periodu přibližně hodinu po největším přiblížení jádra komety. Sluneční radiace bude mít dostatek času odklonit menší částice. Meteory spojené s C/2013 A1 se v lepším případě do atmosféry Marsu nedostanou vůbec, v horším můžeme očekávat částice o průměru 0,5 mm a větším v době od 80 do 110 minut po maximálním přiblížení jádra. Proto se doporučuje pozměnit oběžné dráhy ohrožených misí.

I přes veškerý dosavadní optimismus však týmy doporučují Siding Spring i nadále bedlivě sledovat, neboť už sama nestálá povaha komet nám může v dalších týdnech uštědřit nemilá překvapení. Kupříkladu zatím nemáme jasné představy o velikosti a konzistenci jádra…

Na dalším obrázku je zobrazeno grafické porovnání dopadu částic při přiblížení jádra komety s četností takových jevů v případě jiných událostí. Pro vyjádření četnosti dopadu částic jsou zde používané dva související, nicméně rozdílné termíny: fluence a flux*. V prvním případě se jedná o celkový počet částic dopadajících na danou jednotku plochy v době přiblížení. Můžete si to představit jako krychli o objemu jeden krychlový metr a v ní určitý počet částic. Druhý termín nám taktéž specifikuje množství částic v identickém objemu, ale už v závislosti na měnícím se čase, takže se může lišit ve dvou libovolných naměřených časových intervalech. To je ještě důležitější pro operační týmy daných sond, neboť množství dopadajících částic může nebo nemusí ohrozit sondy v daném čase a poloze nad povrchem planety.

Vertikální sloupky znamenají četnost roje částic komety C/ 2013 A1 (CSS) v porovnání s průměrným meteorickým pozadím v jakoukoli dobu (MM), současným meteorickým rojem Perseid (Per), Leonid (Leo), obzvláště silného roje Leonid mezi lety 1999 – 2002 (Lst) a dopady pozemského kosmického smetí v důsledku vesmírného výzkumu (OD).

Vertikální sloupky znamenají četnost roje částic komety C/ 2013 A1 (CSS) v porovnání s průměrným meteorickým pozadím v jakoukoli dobu (MM), současným meteorickým rojem Perseid (Per), Leonid (Leo), obzvláště silného roje Leonid mezi lety 1999 – 2002 (Lst) a dopady pozemského kosmického smetí v důsledku vesmírného výzkumu (OD).
Kredit: Glenn Peterson, Aerospace Corporation
Zdroj: http://planetary.s3.amazonaws.com

Vertikální sloupky znamenají četnost roje částic komety C/ 2013 A1 (CSS) v porovnání s průměrným meteorickým pozadím v jakoukoli dobu (MM), současným meteorickým rojem Perseid (Per), Leonid (Leo), obzvláště silného roje Leonid mezi lety 1999 – 2002 (Lst) a dopady pozemského kosmického smetí v důsledku vesmírného výzkumu (OD).
Právě faktor času tvoří rozdíl mezi oběma grafy. Například meteorický roj Perseidy trvá každoročně až několik nocí, kdežto sprcha doprovodných částic komety Siding Spring bude trvat nanejvýš několik hodin. Četnost částic, které se v důsledku přiblížení dostanou do kolize s atmosférou a povrchem planety by neměla o moc překročit úhrn meziplanetární hmoty běžně dopadající na Mars.

Sonda NEOWISE sleduje již podruhé kometu C/2013 A1 Siding Spring

C/2013 A1 na kompozitním snímku sondy NEOWISE

C/2013 A1 na kompozitním snímku sondy NEOWISE
Kredit: NASA/JPL-Caltech
Zdroj: http://mars.nasa.gov

NEOWISE pozorovala 28. července (tři měsíce před přiblížením planetě Mars)  už podruhé kometu C/2013 A1. Ta se v té době nacházela 231 mil. km (1,55 AU) od sondy a 281 mil. km (1,88 AU) od Slunce. Pořídila sérii snímků, které můžete vidět v montáži grafiků z JPL. V pravém horním rohu můžete rovněž vidět rádiovou galaxii Fornax A (NGC1316).

První pozorování komety Siding Spring provedla sonda 16. ledna 2014. Sledování komety touto vesmírnou observatoří je součástí rozsáhlého pozorovacího programu, který má za cíl zaznamenat především změny jádra a komy při dlouhé cestě naší sluneční soustavou až k průletu kolem rudé planety a periheliu.

