Už jen pár dní nás dělí od neděle 19. října, kdy se kometa C/2013 A1 Siding Spring prožene kolem našeho rudého planetárního souseda. V 18:27 světového času (20:27 SELČ) se planetě přiblíží na vzdálenost 139 500 km. To je o něco více než třetina vzdálenosti Země – Měsíc. Koncem srpna jsme podrobně rozebírali v samostatném článku přípravy jednotlivých kosmických agentur na toto neopakovatelné setkání, které – samozřejmě kromě mise sondy Rosetta a landeru Philae u komety 67P Čurjumov-Gerasimenko – nemá obdoby. Dnešní článek vlastně volně navazuje na ten předchozí. Upřesníme si některá technická data a zajímavé detaily, které nebyly tenkrát veřejně publikovány, neboť i přes rozsáhlý projekt modelace chování C/2013 A1 při průletu kolem Marsu byly pořád pro astronomy velkou neznámou. Jak výstižně poznamenala jedna z odbornic NASA, Kelly Fast: „Komety jsou jako kočky – mají ocas a dělají si, co chtějí.“

Siding Spring objevil před téměř dvěma lety ostřílený lovec vlasatic Robert McNaught (má na svém účtu 82 objevů či spoluobjevů těchto těles) na australské observatoři, která se otiskla do jejího zkráceného názvu. Podle zaběhlých standardů Mezinárodní astronomické unie (IAU) je její celé jméno C/2013 A1 Siding Spring. I čísla a písmena v první polovině názvu vám o ní odhalí zajímavé informace. Komety dostávají jména podle observatoří, kde byly objeveny (či podle astronomů), takže vás nepřekvapí, že komet Siding Spring je víc. První část označení však dává každé vlasatici konkrétní jmenovku.

Úvodní C v názvu znamená typ komety – v tomto případě jde o kometu neperiodickou, kterou pozorujeme při úplně první návštěvě slunečního systému ze vzdálených ledových končin Oortova oblaku. IAU pak rozděluje každý měsíc roku na dvě poloviny, a ty pak přejímají velká písmena abecedy. Leden je A a B, únor C a D a tak dál. Takže název C/2013 A1 nám sděluje, že tato neperiodická kometa byla objevena v první polovině ledna 2013, a to hned jako první v pořadí v dané polovině měsíce.

Jako všechna podobná tělesa z Oortova oblaku se Siding Spring pohybuje po hyperbolické dráze. Na svou dalekou cestu se zřejmě vydala před 3,7 miliony let a pro vědce představuje obrovský přínos. V neděli to bude poprvé, co budeme moci sledovat jádro dlouhoperiodické komety z takové vzdálenosti. Jen pro srovnání: Siding Spring bude Marsu desetkrát blíž než jakákoli jiná kometa Zemi. Planeta se v neděli ocitne u okraje prachoplynového ohonu, to s sebou přináší potenciální riziko pro robotické sondy, ale možná i příslib lokálních drobných „světelných show“, a na ty budou mít některé z misí políčeno. Týden poté se kometa ocitne v periheliu, tzn. nejblíže Slunci, a opět se začne propadat do mrazivých dálav vnější sluneční soustavy.

Dráha komety vůči Marsu a rovině ekliptiky

Kometa se bude k Marsu blížit ze spodní – jižní strany ekliptiky (pokud budete v neděli třeba v Austrálii, kde se chystají doslova pozorovací orgie, pak tuto větu ignorujte) a navíc retrográdně k oběžné dráze rudé planety. Není se proto čemu divit, že všechny vědecké týmy se připravují dlouhé měsíce a poslední týdny jsou ve znamení únavných opakovaných zkoušek a testování.

Zaměřit Siding Spring nebude nikterak jednoduché. Kometa je relativně malá (nejčastěji se průměr jádra udává od 700 metrů do jednoho kilometru) a kolem Marsu doslova a do písmene prosviští rychlostí 56 kilometrů za sekundu (202 000 km/h), k tomu musíme přičíst průměrnou oběžnou rychlost planety 24 km/s. Tuto středu se kometa nacházela 10 milionů kilometrů od rudé planety, příští pátek už od ní bude stejně daleko. A při tomto kosmickém rodeu zkuste zaměřit kamery na jiné planetě (s prodlevou signálu +/- 20 minut) na objekt, který vám vyplní v lepším případě několik pixelů zorného pole přístroje…

Ale nebyli by to odborníci na slovo vzatí, kdyby se spokojili jen s tím. Slibují si od snímkování daleko víc. Pokud čekáte detaily, na jaké jsme si za poslední týdny zvykli díky snímkům Rosetty, budete velmi hořce zklamáni. Nic podobného se dít nebude, sonda Evropské kosmické agentury je pár desítek kilometrů nad kometou 67P, ta je navíc přibližně čtyřikrát větší než Siding Spring, z vědeckého hlediska bude nicméně celá marsovská eskapáda velmi přínosná. O jádru C/2013 A1 toho víme pramálo a vědci si slibují, že budou schopni přesněji určit jeho průměr a tvar, rotační dobu a rychlost a v neposlední řadě rozeznat, zda jde o jedno kompaktní či binární těleso, nebo dokonce slepenec více jader – výzev a otazníků je skutečně mnoho.

