Rzadko się zdarza, aby w momencie planowania misji naukowcy nie mieli pojęcia, co będzie jej celem. W przypadku programu o nazwie Comet Interceptor jest – jeszcze dziwniej – cel nie będzie znany nawet w chwili startu rakiety z sondą na pokładzie. Ale na tym polega cały misterny plan. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) chce zbadać jeden z obiektów, które wpadają do nas niespodziewanie i ich wizyty nie da się przewidzieć z dużym wyprzedzeniem. Trzeba zastawić na nie pułapkę i czekać.
ZASADZKA
Po spektakularnym sukcesie misji Rosetta, która badała kometę 67P/Czuriumow-Gierasimienko w latach 2014–2016, europejscy naukowcy nabrali apetytu na więcej. Komety
niosą ze sobą materiał, który – teoretycznie – pozostaje nietknięty od czasów młodości Układu Słonecznego. Tyle że komety tzw. krótkookresowe, krążące zwykle wewnątrz
naszego systemu, ulegają degradacji i są zanieczyszczane wiatrem słonecznym i materią planetarną. Dlatego tym razem naukowcy postanowili zbadać jedną z komet pochodzących z Obłoku Oorta.
To hipotetyczna sfera rozciągająca się od ok. 300 do 100 tys. jednostek astronomicznych od naszej gwiazdy (jednostka astronomiczna to w przybliżeniu średnia odległość Ziemi od Słońca – ok. 150 mln km). Jest magazynem pyłu, okruchów skalnych, lodu wodnego oraz zestalonego amoniaku i metanu. Zdaniem naukowców krąży tam dziewiczy materiał z czasów formowania się planet. A sam Obłok kończy się tam, gdzie gaśnie dominacja grawitacyjna Słońca. Nadlatujące stamtąd komety obiegają Słońce w okresach przekraczających 200 lat.
Niekiedy cykle są tak długie, że komety te pojawiają się na naszych „radarach” tylko jeden raz (to tzw. komety jednopojawieniowe). To sprawia, że przewidywanie, kiedy i gdzie się „wynurzą” z mroków kosmosu, jest bardzo trudne. Zwykle obiekty te nie pozostawiają nam więcej czasu na reakcję niż kilka miesięcy, może rok. A to za mało, aby przygotować misję i wystrzelić sondę. Taka sonda musiałaby już być w kosmosie i czekać na swoją szansę. I to jest właśnie główne założenie Europejskiej Agencji Kosmicznej. Misja Comet Interceptor uzyskała poparcie komitetu naukowego ESA w połowie czerwca. Dostała nawet oznaczenie „klasa F” – od Fast, czyli szybka. Jej przygotowanie zajmie jednak prawie dziesięć lat – poleci w kosmos dopiero w 2028 r.
Dokładnie wtedy ESA planuje wysłać w kosmos teleskop ARIEL do obserwacji ponad 1000 planet pozasłonecznych i badania ich składu chemicznego oraz atmosfery. ARIEL w kosmos poleci na pokładzie dopiero konstruowanej rakiety Ariane 6. A ponieważ zostanie na niej trochę miejsca, ESA wymyśliła, że dołoży jeszcze jedną misję.
ARIEL ma być umieszczony w punkcie libracyjnym (tzw. punkcie Lagrange’a) – miejscu, gdzie siły bezwładności oraz grawitacji równoważą się, a sam teleskop może pozostawać w spoczynku. W tym wypadku będzie to punkt znajdujący się ok. 1,5 mln kilometrów od Ziemi. To świetne miejsce do prowadzenia obserwacji odległych obiektów, ale równie doskonały „parking” dla sondy, która będzie czyhać na nadlatujących gości. Ich wykrywaniem zajmą się naziemne teleskopy optyczne, których celem będzie iden-tyfikacja szybko poruszających się obiektów. Kilkumiesięczne wyprzedzenie powinno wystarczyć, aby „łowca” ruszył, dogonił kometę i dokładnie ją zbadał. Pogoń może trwać nawet kilka lat, przez ten czas sonda będzie korzystała z napędu jonowego.
POTRÓJNE UDERZENIE
Sonda będzie się składać z trzech części – głównego pojazdu oraz dwóch mniejszych próbników. – W głównej części znajdować się ma zasadniczy napęd oraz nadajnik dużej mocy do komunikacji z Ziemią, a także kilka instrumentów badawczych – tłumaczy dr Colin Snodgrass z Uniwersytetu Edynburskiego, zastępca szefa naukowego misji. – Ta część przeleci dość daleko od komety, pewnie ok. 1000 km od niej. Wtedy zamierzamy wypuścić dwa mniejsze próbniki, które zbliżą się do komety i przeprowadzą wszystkie
ryzykowne, ale bardzo cenne z naukowego punktu widzenia manewry – mówił badacz w rozmowie z siecią BBC.