Marťanský průzkumník
Mars Reconnaissance Orbiter nedávno oslavil deváté výročí (start nosné rakety Atlas V se sondou na palubě proběhl 12. srpna 2005). MRO absolvoval zatím pouze jednu úpravu dráhy 2. července letošního roku. Další korekční manévr je naplánován na 27. srpna. Změna trasy má zabránit průletu sondy v oblastech potenciálně ohrožených drobnými úlomky komety. V podstatě to pro tým MRO znamená identickou situaci, jako v případě Mars Odyssey: dostat sondu v době vrcholu částicového deště na opačnou polokouli Marsu.

Úprava dráhy sondy Mars Odyssey

Sonda Mars Odyssey nad jižním pólem rudé planety v představách výtvarníka

Sonda Mars Odyssey nad jižním pólem rudé planety v představách výtvarníka
Kredit: NASA/JPL
Zdroj: http://www.nasa.gov

Letová kontrola NASA úspěšně upravila orbitální dráhu sondy Mars Odyssey kolem rudé planety, aby tak zajistila větší bezpečnost umělého satelitu v době přiblížení komety. Zážeh palubních motorů nastal 5. srpna a trval pět a půl sekundy. Úprava dráhy byla propočtena tak, aby se sonda v půlhodinovém intervalu, kdy vědci očekávají nejintenzivnější bombardování planety částečkami prachu, nacházela na opačné straně Marsu. Jádro komety mine planetu zhruba ve třetinové vzdálenosti Země – Měsíc. Zatím se při modelacích neprokázalo, že by kometa Mars Odyssey nějak výrazně ohrozila, ale vědci chtějí mít jistotu. Částečky materiálu komety se pohybují tak rychle, že i jeden zásah by mohl znamenat nevratné poškození stroje a tím konec nákladné a dlouhotrvající mise.

Poslední manévr nezměnil orientaci oběžné dráhy Mars Odyssey, upravil pouze její časování. Sonda obíhá rudou planetu po polární dráze s periodou oběhu dvě hodiny. Úpravy dráhy se účastnily čtyři korekční motory, každý o výkonu 22 Newtonů. Na celou operaci postačilo jedno procento zbylého paliva.

Dvojice roverů Curiosity a Opportunity
V době největšího přiblížení (19.10. v 18:29 světového času) bude mít vozítko Curiosity 15:36 lokálního marsovského času 783. Solu (marsovského dne), takže nebude mít příležitost pořizovat snímky. Navigační tým mise MSL však plánuje pozorování před východem a po západu Slunce tohoto marsovského dne. Kamery roveru nemají patřičné parametry pro ostré zachycení jádra komety, ale tým se pokusí fotit aktivní výtrysky z povrchu jádra a komu. Vše bude záviset na aktivitě komety v inkriminovaný čas.

Opportunity má jednu nevýhodu v porovnání s Curiosity. Potřebuje sluneční záření jako primární zdroj energie. Operační tým zkoumal možnost poškození solárních panelů mikrometeority, ale podle výše uvedených modelací by měla – ač řídká – marsovská atmosféra tvořit dostatečný štít proti drobným částicím (atmosferický tlak na povrchu Marsu činí pouhých 0,6 % toho pozemského nad hladinou moře). Opravdovým problémem by byly úlomky o velikosti půl milimetru a větší, které by se ale podle dosavadního výzkumu na povrch Marsu neměly dostat, a pokud ano, tak už dostatečně zbržděny jejími účinky. Tým roveru Opportunity  se hodlá zaměřit hlavně na snímkování tamní atmosféry, ve které by v rozmezí několika hodin mohlo docházet k působivým meteorickým úkazům.

Mars Express 
Mars Express udržuje polární orbitální dráhu s periodou 7 hodin. V nejnižším bodě své dráhy prolétá 350 km nad povrchem planety (periapsida – v případě oběžnice planety Mars nahrazujeme termínem periareum), v nejvyšším 10 500 km (apoapsida – apoareum). Tato eliptická dráha se v důsledku projevuje na proměnné rychlosti umělé oběžnice – čím blíže povrchu se nachází, tím rychleji se pohybuje. Díky působení zákonů fyziky je oběžná dráha ovlivněná ještě jinými vnějšími faktory (perturbace). Některé z nich jsou pravidelné, jiné méně.

 Takto by vypadala dráha sondy Mars Express bez úpravy

Takto by vypadala dráha sondy Mars Express bez úpravy
Kredit: ESA
Zdroj: http://blogs.esa.int

Proti těmto anomáliím, ale i jakékoli další nepřízni kosmického prostoru existuje jedna dobrá zbraň – pořádné zásoby paliva v palubních nádržích. A to je v případě sondy Mars Express trochu problém. Její dopravení k rudé planetě a navedení na oběžnou dráhu si vyžádalo až 90% pohonných látek. A nezapomínejme na to, že primární mise měla podle původních plánů trvat pouhé dva roky, zatímco dnes je Mars Express na oběžné dráze už více než deset let! A to jen díky důvtipu a schopnostem pozemní letové kontroly Evropské kosmické agentury, která je schopna s minimem pohonných látek upravovat dráhu tak, aby vyhovovala vědeckým výzkumům.

