Dnešní aktuality o výzkumu komety 67P sondou Rosetta trochu netypicky začnu i zakončím stejným tématem – krátkou fotogalerií navigační kamery sondy. Pravidelní návštěvníci stránek ESA si určitě všimli, že každodenní fotogalerie  kamery NavCam byla po určitou dobu přerušena. Konkrétně se poslední snímek objevil 23.8. Po tomto datu následovala několikadenní pauza, která  samozřejmě nebyla způsobena nějakou technickou vadou kamery, či problémy v komunikaci se sondou, ale bouřlivými událostmi minulého víkendu ohledně užšího výběru místa přistání modulu Philae, o kterém jsem se zmiňoval v posledním článku. NavCam fotila a fotí každý den – zatím jde o jeden z nejdůležitějších opěrných bodů při sestupu sondy na nižší oběžnou dráhu kolem jádra 67P. Ale změnil se způsob, jakým se snímky pořizují.

Na fotografiích z předešlého týdne jsme si kometu Čurymov-Gerasimenko mohli vychutnat vždy v plné kráse (viz krátká fotogalerie na konci článku), ale od té doby se sonda dostala ze 100km oběžné dráhy na přibližně poloviční. Jádro komety se teď optice NavCamu jeví tak velké, že zaplňuje větší plochu, než je zorné pole kamery. A tento efekt bude s poklesem sondy na nižší dráhy dále narůstat.

Proto se od soboty 23.8. rozhodl pozemní tým pořizovat snímky v režimu 2 x 2, takže na každém snímku je zobrazena přibližně čtvrtina jádra komety. Na prvních dvou snímcích vidíte názorný příklad. Jde o fotku pořízenou právě minulou sobotu 23. srpna ze vzdálenosti 61 km od jádra. Na titulním snímku je výřez v rozlišení 512 x 512 pixelů, další snímek je identický, ale v rozlišení 1024 x 1024 pixelů.

Fotografie sice nevypadají tak okázale jako v době, kdy jsme mohli vidět jádro v plné kráse, ale mají jedno důležité plus. Vědci na nich dostanou daleko detailnější informace o struktuře a povaze povrchu. A ty budou zásadní mimojiné pro výběr místa přistání landeru.

Ale zatím je primárním cílem pravidelných snímkování hlavně orientace sondy kolem jádra 67P při další navigaci letové kontroly mise Rosetta ESOC (European Space Operations Centre – operační centrum evropského vesmírného výzkumu) v německém Darmstadtu. Personál obsluhy využívá podrobné obrazové informace k ještě přesnějšímu navádění sondy. A právě nové detailnější snímkování (oněch výše zmíněných 2 x 2 snímků) umožňuje přesnější sledování povrchu. Čtyřnásobné „úhlové“ expozice umožní prověřit, že je kometa neustále v zorném poli kamery (a kde přesně), a navíc pomáhají při provádění drobných manévrů oběžné dráhy sondy.

 V době expozice každého ze čtyřech snímků se sonda nachází v jiném bodě dráhy a rovněž jádro komety má díky vlastní osové rotaci jinou polohu. To má za důsledek změnu povrchového reliéfu, především dopadajících stínů (mezi prvním a posledním snímkem sekvence uběhne asi 20 minut). To trochu komplikuje vytváření kompozitních montáží. Pozemní obsluha navíc nemá k dispozici software, který by je vytvářel. Ale zatím k tomu není ani důvod, neboť k přesné navigaci sondy nejsou kompozitní snímky třeba.

Některé palubní přístroje sondy a modulu

Pojďme si jen si jen stručně přiblížit tři z palubních detektorů sondy Rosetta, které byly postupně aktivovány (a jeden z nich už má i světové prvenství), a dále dvě zařízení přistávacího modulu Philae, které byly zmíněny v rámci výběru vhodné lokality pro přistání na povrchu jádra 67P (byť zatím sice jen nepřímo, ale rozhodně stojí za zmínku).