Podrobnější grafická simulace přiblížení z pohledu komety

Plynový ohon by měl být vůči sondám neškodný, obavy panují především z ohonu malých prachových částic uvolněných z povrchu jádra díky procesu sublimace vnějších ledových vrstev jádra. I když dosahují průměrné velikosti pouhé 0,5 mm, má každý takový úlomek kinetickou energii střely vystřelené z pušky – pokud by zasáhl kritické místo jakékoli sondy, došlo by k nenávratnému poškození, ale pravděpodobnost takové události byla odborníky vyčíslena na 1:200 000. Pokud by úlomky zasáhly třeba solární panely, sondy by vzhledem k miniaturnímu průměru částic žádnou anomálii nezaznamenaly. I přes takto nízkou pravděpodobnost impaktu se rozhodly letové obsluhy marsovských misí „uklidit“ sondy nad opačnou hemisféru planety, kde by měly bezpečně přečkat pár desítek minut v době střetu kometárního ohonu a svrchních vrstev atmosféry. Popravdě řečeno nevíme, jestli se vůbec něco bude dít, ale kdo by chtěl riskovat poškození mnohamilionových nákladů?

Samotná pozorování a sekvenční snímkování začnou v pátek. Všechny orbitery sledují přirozeně hlavně marsovský povrch, proto je nutné je osově pootočit o 180° vertikálně. V tu chvíli se dostávají ke slovu odborníci jednotlivých misí, kteří jsou zodpovědní za přesné nasměrování kamer a detektorů. Jak už bylo výše řečeno – průlet bude velmi rychlý a k tomu souřadnicový systém je (kdo by to čekal) lokální marsovský. Totéž samozřejmě platí i o souřadnicích časových, které se neustále přepočítávají a znovu a znovu kontrolují (další příklad ukázkové spolupráce astronomů a odborníků robotického vesmírného výzkumu).

Snímkování budou probíhat až do pondělka, orbitery schované oněch kritických 20 – 30 minut na druhé straně planety budou pozorovat kometu před největším přiblížením a po něm. První data můžeme očekávat v neděli v noci našeho času (tedy, už je v tom trochu zmatek – nejen toho pozemského, ale přímo našeho českého…), ale spíše v pondělí – týmy potřebují nějaký čas na zpracování snímků. Navíc v době snímkování budou některé sondy natočené k Zemi pouze nízkovýkonovou vysílací anténou, takže přenos dat bude probíhat pomaleji (viz dále). Až po aktivaci vysokovýkonových antén sond (třeba v případě MRO) bude datový tok asi 1,5 Mbit/s.

Na(ch)laďte si příjmače, aneb výkon, výkon a… výkon

Než se podíváme na jednotlivé mise, pojďme si nejdříve shrnout, jak budeme signály přijímat. Všechny velké trackovací radiostanice NASA a ESA budou mít v době průletu jasnou prioritu: Mars, který bude v té době nízko nad obzorem. V době největšího přiblížení budou monitoring provádět evropské stanice ESA a radioobservatoř systému NASA Deep Space Network v Madridu. Poté převezme komunikaci stanice DSN v americkém Goldstone skládající se z velké 70m primární parabolické antény a dalších o průměru 30 metrů (po určitou dobu bude probíhat tzv. overlap, kdy signály přijímají obě stanice).

Mars bude v době největšího přiblížení od Země vzdálen cca 1,6 au (zhruba 250 mil. km). Příjem signálu z takové vzdálenosti je sám o sobě tvrdým oříškem. Jak už bylo výše zmíněno, v době snímkování nebudou vysokovýkonové vysílací antény natočeny směrem k naší planetě, proto se vzájemná komunikace omezí na data telemetrie a základní údaje o případném přechodu sondy do nouzového režimu a samotné stahování nasnímaných dat bude probíhat až po přesměrování sond do běžné operační polohy.

