Kométy vo svetle najnovších objavov Doc. RNDr. Ján Svoreň, DrSc. Astronomický ústav SAV Tatranská Lomnica Bratislava – Vedecká cukráreň 22.9.2015
Kométy vo svetle najnovších objavov
Doc. RNDr. Ján Svoreň, DrSc.
Astronomický ústav SAV
Tatranská Lomnica
Bratislava – Vedecká cukráreň 22.9.2015
1. Kométy ako atmosférické javy
História kometárnej astronómie sa prirodzene delí na niekoľko období. Pred rokom 1600 boli kométy považované za nebeské výstrahy a neboli zreteľne spájané s astronomickými, ale viac s meteoro-logickými javmi. Najstaršie záznamy o kométach pochádzajú z obdobia okolo roku 1000 pred n.l. z Číny a z Chaldejska (na území dnešného Iraku).
História
Slovo kométa, používané teraz s malými odchýlkami vo všetkých európskych jazykoch pochádza z gréčtiny ( kometes = „vlasatá“).
Prvý názor na kométy, ktorý nevychádzal len zo strachu, ale snažil sa zistiť podstatu javu – starí Chaldejci – považovali kométu za vzduchový vír, ktorý rotuje vo veľkej výške v zemskej atmosfére, kde sa trením zapálil a žiari.
Aristoteles (Meteorológia - zhruba 330 pred n.l.) –kométy ako o suché a horúce exhaláty vo vysokej atmosfére. Vďaka jeho autorite, tento pomerne primitívny názor pretrval až do 16. storočia.
Napr. Ptolemaios vo svojom Almageste kométy vôbec nespomína, keďže ich nepovažoval za nebeské telesá.
Halleyova kométa - rok 1066
2. Éra výpočtov dráh
Definitívne – kométy medzi nebeskými telesami – na základe pozorovania jasnej kométy z roku 1577.
Tycho Brahe a Tadeáš Hájek z Hájku, pozorovali kométu z rôznych, dosť vzdialených miest na Zemi, pričom nezistili žiadnu paralaxu – kométa sa premietala na oblohu medzi tie isté hviezdy => kométa je v priestore ďalej ako Mesiac.
kométa, ktorej
vzdialenosť určujeme
hviezdne pozadie
Zem 1 Zem 2
paralaktický
uhol
Newton (Principia 1687), aplikoval ním sformulovaný gravitačný zákon na pohyb kométy z roku 1680 – zistil, pohyb po eliptickej dráhe, málo odlišný od paraboly.
Halley výpočet (r. 1705) dráh všetkých komét pozorovaných v minulosti na dostatočne dlhom oblúku. Zistil: jasné kométy z roku 1531, 1607 a 1682 sa pohybujú po veľmi podobných dráhach => opakované návraty jedného telesa a predpovedal jeho návrat na r. 1758.
Kométa sa skutočne vrátila a dnes má meno 1P/Halley, čo znamená, že je to prvá známa periodická kométa.
Edmond
Hal ley
Halleyova kométa
Halleyova kométa
3. Fyzikálny výskum komét
Od objavu periodicity Halleyovej kométy do r. 1835 – najmä meranie polôh komét a výpočet ich dráh.
1835 - ďalší návrat Halleyovej kométy – začiatok éry fyzikálneho výskumu komét. F.W. Bessel na základe pozorovaní nepravidelného rozloženia svietiacej hmoty v kome Halleyovej kométy sformuloval možnosť negravitačných efektov usmerneného úniku hmoty z kometárneho jadra a vytvoril tiež fontánovú teóriu kometárnych chvostov. Teória správne hovorila o úniku častíc z jadra kométy v smere k Slnku a následnom vypudení neznámou silou do kometárneho chvosta. Model bol dopracovaný v roku 1910 A. Eddingtonom, keď v roku 1900 s. Arrhenius navrhol ako možnú repulzívnu silu, tlak slnečného žiarenia.
Ďalší významný krok v pochopení podstaty komét urobil G. Schiaparelli (1867), ktorý zistil, že dráhy meteorických rojov Perzeíd a Leoníd sú veľmi podobné dráham komét P/Swift-Tuttle (1862 III) and P/Tempel-Tuttle (1866 I).
Predpoklad o súvise komét a meteorických rojov potvrdila sama príroda. R. 1845 – P/Biela (1852 III) – rozdelenie na 2 časti, ktoré sa od seba vzďaľovali. V r. 1852 prešli perihéliom s odstupom 15 dní. Pri ďalších návratoch už neboli pozorovateľné, zato sa v dráhe kométy objavil v rokoch 1872 a 1885 mohutný meteorický roj Andromedíd.