Jeden z pokladů sondy Rosetta: částicový senzor GIADA

Z trojice zmiňovaných přístrojů je první v pořadí víceméně jasný. Analyzér dopadajících částic a jejich sběrač GIADA identifikoval nedávno první prachová zrna komety 67P. Poprvé v historii kometárního výzkumu se podařilo zachytit částice z jádra vlasatice v tak velké vzdálenosti od Slunce.

Spolu s přístroji COSIMA a MIDAS je tento detektor zaměřen na zachytávání a následnou analýzu kometárních částic. GIADA má za úkol měřit počet, hmotnost, směr a rychlost pohybu prachových zrn, která opouští jádro komety, a zároveň pomáhá při analýze oblastí prachoplynových výtrysků na povrchu jádra.

Předpokládá se, že se kometární částečky skládají ze silikátů, organických, a malého množství dalších anorganických látek. Prachová zrnka jsou uvězněny pod vnější ledovou krustou a dostávají se na povrch, když dojde k jejich sublimaci v důsledku zahřívání povrchu komety Sluncem. Nejdřív vytvoří komu a později i ohon komety.

1. srpna zachytil dopadový senzor přístroje GIADA první drobná zrnka materiálu komety. V té době byla sonda 814 km od 67P a 543 milionů km od Slunce. Další dopady zaznamenal snímač 2.8., 4.8. a 5.8. ve vzdálenosti 603, 286 a 179 km od komety.

První impakt měl kinetickou energii 9.8 x 10^–10 (± 1 x 10^–10) kg m/s, jemně nad limitem citlivosti senzoru analyzéru GIADA. Přesnou hodnotu pomohlo určit započtení relativní rychlosti sondy vůči kometě, které v té době dělalo 3,5 m/s. Poté se rychlost zpomalila až na 1 m/s. Obě tělesa se teď pohybují rychlostí ± 15 km/s na dráze kolem Slunce.

Z energie dopadu byla odhadnuta velikost částeček od několika desítek mikronů (velikost srovnatelná s tloušťkou lidského vlasu) až po několik set mikronů (přibližně 0,35 mm).

Hmotnostní analyzér COSIMA

Tým letové kontroly postupně aktivuje jeden přístroj za druhým, neboť je toho hodně, co o tomto tělese nevíme a měli bychom vědět, než se spustí jedna z nejočekávanějších akcí v historii výzkumu  sluneční soustavy- přistání modulu Philae.

Jedním z prvních aktivovaných přístrojů na palubě byl v neděli 10. srpna COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser). Jde o hmotnostní analyzér iontů obsažených v prachových zrnech uvolněných do prostoru z jádra, a tvoří zásadní článek detektorů sondy Rosetta o celkové hmotnosti 165 kg. COSIMA se stal jedním z prvních senzorů, které začali po příletu rovnou sbírat a analyzovat vzorky na místě přiblížení. Cílem je zachytávat prachové částice a určovat jejich fyzikální a chemické vlastnosti, ať už jde o látky organické či anorganické.

Analyzér COSIMA bude zachytávat prachové částice pomocí 24 speciálních cílových destiček – první z nich byla otevřena právě 10. srpna. Jelikož aktivita komety je zatím nízká, plánuje operační tým ponechat záklopku cílového terčíku otevřenou zhruba měsíc, každý týden bude kontrolovat jeho stav, a sledovat případné změny. Podle slov jednoho člena týmu z minulého týdne se zatím hustota částic komy podobala těm nejsterilnějším technickým místnostem specializovaných pracovišť u nás na Zemi. Ale to se bude s ubývající vzdáleností ke Slunci měnit.

Detektor COSIMA byl vyvinut v Max Planck Institute for Solar System Research (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung) v německém Katlenburg-Lindau pod vedením Martina Hilchenbacha se spoluúčastí francouzské společnosti Institut d’Astrophysique Spatiale, finského institutu meteorologie, Osterreichisches Forschungszentrum Seibersdorf a dalších výzkumných pracovišť.