Sondy jako třeba MAVEN nebo MRO jsou vybaveny stowattovými vysílači (výkon průměrné žárovky v domácnosti). Tím je míněn výkon lokální – na oběžné dráze Marsu. Když signál dorazí do sedmdesátimetrové radioantény na Zemi, má už pouhou miliontinu miliontiny miliontiny původního výkonu. Proto jsou komponenty přijímače chlazeny na teploty blízké absolutní nule, aby se co nejúčinněji minimalizoval přirozený šum.

Rozpis jednotlivých misí, jak je budou sledovat konkrétní paraboly systému DSN:
DSS63 – ODY, MRO, MOM, MEX, MVN
DSS65 – MVN, ODY
DSS55 – MRO, MVN
DSS54 – MEX

Další parab. antény Goldstone:
DSS14 – ODY, MRO, MOM, MEX, MVN
DSS25 – MRO,MVN
DSS26 – MVN, ODY
DSS15 – MEX
DSS24 – MOM

Palubní zbraně marsovských lovců

Pojďme se závěrem podívat na jednotlivé mise a jejich detektory. Začněme tou, která úspěšně plní vědecké úkoly na oběžné dráze rudé planety plných třináct let.

Želízkem v ohni mise Mars Odyssey je zařízení THEMIS (Thermal Emission Imaging System). Jde o spektrometr a kameru pro viditelné a infračervené pásmo (obě zařízení sdílejí společnou optiku). Sonda bude snímkovat kometu v sérii dvou sekvencí před těsným přiblížením komety a poté. Z těch budou po obdržení dat skládat odborníci jednotlivé snímky pro další publikování. Jeden oběh MO trvá přibližně 2,5 hodiny – první hodinová fotosekvence se zaměří na komu (ta dosahuje velikosti 19 300 km), ta druhá na ohon komety. Členové týmu neočekávají spektakulární výsledky, THEMIS zřejmě nezachytí dost fotonů ve viditelné oblasti, aby nás snímky omráčily, ale jako bonus chystají jednu momentku, na které bude jak kus marsovského povrchu, tak i samotná kometa.

Mars Reconnaissance Orbiter je bezesporu jednou z nejznámějších a nejčastěji zmiňovaných misí na oběžné dráze Marsu. A není se čemu divit. Její fenomenální palubní kamera HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment) je vlastně půlmetrovým teleskopem, jehož detailní snímky (s rozlišením 0,3 metru z výšky 300 km!) se objevují takřka s denní pravidelností jak v odborném, tak i vědecko-populárním tisku a na webových stránkách. Jde o největší a nejvýkonnější kameru umístěnou na povrchu kosmické sondy.

I sonda MRO prodělala „backflip“ (vertikální pootočení) a přilehlou oblast marsovské oblohy začala pozorovat a snímkovat už minulý týden. Na palubě má pestrou výbavu detektorů, kromě HiRISE je to kamera CTX (Context Camera) souběžná a umístěná těsně vedle HiRISE, s rozlišením 6m/pix. Dále pak spektrometr pro viditelné a infračervené pásmo CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars), spektrometr MCS s jedním kanálem pro optické a blízké IR pásmo (0,3 až 3,0 μm) a osmi dalšími pro pásma daleká infračervená (12 až 50 μm) a senzor SHARAD (Shallow Subsurface Radar), který, jak už název vypovídá, pracuje v pásmu rádiových vln v pásmu 15 – 25 MHz a primárně je zaměřen na zkoumání marsovských ledových čepiček – ve své nové roli bude sledovat místní atmosféru a ionosféru v době před průletem a po něm a sledovat případné změny. Všechny palubní přístroje budou zaměřeny na Siding Spring a tím z této mise dělají nejnáročnější subjekt ohledně datového přenosu ze všech stávajících sond, takže na snímky týmu MRO budeme zřejmě čekat nejdéle.

Sonda začne snímkovat 60 hodin před nejtěsnějším průletem, pomyslným vrcholem všech operací by měl být pokus o zachycení jádra kamerou HiRISE. Opět je na místě varování – nečekejte podívanou, na jakou jste zvyklí z dechberoucích snímků marsovského povrchu. Tým předpokládá, že velikost cílového objektu se bude pohybovat v rozmezí velikosti 4 – 15 pixelů.

I marsovský benjamínek MAVEN bude z bezpečnostních důvodů uklizen na odvrácenou stranu Marsu. Bylo by opravdu faux pas, kdyby sonda s předpokládanou dobou mise jednoho pozemského roku byla poškozena tři týdny po navedení na oběžnou dráhu planety. Co se pozorování týče, bude se držet primárního programu, a tím je výzkum tamní atmosféry, včetně pátrání po důvodech, proč už na Marsu není voda – alespoň na povrchu. A jelikož je hlavním podezřelým v této neveselé kauze naše domovská hvězda a tlak jejího záření, jsou i senzory na palubě sondy navrženy tak, aby byly schopny zachytávat a měřit nabité částice slunečního větru.