Oběžná dráha sondy 19. října je zobrazena na následujícím schématu. Směr ze kterého se na obrázek díváte je shodný se směrem odkud se k Marsu bude blížit kometa. Respektive takto by dráha sondy vypadala, pokud by nedošlo k úpravám. Největší přiblížení nastává v 18:30, letovou obsluhu však více trápí situace zhruba hodinu a půl po přiblížení. Po dvacáté hodině bude totiž planeta Mars křižovat dráhu komety a v tu dobu se očekává největší množství a hustota drobných částic.

V 16:40 by byla sonda na druhé straně planety v periapsidu – jenže v tu dobu se zároveň pohybuje nejrychleji, proto by ji tento „přirozený štít“ vydržel pouze po dobu ± 30 minut, kdežto větší frekvence částic se očekává až v řádu hodin.
Proto se odborníci letové kontroly (po přihlédnutí k reálným možnostem) rozhodli zpozdit průlet periapsidou o 109 minut – z 16:41 na 18:30. Tento manévr bude sondu stát pouze minimální množství paliva. Oběžná dráha Mars Express je plánována na několik měsíců dopředu, proto jsou změny dělány v dostatečném předstihu několika měsíců po drobných krocích. Paradoxně se toho docílí zvýšením oběžné rychlosti sondy.

Dva blížící se cestovatelé: Maven a Mars Orbiter Mission
Obě sondy (jedna pod patronací NASA a druhá zosobňující první indický počin v meziplanetárním výzkumu) se blíží rudé planetě a podle posledních zpráv jsou obě v dobrém stavu a do cílového místa by měly dorazit v průběhu září letošního roku.

Mars Orbiter Mission má podle vyjádření agentury ISRO (Indian Space Research Organization) za sebou 80% cesty a podle plánů by měl být naveden na eliptickou oběžnou dráhu Marsu 21. září v 17:21. (periareum: 377 km, apoareum: 80 000 km).

MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) agentury NASA by se měl na dostat k rudé planetě takřka ve stejném čase jako indická MOM, 22. září. Vzápětí bude naveden na stabilní eliptickou oběžnou dráhu s periareem 150 km a apoareem 6000 km. Na palubě má osm vědeckých přístrojů, povětšinou zaměřených na průzkum vývoje svrchních vrstev atmosféry, které jsou zatím vypnuty.

Grafické schéma první indické marsovské sondy MOM

Grafické schéma první indické marsovské sondy MOM
Kredit: ISRO
Zdroj: http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net/

Pozemní letové kontroly obou misí se už na přiblížení Siding Spring připravují. Mise MAVEN bude v tu dobu ve stádiu příprav před přechodem do plného provozu, který by měl začít 8. listopadu. Podle vyjádření vedoucího programu Bruce Jakoskyho přeruší tým přípravné práce primárního programu na čtyři dni – po dva dny před maximálním přiblížením a dva dny po něm. V té době budou vědecké týmy pořizovat spektroskopické snímky, které by nám mohly objasnit chemické složení komety, a zároveň pozorovat účinky průletu částic komety v horních vrstvách marsovské atmosféry.
Žádné velké změny oběžné dráhy se nechystají, protože v kritické době bude sonda MAVEN po 20 minut na odvrácené straně planety. Jen jeden drobný manévr je naplánován na 9. října: solární panely se v době očekávaného maxima dopadajících částic natočí tak, aby byly v rovnoběžné poloze se směrem jejich šíření  – tím se sníží riziko kolize nejzranitelnějších komponent sondy na minimum. Rovněž všechny nepotřebné přístroje budou v té době vypnuty.

Deep Space Network
Nezapomínejme ani na síť pozemních komunikačních stanic DSN, která slouží ke komunikaci se sondami probíhajících misí. Personál plánuje posílit kapacitu stanic o komunikační stanice třetích stran, neboť při průletu komety ISON periheliem koncem roku 2013 byla sít zahlcena přijmanými datovými toky heliodetektorů.