Cílové destičky pro sběr prachových částic byly vyvinuty v Universität der Bundeswehr v Německu. Mají velikost pouhý jeden centimetr čtvereční a povrch všech čtyřiadvaceti terčíků tvoří vrstva zlata o tloušťce pouhých 30 mikrometrů, která by měla být schopna zpomalit částice pohybující se relativními rychlostmi (komety a sondy) přibližně 100 m/s. Plošky jsou osvíceny párem LED článků pro přesnější identifikaci částic. Ty budou po zachycení následně analyzovány hmotnostním spektrometrem zabudovaným do analyzéru COSIMA. Poté budou přesně pozičně lokovány francouzskou mikroskopickou kamerou COSISCOPE a ionizovány svazky iontů india pro další určení chemických vlastností. Tým plánuje první podrobné fyzikální a chemické rozbory v půlce září.

Mikroskopický snímač částic MIDAS

MIDAS je prvním přístrojem svého druhu dopraveným do vesmíru. Jde o výkonný mikroskop, který má pozorovat ty nejmenší možné objekty za použití 3D zobrazení. Pro tento přístroj je i lidský vlas už moc široký. Je vyvinut tak, aby sbíral částice, které se z komety uvolní působením slunečního záření.

MIDAS je jedním z přístrojů zaměřených na podrobný výzkum kometárního prachu. Podobně jako GIADA má za úkol zjistit, z čeho se prachové částice skládají, jaké mají rozměry, a jak rychle se z jádra šíří. MIDAS se přitom zaměřuje na ty nejmenší částice o velikosti jednoho mikrometru (jedna miliontina metru. Lidský vlas dosahuje tloušťky přibližně 50 mikrometrů).

MIDAS je vybaven „trychtýřem“ pro sběr částic, který směřuje k jádru komety (dobře viditelný na dvou přiložených fotografiích). Za ním je speciální kotouč s malými ploškami po obvodu s nanesenou speciální lepivou hmotou. Poté co se částečky prachu prachu přilepí na některou z nich, je kruh automaticky pootočen tak, aby palubní mikroskop dostal tuto plochu do zorného pole.

MIDAS při svých analýzách nepoužívá viditelné světlo – to má příliš širokou vlnovou délku a neposkytlo by dostatečné rozlišení v požadovaném detailu. Princip jeho detekce je v něčem analogický s přehrávání starých analogových desek. Částice komety jsou skenovány speciální superostrou jehlou a senzory snímají její odchylky. Tím jsou pak vědci schopni získat skutečné 3D zobrazení.

Historické želízko v ohni agentury ESA: Modul Philae

Než se opět dostaneme k technickým údajům, dovolte mi krátkou, ale velmi milou odbočku. Už jen z toho důvodu, že na ni máme zatím čas, protože za několik týdnů budeme všichni zahlceni přehršlí vědeckých dat, a na něco podobného si ani nevzpomeneme.

Kolik z vás si ještě pamatuje na soutěž vyhlášenou úřadem NASA, týkající se pojmenování marsovského roveru nové generace, kterého už všichni notoricky známe pod názvem Curiosity? Soutěž vyhrála mladá studentka Clara Ma s oním dnes už nesmrtelným názvem. A nejde jen o nostalgickou vzpomínku… V případě pojmenování landeru zvolila ESA stejnou strategii – a budiž zdůrazněno, jak takovéto soutěže prospívají popularizaci vesmírného výzkumu. Zástupci veřejnosti nejen pasivně vnímají probíhající výzkum, ale můžou se aktivně stát jeho součástí. Pokud v takové soutěži obstojíte a zvítězíte, určitě to s vámi půjde i po zbytek života.

I soutěž o pojmenování palubního landeru Rosetty vyhrála mladá studentka Serena Olga Vismara z italského Milána – dnes čtyřiadvacetiletá – jenže soutěž o pojmenování modulu byla vyhlášena před deseti lety! Už jako malá se zajímala o knihy s tématikou vesmíru a vědy, a soutěž na pojmenování modulu jí zaujala.

Zřejmě by bylo trapné připomínat někomu Rosettskou desku, kterou známe všichni ze základní školy, a díky které rozumíme hieroglyfům díky práci Francoise Champolliona. Ale rovněž texty na jednom z obelisků ve Philae v horním Egyptu (oblasti kolem delty Nilu), nalezené v roce 1815 Williamem Bankesem, pomohly v hlubším pochopení do té doby nepochopitelného hieroglyfického vesmíru. Philae ještě upevnil orientaci vědců při luštění a plnému pochopení záhadného písma. No není právě toto nejsilnější symbolické provázání mezi mateřskou sondou a jejím modulem?

