Na návštěvě u komety – Philae

Mise sondy Rosetta, jejímž cílem je detailně studovat kometu 67P/Čurjumov-Gerasimenko je ambiciózním projektem ESA. Po desetileté cestě vesmírem se Rosetta konečně dostala na oběžnou dráhu kolem komety a úspěšně uskutečnila přistání modulu Philae přímo na kometu. V tomto roce se tvář komety začíná poodhalovat, a přirozeně tak upoutává naši pozornost. V prvním kroku se blíže zaměříme na sondu Philae, která po úspěšném přistání a krátkém provozu na primární baterie nyní na povrchu komety čeká na svou příležitost, kdy díky dostatku světla bude moci dobít své baterie, probudit se z hibernace a pokračovat ve svém programu, byť s vysokou pravděpodobností bude pracovat jinak, než se plánovalo. Název byl zvolen podle nilského ostrova Philae, na němž byl postaven chrám bohyně Esety, který díky dvojjazyčným nápisům přispěl k rozluštění egyptských hieroglyfů. Symbolika zaměřená na Egypt provází celou misi Rosetta: místo původního přistání bylo pojmenováno po ostrovu Agilkia, novým bezpečným místem chrámu Philae po zatopení původní lokality Asuánskou přehradou.

Logo mise Philae

Co má Philae na palubě?

Stokilogramová sonda je vybavena deseti měřicími systémy, které dohromady váží 26,4 kilogramu.

Vrtná sada SD2 (Sample Drill & Distribution) je schopna odebírat vzorky o hmotnosti maximálně 3 mg, případně objemu nejvýše 20 ml. Vrtná hlavice o průměru 12 milimetrů může proniknout do různé hloubky podloží až do 230 milimetrů a poradí si s tvrdostí podloží od poprašku nadýchaného sněhu po čedič. Karuselový systém umožňuje zpracovávat vzorky v 26 píckách a předávat ke zpracování dalším systémům Phliae. Vrtná sada SD2 je schopna měřit objem odebíraných vzorků a je řízena nezávislou ovládací jednotkou. Výrobce deklaruje funkčnost do −150 °C a při −170 °C již přístroj není schopen pracovat. V pohotovostním režimu má spotřebu 0,1 W, při plném výkonu pak 12 W.

Spektrometr APXS (Alpha-Protone X-ray Spectrometer) měl být při řádném dosednutí Philae umístěný 4 cm nad povrchem. Tento systém, umožňující pomocí energetických částic určit složení prachu, je umístěný jak na Philae, tak na mateřské sondě Rosetta, a lze tak porovnávat výsledky z povrchu a oběžné dráhy.

Obrazový systém CIVA (Comet Infrared and Visible Analyser) zahrnuje dva experimenty. CIVA-P je tvořen sedmi identickými fotoaparáty, které umožňují vytváření panoramatických snímků. Dvojice z nich dokáže vytvářet i stereoskopické snímky místa přistání, které umožní vyhodnotit topografii a albedo povrchu. CIVA-M jsou dva miniaturní mikroskopy, jeden ve viditelné části spektra, druhý v infračervené oblasti, které nedestruktivně posuzují texturu, albedo a minerální složení vzorků před zpracováním jinými systémy.

COSAC (COmetary SAmpling and Composition) je plynový chromatograf a hmotnostní spektrometr speciálně zaměřený na hledání organických látek ve vzorcích odebraných vrtnou sadou SD2. Po přistání modulu Philae byl COSAC vybrán ke zpracování vzorků, které prováděl do vyčerpání energie z primárních baterií. Chromatograf COSAC potvrdil přítomnost organických látek na kometě 67P.

Ptolemy je hmotnostní spektrometr cílený na lehké molekuly, zejména uhlík, dusík a kyslík a těkavé látky jako je voda, oxid uhličitý a vzácné plyny a rovněž lehké organické molekuly.

MUPUS (MUlti PUrpose Sensor for Surface and Subsurface Science) je tvořen řadou teplotních čidel umístěných na 35 centimetrů dlouhém kladivu sbíječky, která byla vysunuta z Philae a při zarážení kladiva do komety by z teplotního profilu bylo možné posuzovat konzistenci podloží a posléze by systém sledoval teplotní profil pod povrchem. Po přistání byl MUPUS aktivován, počáteční teplota −153 °C během půlhodiny klesla o deset stupňů. Přestože pracoval na plný výkon, podařilo se mu proniknout jen do hloubky několika milimetrů.

ROLIS (ROsetta Lander Imaging System) je miniaturní CCD kamerka umístěná na spodní stěně Philae, která zaznamenává sestup. Ve správné poloze Philae měla kontrolovat povrch pod sondou jako podpora vrtných systémů a APXS. Systém je doplněn řadou LED osvětlujících povrch na různých vlnových délkách.

ROMAP (ROsetta lander Magnetometer And Plasma monitor) má senzory umístěné na 60 cm dlouhé tyči vysunuté z Philae. Obsahuje vektorový magnetometr měřící indukci magnetického pole ve třech kolmých směrech a detektor plazmatu s dvěma iontovými kanály do 8 keV a elektronovým kanálem a Faradayovou pastí určující celkový náboj svazku částic.

CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radio-wave Transmission) je radiofrekvenční systém zkoumající vnitřní strukturu komety v součinnosti s mateřskou sondou. Rosetta vysílá rádiové vlny, které jsou po průchodu materiálem komety detekovány přijímačem na Philae.