Ale jak víme, že jsou i kometární částice nabité? Je to poněkud frustrující, ale opět musím použít předchozí mantru: nevíme to. Ale pokud ne, může k tomu dojít po uvolnění z povrchu jádra, kde se o to postará sluneční záření. Částice můžou zahřát svrchní vrstvy atmosféry a tím dojde k vyzařování na určitých vlnových délkách – a to bude MAVEN sledovat.

Indická máma, jak už je lidově přezdívána, čili MOM (Mars Orbiter Mission) se zaměří na prachové částice z ohonu komety. I když většina z nich bude mít tak velkou relativní rychlost k Marsu, že nepozorovaně proletí v průběhu několika minut kolem povrchu rudé planety, některé z nich můžou narazit do některého z tamní dvojky měsíců Phobos a Deimos – to by zapříčinilo spršky dalších částic z jejich povrchu, které by už měly natolik malou rychlost, že by se nedostaly z gravitačního sevření Marsu a dostaly se na oběžné dráhy. A na ty má políčeno rovněž zbrusu nová marsovská máma.

Letová kontrola sondy Mars Express Evropské kosmické agentury má k dispozici tým expertů, kteří navrhli dva možné scénáře pro dobu kolem tohoto víkendu. Prvním bylo namíření vysokovýkonové antény ve směru částic komety a zároveň vypnutí všech systémů kromě těch nutných pro přežití sondy. Druhým byl naopak výzkum Siding Spring, to znamená v podstatě běžný provozní režim. V minulých měsících měl prim scénář první, ale počátkem října se odborníci rozhodli využít příležitosti, která se už nebude v budoucnu opakovat.

Operační plány sondy MEX se připravují vždy na každý následující týden a plánování se účastní hned několik týmů. A tento týden byl opravdovým oříškem. Nejde totiž jen o to, jak vypočítat bezpečnou oběžnou dráhu, která zajistí, že se MEX neocitne v palbě prachových částic. Je nutno vyřešit množství dat, která sonda pravidelně odesílá, dostupnost pozemních přijímacích stanic, napájení přístrojů, termické podmínky (přirozené chlazení sondy v době, kdy je v marsovském stínu, a naopak zahřívání přímými slunečními paprsky), nebo správnou orientaci sondy vůči Zemi.

Po dlouhých debatách se nakonec obsluha rozhodla pro v podstatě standardní operační režim s několika výjimkami:

– Proběhnou podrobná testování všech systémů a podsystémů sondy ve větší míře, než je běžné.
– Odborníci DMSE (Data Management Systems Engineers) provedou v pondělí kompletní zálohování všech dat pro případ, že by byly příští týden zjištěny jakékoli anomálie či poruchy.
– Monitorování bude probíhat v těsné spolupráci s NASA, která poskytne své stanice v Madridu a Goldstone (viz předchozí text). Američané tedy zaštiťují nejen své mise, ale i tu evropskou a indickou. Dvě 34m antény v Goldstone budou k dispozici pro nezbytný backup dat přístrojů kosmických sond, ale týmům ESA budou sloužit i dvě obří 70metrové hlavní antény systému DSN, což je bezpochyby dobrá zpráva, neboť MEX bude v době přiblížení rovněž využívat pouze nízkovýkonovou anténu.

Na povrchu rudé planety

Stejně jako jsme začínali na oběžné dráze, tak i na povrchu se nejdříve zastavíme u zasloužilého seniora – roveru Opportunity, který počátkem letošního roku oslavil dekádu pobytu na rudé planetě. Jeho panoramatická kamera Pancam má sice poměrně velké rozlišení, nicméně není uzpůsobena pro snímání objektů na obloze a je velkou neznámou, zda vůbec něco uvidí. V lepším případě čeká navigační tým bod o rozměrech jednoho pixelu. Na tu vzdálenost (ve které se v době snímání kometa bude nacházet) je rozlišení kamery Pancam asi 100 km.

Jak tedy vlastně poznáme, že jde o kometu a ne náhodnou hvězdu? I na tom už samozřejmě tým pracuje. Opakovaně fotí dané oblasti oblohy a měří polohu referenčních hvězd. Podle ní bude možné určit, který bod je ten cílový. Pokud vaše zklamání přešlo až do stadia znechucení, prosím, vydržte, už to bude jen pár krátkých odstavců…

Minulý víkend začaly první zkoušky, které pokračují po celý tento týden, v pátek a sobotu bude následovat snímkování „naostro“, první fotky můžeme podle vyjádření týmu očekávat od úterka do pátku příštího týdne.