Přibližně stokilogramový modul Philae bude prvním v historii vesmírného výzkumu (pokud vše proběhne hladce), který měkce přistane na kometárním povrchu. Lander přibližně obdélníkového tvaru je zatím uchycen po straně Rosetty. Po odělení od mateřské sondy dojde k vysunutí přistávací trojnožky, která se stará o měké přistání modulu na povrchu tělesa s nízkou gravitací. To je řešeno pomocí pohyblivých částí, které absorbují většinu kinetické energie modulu při dosednutí. Každé z ramen trojnožky má určitou volnost pohybu horizontálně i vertikálně, aby byly schopny kompenzovat případné nerovnosti terénu a zároveň ztlumit sílu momentu hybnosti modulu.

K větší stabilizaci modulu na povrchu slouží rovněž kometární „harpuna“. Ta bude vystřelena směrem k povrchu těsně po dosednutí a jejím úkolem je stabilizace modulu v prostředí velmi slabé gravitace.

Modul je výsledkem spolupráce několika evropských zemí, z nichž majoritní část zašti’toval úřad German Aerospace Research Institute. Dalšími členy konsorcia jsou ESA, CNES a výzkumné instituty z Rakouska, Francie, Finska, Irska, Maďarska, Itálie a Velké Británie. Minimální doba jeho operační způsobilosti byla stanovena na jeden týden, ale předpokládá se funkčnost po dobu několika měsíců.

Experiment CONSERT

Prvním z nejvíce skloňovaných experimentů Philae byl v rámci výběru přistání projekt CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio-wave Transmission – průzkum jádra komety za pomoci přenosu rádiových vln). Jde rovněž o historicky první výzkumný program, jehož podstatou je navázání obousměrné radiokomunikace mezi modulem a sondou v době, kdy bude oba přístroje dělit jádro komety. Tento experiment má za úkol co nejpřesněji určit vnitřní strukturu 67P.

Měření se budou týkat elektrických vlastností tělesa, to umožní přesněji určit povahu a složení jádra, dále měření homogenit různých vnitřních struktur původních kometisimál, které se v minulosti postupným slučováním spojovaly a formovaly samotné jádro komety. Dalším předmětem měření bude tloušťka, hustota a celkové množství jednotlivých vrstev jádra a jeho celková homogenita. To by konečně mělo osvětlit zásadní problém, který je asi nejčastěji skloňován od dob prvních podrobnějších fotografií NavCam a OSIRIS – jde o jeden kompaktní objekt narušený dlouhodobou erozí (či  jiným mechanismem), nebo o slepenec dvou či více menších těles?

Systém kamer pro panoramatické snímání povrchu CIVA 

Jak už původní název Comet nucleus Infrared and Visible Analyzer napovídá, jedná se o sadu detektorů zahrnující jak viditelná pásma elktromagnetického záření, tak infračervená. Jde o integrovaný systém šesti kamer za účelem snímkování povrchu ve 360-stupňovém poli, a zároveň pořizování fotografií odebraných vzorků.

Skládá se ze systému panoramatických a stereokamer pod názvem CIVA-P a mikroskopické kamery CIVA-M pro viditelné a infračervené pásmo. Všechny komponenty jsou softwarově spřaženy a jejich výstupy jsou zpracovávány stejnými procesory.

CIVA-P tvoří systém šest kamer – pěti monoskopických a jedné stereoskopické (tvořené párem monoskopických kamer). Jsou umístěny po obvodu landeru v úhlové vzdálenosti 60 stupňů, každá s rozlišením CCD 1024 x 1024 pixelů. Opakované záběry v době rotace modulu před přistáním pomůžou letové kontrole zhotovit podrobnou 3D mapu povrchu včetně albeda  (odrazivosti slunečního záření), stejně jako aktivitu kometárního jádra v době přistání.

