V novembri 2014 pristál na jadre krátkoperiodickej kométy 67P/Čurjumov-Gerasimenko pristávací modul Philae.
Obrázok znázorňujúci pristávací modul Philae pri kométe 67P/Čurjumov-Gerasimenko. Zdroj: ESA, C. Carreau/ATG medialab
Pred 10 rokmi, konkrétne 12. novembra 2014, pristál na jadre krátkoperiodickej kométy 67P/Čurjumov-Gerasimenko pristávací modul Philae. Išlo o prvé pristátie produktu ľudských rúk na kométe, historický okamih, ktorý má čiastočne aj slovenský rukopis.
Kométa 67P/Čurjumov-Gerasimenko (ďalej len 67P) sa zapísala do histórie ako prvá kométa, okolo ktorej obiehali a na ktorej pristáli roboty zo Zeme. Kozmická sonda Rosetta niesla pristávací modul Philae a s kométou sa stretla v auguste 2014. Sprevádzala ju na jej ceste k Slnku a späť. Misia sa skončila kontrolovaným dopadom sondy na povrch kométy 30. septembra 2016.
Objav a dráha kométy 67P
Kométu 67P objavil 22. októbra 1969 astronóm Klim Čurjumov na fotografickej platni exponovanej 11. septembra 1969 astronómkou Svetlanou Gerasimenkovou na observatóriu v Alma-Ate (dnes Kazachstan). Neskôr ju odborníci dodatočne našli aj na platniach z 9. a 21. septembra 1969. Kométa je na krátkoperiodickej dráhe s perihéliom (najbližší bod dráhy k Slnku) vo vzdialenosti 1,24 astronomickej jednotky (astronomická jednotka, au je stredná vzdialenosť Zeme od Slnka), aféliom (najvzdialenejší bod dráhy od Slnka) 5,68 au a s obežnou dobou 6,44 roka. Zaznamenali ju pri každom návrate od jej objavenia, no nie vždy mali priaznivé podmienky na jej pozorovanie. V rokoch 1982, 2009 a 2021 bola, naopak, viditeľná aj malými ďalekohľadmi. Najbližšie prejde kométa 67P perihéliom 9. apríla 2028.
Kométa 67P v skutočných farbách na snímke sondy Rosetta zo vzdialenosti 82 km od jadra. Zdroj: Justin Cowart, ESA a Rosetta tím
Kozmická sonda Rosetta
Kométa 67P je dnes najlepšie pozorovanou kométou v histórii vďaka sonde Rosetta, ktorá bola spoločným projektom ESA (Európskej kozmickej agentúry) a NASA (Národného úradu pre letectvo a vesmír, USA). Cieľom misie Rosetta bola podrobná fyzikálno-chemická charakterizácia povrchu a vnútra jadra kométy s cieľom pochopiť procesy, ktoré viedli k vytvoreniu planetezimál a kometezimál v ranej slnečnej sústave. Okrem toho bola misia Rosetta navrhnutá tak, aby objasnila fyzikálne procesy pri vzniku kometárnych aktivít a tie, ktoré riadia vývoj jadier komét.
Kozmická sonda Rosetta bola vypustená v marci 2004, aby sa v roku 2014 stretla s kométou 67P a aby ju sprevádzala počas jej prechodu perihéliom v roku 2015 a ďalej. Medzi kľúčové zistenia sondy Rosetta patrí objav vodnej pary v kométe, ktorá sa výrazne líši od vodnej pary na Zemi, prvá detekcia molekulárneho dusíka a molekulárneho kyslíka na kométe, existencia obnaženého vodného ľadu na povrchu kométy a objav aminokyseliny glycínu (bežne sa nachádzajúceho v bielkovinách) a fosforu (zložka DNA).
Údaje z prístroja ROSINA sondy Rosetta umožnili objav oxidu fosforečného na kométe 67P. Zdroj: M. Weigand, ALMA, ESO a ESA
Jadro kométy
Sonda Rosetta dosiahla kométu 67P v auguste 2014 vo vzdialenosti 3,6 au od Slnka po približne 10-ročnej ceste a potom bola uvedená na obežnú dráhu okolo jej jadra, aby vykonala podrobné pozorovania. Počas 3-mesačného pozorovania vyberali vedci na základe snímok najvhodnejšie miesto na pristátie modulu Philae. Na základe získaných údajov patria medzi najvýznamnejšie snímky tie, ktoré boli zhotovené kamerami OSIRIS. Zmapovali totiž celý povrch kometárneho jadra s vysokým rozlíšením. Jadro 67P má nápadný dvojlaločný tvar. Rozmery lalokov sú 4,10 × 3,52 × 1,63 km a 2,50 × 2,14 × 1,64 km. Ich objem predstavuje 66 percent a 27 percent celkového objemu jadra. Tieto dva laloky sú spojené „krkom“, ktorého objem sa odhaduje na približne 7 percent celkového objemu kométy. Dvojlaločný tvar kométy je výsledkom jemnej zrážky dvoch objektov v minulosti nízkou stretávacou rýchlosťou.