1950 – F. Whipple – model pevného kometárneho jadra ako konglomerátu ľadu a prachu (4:1).
Jadro – zmes ľadov, z ktorých sú sublimáciou uvoľňované plyny do komy so vzrastajúcou intenzitou s približovaním sa k Slnku a meteorického prachu, ktorý je unášaný prúdiacim plynom.
Priame meranie jadra Halleyovej kométy sondou Giotto v roku 1986 – potvrdenie modelu.
4. Objavy polovice 20. storočia
Jadro Halleyovej kométy
1950 - druhý významný objav, ktorý významne ovplyvnil kometárnu astronómiu.
J.H. Oort – objav vzdialeného rezervoáru komét (Oortov oblak). Napriek neskoršej revízii nášho pohľadu na dynamický vývoj komét, je Oortov oblak aj dnes chápaný ako významný zdroj neperiodických komét.
K týmto míľnikom kometárnej astronómie možno priradiť aj tretí objav z rovnakého obdobia.
1951 – L. Biermann – vysvetlenie pohybov v plazmových chvostoch komét interakciou so slnečným vetrom. Je zaujímavé, že priame meranie slnečného vetra uskutočnili umelé družice Zeme až o desaťročie neskôr.
Kométa Hale-Bopp
5. Moderná éra
Od r. 1983 – začiatok príprav na International Halley Watch - koordinovanie zberu, spracovania a archivácie údajov. Zdvojnásobenie našich dovtedajších vedomostí o kométach. Pozemské programy zamerané na astrometriu, fotometriu a polarimetriu, skúmanie blízkojadrových a veľkoškálových javov a meteorický prúd Halleyovej kométy, (η–Akvaridy a Orionidy). Kométu skúmalo 6 sond – najúspešnejšia západoeurópska sonda GIOTTO (608 km od jadra).
Periodická kométa Shoemaker-Levy 9
Kométy v blízkosti Slnka
Kométa Wild 2 – sonda Stardust
7. Kometárne jadro
8. Chvosty komét
Hoci považovaný za charakteristický jav pre kométy, významnejší chvost sa vyskytuje sa len u malého počtu komét. Priemer chvostov sa rozširuje lineárne so vzdialenosťou od komy a môže dosiahnuť až 106 km. Chvosty delíme na: plazmové, prachové, sodíkové a protichvosty.
Kométa Bennett fotografovaná na
Skalnatom plese 10. apríla 1970.
Rekordné dĺžky chvostov:
kométa dĺžka chvosta [AU]
1680 (Kirch) 2,00
1843 I 1,67
1882 II 0,67
1811 Flaugergues 0,60
1858 VI (Donati) 0,47
Kométa Hale-Bopp fotografovaná na
Skalnatom plese dňa 3. apríla 1997
Kométa Hyakutake
Kométa West
Kométa Arend-Roland –
anomálny chvost
kométa Mc Naught
Kometárne chvosty sú mimoriadne riedke. Možno povedať, že hustota chvosta je nižšia než vákuum pripravené v pozemských laboratórnych podmienkach.
9. Vodíkové halo
halo, pozorovateľné v ultrafialovej čiare L, ktoré je oveľa väčšia než normálna koma: jeho veľkosť môže byť až 10 mil. km.
Vodíkové halo vzniká rozkladom molekúl vody z jadra – pri fotodisociácii získa atóm vodíka (H) a molekula hydroxylu (OH) kinetickú energiu. V dôsledku zachovania momentu hybnosti odletí atóm H až do vzdialenosti miliónov kilometrov. Ťažšia molekula OH neodletí tak ďaleko a vytvorí menšiu OH-komu.
Skúmanie komét patrí od založenia observatória
na Skalnatom plese pred 72 rokmi medzi
ťažiskové programy
Oblasti výskumu komét:
– astrometria
– výpočty a analýzy dráh
– fyzikálny vývoj komét
Halleyova
kométa
10.1.1986
Skalnaté pleso
CCD-snímka málo-jasnej kométy
Úspechy Astronomického ústavu SAV
vo výskume komét vo svetovom meradle:
– objav 18 nových komét
– vytvorenie uznávanej vedeckej školy prof. Kresáka zameranej
na vývoj a vzájomné interakcie medziplanetárnej hmoty
– úspešný podiel na medzinárodnom programe výskumu Halleyovej kométy – International Halley Watch
Kométa Mrkos - r. 1957
a
Lovci komét
Vesmírna sonda Európskej kozmickej agentúry Rosetta letela viac ako 10 rokov Slnečnou sústavou k svojmu cieľu – periodickej kométe 67P/Churyumov-Gerasimenko. Kľúčový moment veľkého ambiciózneho projektu – pristátie na kometárnom jadre.