CIVA-M se skládá ze dvou mikrokamer (CIVA-M/V) pro oblast viditelného světla a dvojicí infračervených spekrometrů (CIVA-M/I), které budou zkoumat vzorky pokusných vrtů. CIVA-M/V má rozlišení 14 mikronů. Vzorky odebraného materiálu z povrchu komety budou luminovány třemi LED diodami různých barev (viz předchozí detektor sondy COSIMA s podobným pracovním modem). CIVA-M/I pak bude získávat obrázky vzorků v IR spektru s prostorovým rozlišením 50 mikronů. Obrázky jsou pořizovány detektorem IR HgCdTe s polem 128×128 bodů. Vzorky jsou luminovány monochromátorem operujícím v rozmezí 1.0 až 4.0 mikrony s rozlišením 5 nm s použitím rotační mřížky. Identifikace významných organických chemických sloučenin v nestálých nebo naopak žáruvzdorných složkách je možná. Proces bude trvat méně než pět minut pro každý vzorek.

Závěrečná třešnička na dortu: ocenění pro dva členy týmu

Závěrem tohoto přehledu už zbývá jen zmínit příjemnou skutečnost týkající se členů vědeckého týmu sondy Rosetta. Dva vědci týmu ESA Laurence O’Rourke a Michael Küppers se zařadili mezi osobnosti, po kterých byl pojmenovány dva asteroidy. Oba se po dlouhou dobu věnují výzkumu hvězdných a planetárních objektů a podíleli se na velkém počtu odborných prací. Za všechny zmíním studii z první půli letošního roku o objevení vody na planetce Ceres za využití dat Herschelovy kosmické observatoře. Rozhodnutí o pojmenování asteroidů bylo oficiálně vyhlášeno počátkem července na banketu konference „Asteroidy komety a meteory“ ve finských Helsinkách.

Oba odborníci pracují v evropském astronomickém středisku ESAC (European Space Astronomy Centre) poblíž Madridu, a podílí se na plánování a uskutečňování konkrétních operací mise Rosetta v týmu SGS (Rosetta Science Ground Segment).

Už v úvodu jsem zmínil, že  jak jsme začli, tak skončíme. Takže na závěr jsem vybral sekvenci snímků z předešlého týdne, kde ještě můžete vidět kometu 67P v plné kráse. V případech předchozích misí pro nás znamenalo přiblížení ke kometám pouhé okamžiky v řádu sekund. Poprvé v historii výzkumu těles slunečního systému máme sondu na oběžné dráze (i když jde spíše o dráhu synchronizovanou) kolem komety.

Všechny následující snímky byly pořízeny pomocí zařízení NavCam od 20. do 23. srpna 2014 , u konkrétní fotografie tedy uvedu jen datum pořízení a relativní vzdálenost od komety. Snímky jsou řazeny chronologicky.

Zdroje informací:  
http://blogs.esa.int/
http://sci.esa.int/
http://blogs.esa.int/
http://www.esa.int/
http://blogs.esa.int/
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/08/27/cometwatch-update/
http://sci.esa.int/rosetta/31445-instruments/
http://sci.esa.int/rosetta/31445-instruments/?fbodylongid=902
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=PHILAE%20%20%20-01
http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2014/08/Philae_s_panoramic_camera

Zdroje obrázků: 
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/08/Rosetta_arrives_at_comet
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/08/13/giada-touches-the-comet/
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/03/26/introducing-midas-rosettas-micro-imaging-dust-analysis-system/
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/08/Comet_on_21_August_2014_-_NavCam
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/08/13/giada-touches-the-comet/
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/03/26/introducing-midas-rosettas-micro-imaging-dust-analysis-system/
http://www.universetoday.com/113777/coma-dust-collection-science-starts-for-rosetta-at-comet-67pchuryumov-gerasimenko/
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/08/15/asteroids-named-after-esa-rosetta-scientists/
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/08/27/cometwatch-update/
http://sci.esa.int/rosetta/31445-instruments/
http://sci.esa.int/rosetta/31445-instruments/?fbodylongid=902
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=PHILAE%20%20%20-01