Według specjalistów z brytyjskiego Mullard Space Science Laboratory, którzy zajmują się naukową częścią misji, Comet Interceptor nie będzie podejmował próby lądowania na
komecie – jak to było w przypadku duetu Rosetta/Philae. Zespół trzech pojazdów wykona jednak bardzo dokładne skany komety pod różnymi kątami. Efektem ma być precyzyjna trójwymiarowa mapa z informacjami o rodzaju powierzchni, jej składzie chemicznym, kształcie i strukturze. – Takie czyste komety to dla nas dziewiczy ląd. Są atrakcyjnym celem do badania przez pojazdy kosmiczne, co pozwoli nam zrozumieć różnice w budowie i proces powstawania komet – mówi Günther Hasinger, dyrektor
naukowy ESA.
Na głównym pojeździe zainstalowana będzie kamera wysokiej rozdzielczości do fotografowania jądra kometarnego, a także urządzenia do pomiaru promieniowania cieplnego oraz składu chemicznego otoczki. Na jednym z mniejszych próbnikówv zainstalowana zostanie kolejna kamera zdolna rejestrować obrazy w świetle widzialnym i podczerwieni, a także spektrometr do analizy gazów uwalnianych przez kometę. Drugi próbnik (zostanie prawdopodobnie skonstruowany przez japońską agencję kosmiczną JAXA) będzie miał na pokładzie kamerę z szerokokątnym obiektywem, dzięki któremu wykonane zostaną zdjęcia jądra komety podczas przelotu w najmniejszej odległości.
MISJA NASA AMERYKANIE REZYGNUJĄ Z BADANIA KOMET
DRON POSZUKA ŻYCIA NA TYTANIE
Zrobotyzowana misja na jeden z księżyców Saturna wygrała z ambitnym planem przechwycenia komety, pobrania z niej próbek i powrotu z nimi na Ziemię
Misja Dragonfly wystartuje na Tytana w 2026 roku. Wyposażony w osiem śmigieł robot wielkości samochodu zbada setki kilometrów powierzchni tego globu, poszukując śladów organizmów żywych.
– Tytan to jedyny księżyc w naszym systemie planetarnym posiadający własną atmosferę. Jestem bardzo ciekawy, co Dragonfly pod nią odkryje – ekscytuje się administrator NASA Jim Bridenstine. Skierowanie programu Dragonfly do realizacji oznacza również, że NASA zrezygnowała z konkurencyjnego programu CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return), którego celem było przywiezienie próbek z komety 67P/ /Czuriumow-Gierasimienko.
Sam Tytan jest dla astrobiologów znacznie bardziej interesujący niż komety. Przede wszystkim jest duży jak na księżyc – większy niż planeta Merkury. Ma też grubą na 200–800 km atmosferę bogatą w azot i metan. Jest zbudowany w dużej mierze z lodu wodnego (temperatura powierzchni to ok. –179 st. Celsjusza), jednak pod nim, na głębokości kilku kilometrów, może się znajdować ocean wody w stanie ciekłym. Na powierzchni zaś prawdopodobnie występują jeziora ciekłego metanu oraz rzeki węglowodorów. To oznacza, że mimo niskiej temperatury, mogłoby tam istnieć życie. – Wiemy, że są tam wszystkie składniki niezbędne do formowania się życia – twiedzi Lori Glaze, dyrektorka działu badań planetarnych NASA. – Dragonfly pozwoli nam sprawdzić, czy zachodzą tam te same procesy, co na młodej Ziemi.
Lądownik ma opaść na powierzchnię księżyca Saturna w 2034 roku. Miejsce lądowania nazywane jest Shangri-La i znajduje się w okolicach równika. Po odrzuceniu osłon
uwolniony zostanie dość duży dron wyposażony w osiem wirników o średnicy około metra każdy – to rozwiązanie gwarantuje możliwość lotu nawet w razie awarii całego
silnika. Oderwanie się od powierzchni będzie łatwiejsze niż na Ziemi – Tytan ma niższą grawitację oraz gęstszą atmosferę. A możliwość lotu powiększy zasięg badań w porównaniu z łazikami na kołach. Szacowany koszt misji NASA to 1 mld dolarów.
Misja ma kosztować ok. 150 mln euro – nie licząc kosztów instrumentów naukowych oraz rakiety. Oprócz członków ESA zaangażowani są w nią również Chilijczycy, Japończycy i Amerykanie. W pracach nad nią naturalnie biorą udział również Polacy z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk oraz z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
GDY ZABRAKNIE KOMET…
Postój w oczekiwaniu na nadlatującą okazję nie może trwać jednak dłużej niż trzy lata – zakładają naukowcy. – Rzeczywiście, jest pewne ryzyko, że będziemy tam siedzieć i czekać, a nic interesującego nie pojawi się przez dłuższy czas – mówi prof. Mark McCaughhrean, doradca naukowy ESA. – Ale w końcu coś się trafi. Mamy też listę obiektów zapasowych, którym chętnie byśmy się przyjrzeli.