Projekt ESA – vesmírna sonda Rosetta
Vesmírna sonda Rosetta
Kometárna hmota sa najmenej zmenila od čias jej kondenzácie z proto-slnečnej hmloviny a dokonca sú v nej zachované aj protosolárne zrná. Preto ju môžeme považovať za najprimitívnejší materiál v Slnečnej sústave.
Kométa 67 P na snímke ESA
Vesmírna sonda Rosetta
Kľúčovou úlohou sondy ESA Rosetta je pokus získať pôvodný nezmenený materiál z jadra kométy 67P/Čurjumov-Gerasimenko. Rosetta sa postupne priblížila ku kometárnemu jadru počas jeho obehu okolo Slnka. Počas tejto dlhej cesty sonda vykonávala nielen komplexný diaľkový prieskum Zeme a analýzu materiálu z jadra a kómy, ale uvoľnila tiež pristávací modul na povrch kométy, aby vykonal vôbec prvé meranie in situ v nedotknutom materiáli pri nízkej teplote a v prostredí mikrogravitácie.
ľad na
povrchu jadra
Vesmírna sonda Rosetta
Rosetta študuje jadro kométy a jeho okolie sprevádzajúc kométu mnoho mesiacov na pred- a po-perihéliovom oblúku dráhy kométy. Vedecké prístroje na sonde získavajú údaje z meraní „in situ“ z blízkej obežnej dráhy okolo jadra začínajúc v heliocentrickej vzdialenosti 3,5 AU a pokračujúc cez perihélium (1,25 AU) až do heliocentrickej vzdialenosti asi 2 AU. Pristávací modul Philae zostúpil na povrch jadra v čase, keď na jadre bola len malá aktivita pre značnú vzdialenosť kométy od Slnka. Analýza takejto čistej kometárnej látky „in situ“ mala byť vôbec prvou v histórii výskumu komét.
Predstava pristávacieho modulu Philae na povrchu kometárneho jadra
Vesmírna sonda Rosetta
Rosetta bola vypustená 2. marca 2004 na heliocentrickú dráhu, ktorá ju doviedla späť k Zemi takmer presne o rok neskôr. Tesný prelet popri Zemi vo vzdialenosti len 1 955 km umožnil prvú významnú zmenu dráhy s využitím zemskej gravitácie. V auguste 2005 bola Rosetta uložená na svoj prvý zimný spánok. Režim hibernácie bol navrhnutý tak, aby sa maximálne predĺžila životnosť kľúčových kozmických systémov.
Vesmírna sonda Rosetta
Ďalšou dôležitou aktivitou bola druhá zmena dráhy tentoraz pomocu gravitácie Marsu 25. februára 2007 preletom len 250 km nad jeho povrchom. Dalšia zmena dráhy pomocou gravitácie Zeme bola úspešne vykonaná 13. novembra 2007 vo vzdialenosti 5301 km od zemského povrchu.
Vesmírna sonda Rosetta
Dňa 5. septembra 2008 absolvovala Rosetta blízke stretnutie s asteroidom 2867 Steins s relatívnou rýchlosťou približne 9 km/sekundu. Tretím a zároveň posledným gravitačným usmernením sondy pomocou gravitácie Zeme 13. novembra 2009 (vzdialenosť 2480 km) získala sonda zložky rýchlosti potrebné pre priblíženie ku kométe. Ešte pred stretnutím s kométou preletela Rosetta 10. júla 2010 okolo asteroidu 29 Lutetia . Po tomto stretnutí sa sonda uložila na druhý zimný spánok, z ktorého bola prebudená 23. januára 2014.
Vesmírna sonda Rosetta
22. mája 2014 začala záverečná fáza prípravy na stretnutie s kométou. V tom čase bola sonda 4 AU od Slnka a 3,3 AU od Zeme a jadro kométy 67P/Churyumov-Gerasimenko bolo viditeľné navigačnými zariadeniami sondy a kamerami.