Rover Curiosity bude mít v době největšího přiblížení komety 3 – 4 hodiny odpoledne lokálního času, takže jeho kamery neuvidí kvůli přítomnosti silného slunečního světla nic. Bude sice vystaven na „odkryté“ sluneční polokouli Marsu, nicméně vědci se neobávají možného poškození. I když je marsovská atmosféra ve srovnání s pozemskou tenká a řídká, měla by bezpečně zbrzdit všechny impaktní částice. V případě Opportunity byly jisté obavy ohledně poškození solárních panelů jakožto jediného zdroje energie (které ale byly později vyvráceny), což ovšem u Curiosity nehrozí.

Curiosity bude snímkovat v době marsovského soumraku, a to 100mm pravou kamerou z dvojice Mastcamů. I když je její rozlišení o poznání větší než u Opportunity, neočekáváme, že uvidíme jádro komety. Ale mohli bychom zachytit komu. Sledovat kometu bude i ChemCam (Chemistry and Camera complex) – dva detektory sloučené do jednoho, které jsou schopny pořizovat snímky v 6 144 vlnových délkách od infračerveného přes viditelné až po ultrafialové pásmo.

Curiosity se v případě pozorování Siding Spring potýká s problémem, který nezná žádný pozemský astronom. Tím je (podobně jako v případě Opportunity) přesná orientace na hvězdném nebi nad marsovským povrchem. Její základní souřadnice tvoří objekty na povrchu planety. Při četných experimentech je pro pozemní obsluhu referenční bod vždy na povrchu Marsu. Netypický výčnělek skály, nezaměnitelný kámen, jasně vymezená oblast sedimentů. Od toho se dá odvodit vzdálenost či úhel, pod kterým je potřeba například zamířit laser a následně na dané místo přesměrovat kamery, které svazek přesně sledují.

Zaměřování objektů na obloze je bohužel něco jiného, neboť rover nemá přesnou orientaci vzhledem ke středu planety. Nepozná, jestli je jedna polovina vozítka zrovna na kamenitém výčnělku, takže jeho vertikální osa je vychýlená, což může v případě i malých nerovností povrchu způsobit velké nepřesnosti v pozorování určitého místa na obloze. A chybí mu GPS.

Minulý víkend provedla pozemní obsluha přesná měření pomocí palubních gyroskopů a kompasu, aby zjistila, v jaké poloze se rover nachází relativně k horizontálnímu povrchu planety. Poté začala monitorovat pohyb Slunce, aby přesně určila relativní polohu severního pólu. Teprve s těmito ověřenými souřadnicemi začal vědecký tým monitorovat oblohu, aby našel referenční hvězdy a podle nich přizpůsobil orientaci kamer v daném čase.

I druhý „fénixovský“ kosmický teleskop – jeden z nejslavnějších i v očích veřejnosti – Kepler se na blízký nedělní průlet zaměří. Po poruše druhého ze čtyř gyroskopů se jedním z jeho hybných sil stal tlak slunečního větru a pomáhá v orientaci teleskopu, která se mění přibližně jednou za 80 dní. Od místa historického rendez-vous se sice nachází více než sto milionů kilometrů, ale scéna se bude nacházet v jeho zorném poli.

Rande komety Siding Spring s naším sousedem bude velké dobrodružství. Možná to nebude až taková vizuální podívaná, ale vědecký přínos bude obrovský. Držme palce všem týmům, které neposunou naše znalosti o prapočátcích slunečního systému o nic méně než mise Rosetta Evropské kosmické agentury, ke které se určitě brzy vrátíme.

Poděkování: Richard Zurek, Don Yeomans, Daniel Scuka, Sara Milkovic, Matt Golombek, Ashwin Vasavada

Zdroje informací:
http://blogs.esa.int/
http://www.universetoday.com/
http://earthsky.org/
http://www.planetary.org/
http://globalnews.ca/

Zdroje obrázků:
http://www.planetary.org/blogs/guest-blogs/2014/crumpler-sol3808.html
http://phys.org/news/2014-10-comet-a1-siding-marsviews-space.html
http://www.universetoday.com/115264/comet-a1-siding-spring-vs-mars-views-in-space-and-time/
http://earthsky.org/space/comet-siding-springs-close-encounter-with-mars
http://www.planetary.org/blogs/bruce-betts/20141013-video-introduction-comet.html
http://scitechdaily.com/images/NASA-Prepares-for-Comet-Siding-Spring.jpg