Soubor SESAME (Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment) v sobě zahrnuje trojici nástrojů: CASSE (Comet Acoustic Surface Sounding Experiment) pro akustické snímání, DIM (Dust Impact Monitor) pro měření dopadu prachových částic a PP (Permitivity Probe) pro měření elektrických vlastností kometárního povrchu. Experiment CASSE je spolu se sondičkou PP umístěn na koncích ramen podstavce, Philae si vlastně svými ploskami nohou osahává terén, na kterém stojí. Vertikální polohu senzorů je možné nastavit, což zajistí dobrý kontakt i při poměrně členitému povrchu. Experiment CASSE může pracovat jak v pasivním režimu jako seismometr (registruje vlastní pohyby v kometě způsobené teplotním pnutím, dopadem částic a kometotřeseními), tak v aktivním režimu, kdy vysílá akustickou vlnu a snímá odezvu z podloží. Rovněž může snímat zvuky, které vytváří samo Philae. Rušení by mohl způsobovat systém MUPUS, který je vybaven sbíječkou, ale ten pracuje ve známé pozici vůči senzorům CASSE.

Rozmístění jednotlivých částí souboru SESAME na Philae. Zdroj: DLR.

Monitor prachu DIM má pomocí piezosenzorů ve třech navzájem kolmých směrech registrovat částice, které při sublimaci materiálu z komety budou v jejím gravitačním poli dopadat zpět na povrch. Analýzou tvaru vyvolaných deformačních vln na senzoru bude možné sledovat hmotnost, velikost a směr rychlosti a časový vývoj koncentrace prachových částic a úlomků ledu dopadajících zpět na kometu. Rozmezí poloměru detekovatelných částic je od 0,2 do 5 mm, rozmezí hmotností je od 30 μg do 0,5 g a rychlosti od 25 cm/s do 2 m/s.. Sondy PP měří kvadrupólovou metodou komplexní permitivitu, tedy jak vlastní permitivitu, tak i elektrickou vodivost. Cílem je sledovat obsah vody v povrchové vrstvě a jeho časové změny. V aktivním režimu využívá PP tři vysílače, jeden v noze podstavce, další jsou připojeny k systémům MUPUS a APXS. Přijímače jsou na zbývajících dvou nohách. V pasivním režimu může PP snímat plazmové vlny s frekvencemi až do 10 kHz, což bude významné při posuzování interakce plynů uvolňovaných z komety se slunečním větrem a při vyhodnocování aktivity komety.

MUPUS s hnědou mřížkou experimentu Permitivity Probe. Zdroj: DLR.

Náčrtek sondy Philae s rozmístěním měřicích zařízení. Zdroj Wikipedia.

S výjimkou základny a čelní stěny je povrch Philae pokryt fotovoltaickými články pokrývajícími celkovou plochu 2,2 m². Ve vzdálenosti 3 au od Slunce jsou celkem schopny dodávat 32 W.

Náčrtek sondy Philae s rozmístěním měřících zařízení. Zdroj Wikipedia.

Dramatické přistání

Přistání Philae doprovázela řada nehod. Prvním z nich bylo selhání výpočetního systému, což bylo v předvečer přistání vyřešeno – jak jinak – restartem systému. Dalším problémem byl hrozící výpadek přistávacích dusíkových trysek, které měly po dosednutí přitlačit sondu ke kometě, zatímco ji vrtáky v nohách podstavce upevní k povrchu. Jelikož fixace ke kometě byla zároveň zabezpečena pomocí harpuny, bylo rozhodnuto, že se přistání uskuteční. Při přistání trysky skutečně nepracovaly. Aby toho nebylo málo, ani harpuna nevystřelila. Po přistání se Philae od komety odrazil a v jejím slabém gravitačním poli vyskočil zhruba kilometr vysoko. Zlí jazykové si pak neodpustili přirovnání pohybu Philae k trajektorii špuntu z lahve šampaňského otevřeného při oslavě přistání na kometě. Po dalším kontaktu s povrchem následoval další, již nižší skok. Naštěstí poté už Philae kometu neopustil. Skončil však v nedůstojné poloze na boku a navíc ve stínu skalnatého útesu, kam dopadá světlo jen půldruhé hodiny za dvanáct hodin. Rovněž komunikace s mateřskou lodí byla možná jen ve tří až čtyřhodinových časových oknech. Přesto systémy začaly pracovat a Philae využil svých zhruba šedesát hodin, které systémy sondy měly zajištěné z primárních baterií. Mezitím se z oběžné dráhy pátralo po přesném místě, kam Philae dopadl.

Co bude dál?

Co se týká Philae, nezbývá než čekat, až se kometa přiblíží ke Slunci natolik, aby i to málo světla, které se solárním panelům dostane, stačilo k dobití baterií a obnovení provozu. Uvidíme, nakolik se podaří sondu oživit. Optimistické odhady hovoří o březnu, takže se máme na co těšit. Ti největší optimisté si dokonce libují, že díky tomu, že bude Philae chráněn ve stínu, bude moci pracovat déle, než se původně plánovalo. Pokud jde o celou misi, Rosetta na oběžné dráze nezahálela. Ale o tom až někdy příště.

Animace týdne

Odkazy