Snímky HST z konce minulého a počátku letošního roku

Snímek HST z 1. března 2014, kdy se nacházela 568 milionů kilometrů od Země. Po úpravě jeho snímku jsou jasně zřetelné dva protilehlé prachové výtrysky (na prvním obrázku vpravo). Kredit: NASA, ESA, and J.-Y. Li (Planetary Science Institute)

Snímek HST z 1. března 2014, kdy se nacházela 568 milionů kilometrů od Země. Po úpravě jeho snímku jsou jasně zřetelné dva protilehlé prachové výtrysky (na prvním obrázku vpravo).
Kredit: NASA, ESA, and J.-Y. Li (Planetary Science Institute)
Zdroj: http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net

Není se čemu divit, že astronomové chtějí využít každý dostupný přístroj pro zachycení co nejlepších snímků, neboť perioda komety na své dráze ke Slunci dělá celý jeden milion let. Pozorovací program zahrnuje i Hubbleův kosmický teleskop. Ten se naposled na kometu zaměřil 11. března 2014 kdy se nacházela 568 milionů kilometrů od Země. Po úpravě jeho snímku jsou jasně zřetelné dva protilehlé prachové výtrysky (na prvním obrázku vpravo). Na další montáži vidíme kometu v rozmezí pěti měsíců. HST pořizoval snímky 29. října 2013, 21. ledna a 11. března 2014. Horní řadu tvoří neupravené snímky, spodní řada zobrazuje snímky upravené tak, aby více vynikly výtrysky z jádra.

Kometa teleskopem HST v rozmezí pěti měsíců. HST pořizoval snímky 29. října 2013, 21. ledna a 11. března 2014. Horní řadu tvoří neupravené snímky, spodní řada zobrazuje snímky upravené tak, aby více vynikly výtrysky z jádra. Kredit: NASA, ESA, and J.-Y. Li (Planetary Science Institute)

Kometa teleskopem HST v rozmezí pěti měsíců. HST pořizoval snímky 29. října 2013, 21. ledna a 11. března 2014. Horní řadu tvoří neupravené snímky, spodní řada zobrazuje snímky upravené tak, aby více vynikly výtrysky z jádra.
Kredit: NASA, ESA, and J.-Y. Li (Planetary Science Institute)
Zdroj: http://d1jqu7g1y74ds1.cloudfront.net

Pozorování kosmického detektoru Swift 
Koncem května pořídil snímky C/2013 A1 také kosmický teleskop Swift úřadu NASA v optickém a ultrafialovém pásmu. Kometa se v té době dostávala do oblasti vnitřní sluneční soustavy a vnější vrstvy jádra začaly díky stále silnějšímu ohřevu Sluncem sublimovat – zmrzlý materiál se začal odpařovat. Pomocí nepřímého měření odhadli vědci množství sublimovaného materiálu na necelých 50 litrů vody za sekundu ( dvě miliardy miliard miliard molekul vody za sekundu). Pro srovnání: produkce prachových částic činila k 28. lednu 2014 sto kilogramů za sekundu. Koma dosahovala v první půli letošního roku průměru necelých 20 000 km.

Koncem května pořídil snímky C/2013 A1 také kosmický teleskop Swift úřadu NASA v optickém a ultrafialovém pásmu

Koncem května pořídil snímky C/2013 A1 také kosmický teleskop Swift úřadu NASA v optickém a ultrafialovém pásmu
Kredit: NASA’s Goddard Space Flight Center
Zdroj: http://mars.nasa.gov

* Oba termíny se dají přeložit do ČJ, ale s rozdílnou úspěšností. Ve Velkém A-Č slovníku je termín fluence označován jako „hypnotický, magický vliv“, tzn. jde zřejmě ve slovníku o zastaralý pojem. Daleko jasnější je výraz flux, kterým je označováno „proudění, tok, neustálá změna“. Ještě výstižnější je termín flux density, který označuje hustotu toku (magnetické/elektrické indukce).

Zdroj informací:
http://mars.nasa.gov/
http://mars.jpl.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/
http://blogs.esa.int/
http://cometcampaign.org/
http://www.universetoday.com/
http://www.planetary.org/
http://cometcampaign.org/
http://blogs.esa.int/
http://mars.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
http://mars.nasa.gov/multimedia/images/?ImageID=6501
http://blogs.esa.int/mex/2014/03/21/how-to-hide-behind-a-planet/
http://www.nasa.gov/mission_pages/odyssey/images/PIA04816-4×3.html#.U_I33sV_vTq
http://www.universetoday.com/110763/mars-bound-comet-siding-spring-sprouts-multiple-jets/
http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/2014/0807-comet-siding-spring-risk-assessment.html
http://mars.nasa.gov/news/whatsnew/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=1649
http://cometcampaign.org/
http://www.universetoday.com/105547/indias-first-mars-mission-set-to-blast-off-seeking-methane-signature/

Pin It
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

GD Star Rating
loading...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


2 komentářů ke článku “Přípravy na marsovské setkání s kometou Siding Spring”

  1. modelar napsal:

    Perfektný článok!

Zanechte komentář