Meranie hustoty kometárnych jadier je v kometárnej vede dlhotrvajúcou výzvou. V prípade kométy 67P však mali vedci k dispozícii veľmi kvalitné vstupné údaje. Kombináciou odvodeného objemu 18,8±0,3 km3 s hmotnosťou 9,982±0,003×1012 kg stanovenou z gravitačného pôsobenia jadra bola odvodená celková hustota jadra v rozsahu od 470 do 533 kg m-3, teda omnoho menšia než hustota materiálu, z ktorého je jadro tvorené, kde pre znečistený ľad vychádza hustota približne 916 až 1500 kg m-3. Aby sme dosiahli priemernú hustotu jadra, ktorá je nízka, musí byť vo väčších hĺbkach ľad porézny alebo, podobne ako pri asteroidoch, kometárne jadro môže obsahovať výrazné kaverny a dutiny, ktoré vznikli ešte v čase tvorby jadra zlepovaním 10- až 100-metrových kometezimál.
Snímka kométy 67P zhotovená kamerami OSIRIS. Zo vzdialenosti 130 km vidíme balvany, krátery a strmé útesy, rozlíšenie je 2,4 metra na pixel. Zdroj: ESA, MPS a OSIRIS tím
Hodnota Bondovho albeda jadra 67P je 0,06 (to znamená, že jadro je veľmi tmavé a len 6 percent dopadajúceho svetla sa odrazí), teplota povrchu kolíše od -93 ºC do -43 ºC.
Na povrchu 67P bolo identifikovaných 19 odlišných oblastí, každá je pomenovaná po egyptskom božstve. Oblasti na veľkom laloku sú pomenované po bohoch, zatiaľ čo oblasti na malom laloku sú pomenované po bohyniach. Detailne bolo zmapovaných viac ako 70 percent povrchu, ktorý bol počas niektorého obehu sondy dobre osvetlený Slnkom. Morfologicky boli klasifikované rôzne typy povrchu, napr. prachové pláne, členité oblasti s jamami a okrúhlymi útvarmi, roviny bez viditeľnej vrstvy prachu, presvitajúce kusy ľadu a skalnaté útvary.
Morfologicky i vývojovo boli rôzne oblasti na povrchu jadra kométy 67P pomenované po starovekých egyptských bohoch. Odlíšených bolo 19 oblastí. Zdroj: ESA, MPS a OSIRIS tím
Zmeny na povrchu jadra
Počas obehu sondy Rosetta okolo kométy bolo na povrchu pozorovaných veľa zmien, najmä keď bola kométa blízko perihélia. Tieto zmeny zahŕňali vyvíjajúce sa vzory kruhových tvarov v hladkých terénoch, ktoré sa v určitom bode zväčšovali o niekoľko metrov za deň. Bolo tiež pozorované, že zlomenina v oblasti krku sa zväčšila – balvany široké desiatky metrov boli posunuté niekde aj viac ako o 100 metrov. Odborníci zaznamenali i množstvo rúcajúcich sa útesov.
V decembri 2015 zachytila Rosetta jasný lúč svetla vyžarujúci z kométy. Vedci zistili, že sa zrútil veľký útes, a tak sa stal prvým zosuvom pôdy na kométe, o ktorom je známe, že súvisí s výbuchom aktivity. Na rozdiel od očakávaní neboli nájdené žiadne veľké ľadové plochy na povrchu jadra. Na povrchu jadra však spočívajú voľné balvany, niektoré úctyhodných rozmerov až do 45 metrov.
Pozorovania získané sondou Rosetta napovedajú, že výbuchy na kométach sú pravdepodobne spôsobené skôr zosuvom pôdy ako erupciami vyvolanými tlakom zvnútra ľadových telies. Výbušné regióny na 67P majú strmé svahy vhodné na spustenie prachových lavín, čo podporuje tiež pozorovanie, že výbuchy nie sú spojené so zvýšením produkcie plynu, ako by sa očakávalo, ak by to bol dôsledok výronov zvnútra kometárneho jadra.
Časť krku jadra kométy 67P s rozsiahlou trhlinou, pozdĺž ktorej môže dôjsť k rozdeleniu jadra. Zdroj: ESA, MPS a OSIRIS tím
Veľká trhlina
Na najužšom mieste jadra bola spozorovaná rozsiahla trhlina. Je to vážny náznak, že kometárne jadro si dlho neudrží svoj súčasný bizarný tvar a v priebehu niekoľkých obehov môže dôjsť k rozdeleniu jadra na dva laloky, ktoré by pokračovali slnečnou sústavou na podobných dráhach ako dve samostatné kométy. Už dnes pozorovaná veľká aktivita v tejto oblasti napovedá, že rozpad jadra môže byť otázkou len niekoľko málo obehov.