Jednym z takich „obiektów zapasowych” może być kometa 73P/Schwassmann- -Wachmann, którą kiedyś rozważano jako cel misji Giotto. Sondę do jej zbadania przygotowali nawet Amerykanie. CONTOUR miała zbadać jądra dwóch komet – 2P/Encke i właśnie 73P/Schwassmann-Wachmann. W 2002 roku, sześć tygodni po starcie, kontakt z sondą utracono – prawdopodobnie rozpadła się na kilka części. Innym celem mogą być ciała przybywające do nas spoza Układu Słonecznego. Dobrym przykładem jest intrygujący naukowców obiekt o nazwie Oumuamua, odkryty w październiku 2017 roku. Astronomowie przez dłuższy czas nie wiedzieli, czy uznać go za kometę, czy planetoidę, a pojawiały się nawet tezy, że – z powodu nieregularnego ruchu – to sonda Obcych. Nie zmienia to faktu, że jest to pierwszy zaobserwowany obiekt naturalny odbywający lot międzygwiezdny. Taka zdobycz miałaby zatem z naukowego punktu widzenia wartość jeszcze większą niż kometa z Obłoku Oorta.
Choć komety fascynowały ludzi od wieków, a ich obserwacje stanowiły jedno z pierwszych zadań astronomów (i astrologów), naukowcy planujący misje kosmiczne traktowali je nieco po macoszemu. Pierwszym ziemskim pojazdem, któremu udało się zbliżyć do komety i ją zbadać, była wystrzelona w 1978 roku amerykańska sonda International Cometary Explorer (ICE). Co ciekawe, jej podstawowym celem wcale nie było ganianie komet. Sonda stanowiła część programu badań wiatru słonecznego i ziemskiego pola magnetycznego – i pierwotnie nazywała się ISEE-3. Dopiero gdy główny cel został zrealizowany, NASA wymyśliła jej nowe zadanie – zbliżenie się do komety 21P/ Giacobini-Zinner. Wtedy też przemianowała ją na ICE – i pod tą nazwą przeszła do historii.
W 1985 roku pojazd zbliżył się do komety na odległość 7860 kilometrów. W następnym roku ta sama sonda przeleciała przez warkocz komety Halleya. Odległość od jądra komety wynosiła jednak 31 mln kilometrów.
POGOŃ ZA WARKOCZEM
1P/Halley była również celem radzieckich sond Wega-1 i Wega-2 wystrzelonych w grudniu 1984 roku. Najpierw badały one Wenus, a później, korzystając z grawitacyjnego przyspieszenia planety, pognały za kometą. Pierwsza zbliżyła się do niej na odległość niecałych 9 tys. kilometrów, druga na nieco ponad 8 tys. km. W sumie obie sondy wykonały 1500 zdjęć komety. Przesłane na Ziemię pomogły one w realizacji kolejnej misji – tym razem europejskiej Giotto.
Pierwsza tak ambitna misja Europejskiej Agencji Kosmicznej okazała się fantastycznym sukcesem. W marcu 1986 roku roku sonda Giotto zbliżyła się do komety Halleya
na zaledwie 596 kilometrów. Została zasypana gradem okruchów i pyłu, który spowodował utratę stabilizacji na całe 32 minuty. Duży odłamek rozbił też jeden z aparatów fotograficznych. Sonda jednak przetrwała i przesłała na Ziemię pierwsze dokładne obrazy jądra kometarnego. Cztery lata później obudzono ją ze stanu hibernacji i skierowano ku kolejnej komecie – 26P/Grigg-Skjellerup. Sonda obserwowała ją z odległości zaledwie 200 km.
Jednak rewolucyjne misje na komety dopiero miały nadejść. Pierwszą była amerykańska Stardust na 81P/Wild. Nie tylko zbliżyła się ona do komety na 236 km, ale chwyciła cząsteczki kometarne w specjalną pułapkę z aerożelu. Kapsułę z próbkami wystrzeliła w kierunku Ziemi – opadła ona na teren poligonu w Utah w 2006 roku. Pierwszy raz w historii naukowcy mieli okazję zbadać próbki pochodzące spoza orbity Marsa.
EUROPA W NATARCIU
Amerykanie wymyślili też inny sposób na badanie komety – uderzenie w jedną z nich… pociskiem. Sonda Deep Impact została wystrzelona na początku 2005 roku i po kilku
miesiącach dogoniła kometę 9P/Tempel. Wystrzeliła w jej kierunku pocisk – tzw. impaktor – który wyrżnął w kometę, tworząc krater o średnicy 120 metrów i głębokości 25 metrów. Sonda zrobiła fotografie odsłoniętego jądra kometarnego i zbadała wyrzucony po uderzeniu materiał. Po zakończeniu „ostrzału” sonda zbadała jeszcze kometę 103P/Hartley.
Największy sukces w dziedzinie badania komet jest dziełem Europejczyków. W 2014 roku sonda Rosetta weszła na orbitę komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko oraz opuściła na jej powierzchnię lądownik Philae. Samo przyziemienie nie obyło się bez problemów – Philae odbił się od powierzchni i koziołkował. Było to jednak pierwsze w historii lądowanie na komecie. Dwa lata później ESA w kontrolowany sposób opuściła sondę Rosetta na powierzchnię komety, kończąc tym samym całą misję.