Kométa 67P - 27. marca 2014 na prvej snímke sondy Rosetta
Vesmírna sonda Rosetta
Na obežnú dráhu kométy sa dostala v auguste 2014 vo vzdialenosti 3,4 AU od Slnka a 2,8 AU od Zeme. Rosetta začala globálne pozorovanie a mapovanie jadra, počas ktorého sa sonda priblížila na vzdialenosť niekoľko kilometrov od povrchu. V novembri 2014, vo vzdialenosti zhruba 3 AU od Slnka, pristál modul Philae na povrchu jadra kométy. Plánovaný koniec misie bol 30. 12. 2015, po opätovnom prebudení Philae je misia predĺžená do 30.9.2016.
možné miesta
pristátia Philae
Vesmírna sonda Rosetta
Vesmírna sonda Rosetta
kométa 7.6.2015
kométa 5.6.2015
Vesmírna sonda Rosetta
Vesmírna sonda Rosetta
jadro z výšky 10 km
Vesmírna sonda Rosetta
jadro z výšky 8,9 km
balvan Cheops
priemeru 45 m
Vesmírna sonda Rosetta
Ľadové bloky na
povrchu jadra kométy
67P. Príklad zhluku
svetlých škvŕn
nájdených v oblasti
Khepri (hore)
a individuálneho
balvanu s jasnými
škvrnami na jeho
povrchu v oblasti
Hatmehit (dole).
V oboch prípadoch ide
o expozície vodného
ľadu. Snímky sú zo
vzdialenosti 20 km od
stredu kométy..
Vesmírna sonda Rosetta
morfologicky i vývojovo rôzne oblasti na povrchu jadra
Vesmírna sonda Rosetta
Jama na povrchu nasnímaná 28. 8. 2014 zo vzdialenosti 60 km. Po
zvýšení kontrastu (obr. vpravo) vidno jemné štruktúry v tieni jamy,
ktoré sú pravdepodobne zárodky prúdov plynu unikajúcich z jadra.
Vesmírna sonda Rosetta
Dva horné obrázky
ukazujú, že oblasť
krku dostáva najmenej
slnečného žiarenia, dva
dolné, že aj po
započítaní odrazeného
žiarenia je oblasť krku
najchladnejšia.
Vesmírna sonda Rosetta
Časť krku jadra kométy 67P s rozsiahlou trhlinou, pozdĺž ktorej
môže dôjsť k rozdeleniu jadra na dve časti.
Vesmírna sonda Rosetta
ZAUJÍMAVOSTI 1. Rosetta dostala meno po úžasnej Rosettskej doske, ktorá bola kľúčom k rozlúšteniu egyptských hieroglyfov. Astronómovia dúfajú, že sonda Rosetta bude rovnako kľúčom k pochopeniu vzniku Slnečnej sústavy. Pristávací modul Philae je pomenovaný po nílskom ostrove, kde bola doska s nápismi objavená.
Vesmírna sonda Rosetta
ZAUJÍMAVOSTI 2. Pôvodne mala byť Rosetta vypustená v januári 2003, pričom cieľom v tom čase bola periodická kométa 46P/Wirtanen s plánovaným stretnutím v roku 2011. Problémy s nosnou raketou Ariane znamenali posun projektu a následne si vynútili aj zmenu cieľového objektu.
Kométa Wirtanen
Vesmírna sonda Rosetta
ZAUJÍMAVOSTI 3. V novembri 2007, počas druhého priblíženia k Zemi bola Rosetta chybne považovaná za novo objavený asteroid, pričom dostala aj označenie 2007 VN84. „Objav“ sa uskutočnil v rámci štandardného vyhľadávacieho programu (Catalina Sky Survey), pričom bol zaradený do zoznamu objektov nebezpečných pre Zem. Až po niekoľkých dňoch si Denis Denisenko všimol podobnosť dráh, čo viedlo k zisteniu, že nejde o asteroid, ale o sondu, ktorá sa k Zemi blíži celkom plánovane.
Chrám Philae na ostrove Agilkia
Vesmírna sonda Rosetta
Vedecké experimenty Experimenty na skúmanie periodickej kométy 67P/Churyumov-Gerasimenko môžeme rozdeliť do troch oblastí - skúmanie kometárneho jadra, skúmanie plynnej a prachovej komy a skúmanie interakcií kométy so slnečným vetrom.
Výskum kometárneho jadra Na výskum jadra sú pripravené 3 spektrálne zriadenia, mikrovlnný rádiový systém a radar:
Vesmírna sonda Rosetta
Celkový pohľad mriežka
detektor
ALICE (ultrafialový zobrazovací spektrograf). Ultrafialový spektrograf zisťuje množstvo inertných plynov (hélium, neón, argón, kryptón, xenón a radón) v kometárnom jadre. Na základe získaných hodnôt je možné odhadnúť teplotu počas formovania sa kométy. Detekcia sa vykonáva pomocou bromidu draselného a jodidu cézia. Prístroj potrebuje na prevádzku len 2,9 watov, dodala ho NASA a vylepšená verzia je na kozmickej sonde New Horizons, ktorá bude budúce leto skúmať trpaslíčiu planétu Pluto. Prístroj pracuje v ďalekej ultrafialovej oblasti medzi 70 a 205 nm.