Kométy ako možný zdroj pozemskej vody
Zaujímavý výsledok poskytlo meranie vodnej pary, ktoré ukázalo, že zloženie vody v kome kométy 67P je výrazne odlišné od zloženia vody v pozemských oceánoch. Toto bol veľmi očakávaný výsledok misie, pretože pôvod pozemskej vody je stále otvorenou otázkou. Na Zemi pripadajú na každých 10 000 molekúl vody 3 molekuly, v ktorých je atóm vodíka nahradený atómom deutéria. Na kométe 67P našli odborníci v rovnakom objeme 3-krát viac ťažkej vody ako na Zemi.
Predchádzajúce merania pomeru deutéria a vodíka (D/H) v iných kométach ukázali široký rozsah hodnôt. Napríklad v prípade kométy Jupiterovej rodiny 103P/Hartley 2 bola nájdená dokonalá zhoda so zložením vody na Zemi. Extrémna hodnota nameraná orbitálnym modulom sondy Rosetta môže znamenať, že kométy Jupiterovej rodiny vznikli v ranej fáze vývoja slnečnej sústavy v širokom páse vzdialeností od Slnka s premenlivými fyzikálnymi parametrami.
Členitý útes na povrchu kométy 67P nasnímaný sondou Rosetta zo vzdialenosti 20,1 km. Zobrazená plocha 2,6 x 2,9 km. Zdroj: S. Atkinson, ESA a Rosetta tím
Na kométe 67P bol objavený molekulárny kyslík
Vesmírna sonda Rosetta urobila aj objav, ktorý nikto nečakal. Je ním prvá detekcia molekulárneho kyslíka na kométe. Objav bol nečakaný preto, lebo kyslík je síce tretím najrozšírenejším prvkom vo vesmíre, ale najjednoduchšiu molekulárnu verziu plynu, čiže O2, pozorujeme len vzácne. Je totižto vysoko reaktívna a ľahko vytvára zlúčeniny s ďalšími prvkami. Vplyvom slnečného žiarenia sa molekuly vody v kometárnej kome rozkladajú, ale výsledkom nie je vodík a kyslík, ale vodík a molekula hydroxylu OH. Odborníci zistili, že kyslík je uzavretý v inklúziách kometárneho ľadu od vzniku jadra v počiatkoch formovania slnečnej sústavy a postupne sa uvoľňuje so sublimáciou vodného ľadu pri nahrievaní jadra.
Výbuch na kométe 67P zaznamenaný sondou Rosetta 6. februára 2015. Zdroj: ESA a Rosetta tím
Pristávací modul Philae
Po 17. auguste 2014 sa Rosetta začala postupne približovať k jadru. Manéver oddelenia pristávacieho modulu Philae a jeho navedenie na povrch kometárneho jadra sa uskutočnil 12. novembra 2014. Philae sa pohyboval voči sonde Rosetta rýchlosťou chodca, pričom celý zostup trval viac ako 7 hodín. Presne podľa plánovaného postupu sa podarilo vyklopiť z pristávacieho modulu antény a pristávacie nohy. Počítalo sa s tým, že v čase nízkej aktivity kométy vo veľkej vzdialenosti od Slnka môže byť ľadový povrch mimoriadne premrznutý a tvrdý. Keďže sa nedalo počítať ani s pomocou gravitácie, ktorú má kometárne jadro s priemerom 4 km mimoriadne slabú, bol modul vybavený dýzou, ktorá mala zabezpečiť prítlak k povrchu po dosadnutí. Nie všetko sa však podarilo a dýza v rozhodujúcej chvíli zlyhala.
Modul Philae po 7 hodinách letu nedopadol na všetky tri nohy a okamžite sa od povrchu odrazil, keďže dýza, ktorá ho mala pridŕžať, bola nefunkčná. Po dvoch ďalších dotykoch definitívne pristál v tieni pod útesom, kde naň Slnko svietilo približne iba 90 minút každých 12 hodín. Tento čas nestačil na dobíjanie batérií a po 55 hodinách sa jeho výskum na povrchu kométy skončil.
Skôr ako sa batérie celkom vybili, Philae urobil niekoľko meraní. Ukázalo sa, že pristál na prachu pokrytom ľadom a v danom čase zaznamenal teplotu -153 °C. V mieste pristátia sa vyskytoval materiál tvrdosťou podobný pozemským kameňom. Predbežný záver hovorí, že hrúbka horných vrstiev prachu na povrchu jadra je 10-20 cm, pod ňou je tvrdý ľad alebo zmes ľadu a prachu. Takže napriek tomu, že až 80 percent hmotnosti jadra tvoria ľady, vďaka prítomnosti minerálnej kôry sa povrchy komét, ktoré sa často približujú k Slnku, javia ako tmavé drsné plochy. Ľad je uväznený pod minerálnou kôrou a presvitať môže (ale ani nemusí) len na neveľkej časti povrchu.
Slovensko prispelo k projektu Rosetta dodaním komunikačného modulu, ktorý zabezpečoval spojenie medzi pristávacou a orbitálnou časťou sondy Rosetta. Komunikačný modul vyrobil Ústav experimentálnej fyziky SAV v Košiciach a fungoval bezchybne počas krátkej životnosti pristávacieho modulu.
(JM)