Vesmírna sonda Rosetta
kamera
číp a kotúč filtrov
OSIRIS (optický, spektroskopický a infračervený diaľkový zobrazovací systém). Kamerový systém má štandardný objektív (700 mm) a širokouhlý objektív (140 mm), s CCD čípom 2048x2048 pixelov, dodalo ho Nemecko.
Vesmírna sonda Rosetta
celkový pohľad
testovacie snímky
VIRTIS (tepelný zobrazovací spektrometer pre viditeľnú a infračervenú oblasť). Bude poskytovať obrazy jadra v IR oblasti a vyhľadávať IR spektrá molekúl v kóme. Prístroj bol vyrobený v Taliansku a vylepšené verzie boli použité pre kozmické sondy Dawn a Venus Express. .
Vesmírna sonda Rosetta
MIRO (mikrovlnný prístroj pre orbitálnu časť Rosetty). Je schopný zisťovať množstvo a teplotu prchavých látok, ako je voda, amoniak a oxid uhličitý. 30 centimetrová rádiová anténa bola postavená v Nemecku, zvyšok prístroja v USA.
Vesmírna sonda Rosetta
CONSERT (skúmanie jadra rádiovými vlnami). Tento experiment poskytne informácie o vnútorných častiach kometárneho jadra pomcou radaru. Radar mal vykonávať tomografiu jadra meraním šírenia elektromagnetických vĺn medzi pristávacím modulom Philae a orbitálnou časťou Rosetty cez jadro kométy. To malo umožniť určiť vnútornú štruktúru kométy a odvodiť informácie o zložení jadra. Elektronika bola vyvinutá vo Francúzsku a obe antény boli vyrobené v Nemecku.
RSI (výskum v rádiovej oblasti). RSI využíva komunikačný systém sondy na fyzikálne skúmanie jadra a vnútornej komy kométy. Ide o vedľajší produkt, hlavnou úlohou komunikačného systému je zabezpečenie komunikácie a telemetrie medzi orbitálnou časťou a pristávacím modulom Philae.
RSI anténa
Vesmírna sonda Rosetta
Výskum plynnej a prachovej komy • ROSINA (spektrometre na orbitálnej časti pre meranie nabitých a neutrálnych častíc). Prístroj obsahuje 2 hmotové spektrometre - DFMS s vysokým rozlíšením pre molekuly až do hmotnosti približne 300 Daltonov (1 Dalton je atómová hmotnostná jednotka o veľkosti približne jedného nukleónu, presne je to jedna dvanástina hmotnosti atómu uhlíka C12) a RTOF, ktorý je veľmi citlivý na neutrálne molekuly a ióny.
RTOF spektrometer senzor na meranie tlaku
Vesmírna sonda Rosetta
MIDAS (mikrozobrazovací analyzátor prachu). Mikroskop s vysokým rozlíšením bude vyšetrovať fyzikálne parametre prachových častíc. .
otvor pre vstup prachových častíc
Vesmírna sonda Rosetta
COSIMA (analyzátor kometárnych iónov). Prístroj analyzuje zloženie kometárnych častíc, pričom je schopný analyzovať ióny až do hmotnosti 4000 Daltonov.
celkový pohľad laboratórny model
Vesmírna sonda Rosetta
GIADA (analyzátor dopadu prachových častíc). Prístroj slúži okrem zisťovania dopadov prachových častíc aj ako zberač prachu.
Vesmírna sonda Rosetta
Výskum interakcií kométy so slnečným vetrom RPC (Rosetta Plazma Consorcium). Obsahuje viacero experimentov na výskum interakcií kometárnej plazmy s medziplanetárnym prostredím a elektricky nabitými časticami slnečného vetra.
Vesmírna sonda Rosetta
RPC (Rosetta Plazma Consorcium)
ICA - meranie molekulárnych a ťažkých iónov
IES - senzor nabitých častíc
MAG – magnetometer
Oddelenie kozmickej fyziky ÚEF SAV sa podieľalo na realizácii jednotky ESS (Electric Support System) v rámci vedecko-technickej spolupráce s Laboratóriom kozmických technológií Írskej národnej univerzity (STIL - NUIM) v Maynooth, Írsko.
ESS zabezpečovala oddelenie orbitálneho a pristávacieho modulu a tiež zabezpečuje obojstrannú dátovú komunikáciu medzi nimi.
Vesmírna sonda Rosetta
http://space.saske.sk/projects/ess/?lang=1http://space.saske.sk/projects/ess/photo.jpg
kométa Mc Naught
Ďakujem za pozornosť