A Philae eredményei a Churyumov-Gerasimenko jeges felszínéről

303

A Rosetta program sokat emlegetett Philae leszállóegységének mérései alapvetően új ismeretet adtak az üstökösökről, amelyek a rangos Science folyóiratban jelentek meg, magyar részvétellel.

A tudomány történetében úttörő jelentőségű esemény volt, amikor 2014. november 12-én az ESA Rosetta programja keretében a Philae leszállóegység viszontagságos útja végén viszonylag simán leszállt a 67P/Churyumov-Gerasimenko-üstökös (67P) magjának felszínére.  A jelentős magyar részvétellel készített eszköz mintegy 60 órán keresztül vizsgálta az üstökösmagot műszereivel, mérte az addig ismeretlen égitest felszíni fizikai és kémiai tulajdonságait, amíg az akkumulátorai le nem merültek. Ezzel a kutatók és mérnökök mintegy 30 éves álma vált valóra. A Philae, akár egy svájci bicska, rendkívül gazdag felszereléssel, tudományos műszercsomaggal és kísérleti berendezéssel érkezett meg a jeges-poros, őseredeti égitestre, így sokoldalú mérések, vizsgálatok elvégzésére volt képes.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_1
A Philae sokoldalú műszercsomagjának egy fontos eleme, a MUPUS (Multi Purpose Sensors for Surface and Subsurface Science) fúróberendezés használat közben (ESA Rosetta/Philae: “Volt egyszer egy üstökösleszállás” animációból).

A Philae a 67P felszínének egy sötét zugában állapodott meg, amely az eredetileg tervezett 6-7 órás megvilágítottsághoz képest csak mintegy 1-1,5 órán át kapott napfényt, ráadásul a mostoha terepviszonyok, az árnyékoló felszíni kiemelkedések, közeli falak miatt a leszállóegység napelemeinek csak kis részét érhette a napfény  lent. A leszállóhely az Abydos nevet kapta, ami az ókori Felső-Egyiptom egyik legrégebbi városának neve. Az eredetileg kijelölt Agilkia leszállóhelyen a megvilágítási és terepviszonyok sokkal kedvezőbbek lettek volna. Mindezek ellenére a Philae sikeresen végrehajtotta a megváltozott körülményekre áttervezett kutatási programját, és a Rosetta-szondán keresztül minden mérési adatot maradéktalanul  a Földre továbbított.

A következő animáció szemléletesen mutatja be, ahogy a Philae leszállóegység az üstökös magja felé közeledik az Agilkia leszállóhelyen. Az animáció elején az eredeti, illetve a végleges landolási hely is meg van jelölve.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_2
A Philae leszállásáról készült animáció a ROLIS kamera képei alapján. A legközelebbi felvétel a mag felszínétől 9 méter távolságban készült az eredetileg tervezett Agilkia leszállóhely felett (ESA Rosetta/Philae ROLIS).

A képeken az üstökösmag felszínének centiméteres-deciméteres részletei is megfigyelhetők. Érdekesség, hogy egy 5 méteres poros tömb felületén repedések is láthatók, amelyek eróziós, lepusztulási, vagy esetleg kigázosodási folyamatokkal függhetnek össze. A felvételeken további méteres, poros tömbök, 10-50 cm-es durva, darabos regolit, valamint 1 cm méretekben finomszemcsés regolitos anyag figyelhető meg. Az Agilkia területen a regolitréteg legfeljebb 2 méter vastag lehet.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_3
A Philae 9 méter magasságból készített felvétele az Agilkia leszállóhely felett. A képen a felszín 1 centiméteres részletei is megfigyelhetők. A kép az üstökösmag 10×10 méteres területét mutatja (ESA Rosetta/Philae ROLIS).

Bár az eredetileg kijelölt leszállóhelyet nagyon pontosan elérte a Philae, de nem tudta magát rögzíteni, és az első talajt érintés után onnan visszapattant. Ezután a mintegy két órán tartó leszállási szakaszban egyszer nekiment egy felszíni alakzatnak, majd még egyszer talajt ért és visszapattant, és csak ezután állapodott meg végső leszállóhelyén. A Rosetta OSIRIS kamerájának felvételei, a 67P magjáról készített térbeli modellek és a CONSERT radarmérései alapján sikerült lokalizálni a Philae leszállási helyét, amelyet a következő ábra mutat.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_4
A Philae végső leszállóhelyének behatárolása egy 34×21 méteres területen belül sikerült. A fehéren pontozott téglalap alakú tartomány volt a lehetséges leszállóhely, de az OSIRIS és CONSERT megfigyelésekből ezt sikerült kisebbre leszűkíteni. A piros ponttal megjelölt helyen van a tényleges leszállóhely. A bal alsó sarokban levő beosztáson a fehér szín a kevésbé valószínű helyeket jelöli, a sárga szín a valószínű helyeket, a piros pedig a legvalószínűbbet mutatja (ESA Rosetta/Philae, CONSERT, OSIRIS).

A Philae első talajt érésekor sikerült lefotózni a felvert porfelhőt, és a leszállóegység három talpának nyomát a talajban, meghatározták a beérkezési és visszapattanási sebességeket, illetve akusztikus mechanikai jelet is sikerült rögzíteni. Ezekből az adatokból az Agilkia leszállóhelyen mintegy 20 centiméter vastag szemcsés, poros réteg van, ez alatt viszont egy keményebb réteg található van, amely főleg vízjégből állhat.

A Philae kamera-rendszere milliméter-centiméter részletességű képeket készített a végső leszállóhelyen, az Abydos területen. Ezzel az üstökösmag felszínének két egészen különböző vidéke lett összehasonlítható. A fényvisszaverő képesség helyi változása az anyagi összetétel változásaira utalt,  a nagyon sötét foltok szerves vegyületeket, a világos foltok ásványokat, jegekben gazdag szemcsés anyagot jelölnek. A fényvisszaverőképesség több méretskálán is mutat változásokat a milliméterestől a deciméteresig.

Ami az üstökösmag mechanikai és hőtani tulajdonságait illeti, a mérések szerint az Abydos területen a felszíni hőmérséklet -183 C és -143 C (90 K és 130 K) között változik a mag 12,4 órás tengely körüli forgásának megfelelően. A mért felszíni hőmérséklet természetesen az üstökös 2014. november 12-14. közötti mintegy 3 CsE naptávolságára vonatkozik. Az üstökösmag anyagának hőtehetetlensége alacsony, ami megfelel a más üstökösöknél meghatározott értékeknek. Ez az üstökösanyag alacsony hővezető képessége miatt van. A felszínközeli poros-jeges anyag porozitása 30-65% között változik. A Philae üstökösmagon áthaladó radarjeleit veszi a körülötte keringő Rosetta-szonda, így szinte átvilágítják azt, hasonlóan a tomográfiához. A mag belsejének porozitása 75-85%, de 10 méteresnél nincsenek nagyobb üregek a mag belsejében, ilyen vagy ennél nagyobb méretskálán a mag homogén.

A Philae előre nem tervezett pattogása hasznos tudományos eredményeket hozott. Kiderült, hogy a 67P-üstökös magjának nincs saját mágneses tere, amit egymástól független mérésekből állapítottak meg. A mágneses tér meghatározására irányuló mérésekben az MTA Energiatudományi Kutatóközpontjának mérnök-kutatója, Apáthy István is részt vett. Egyébként a Philae leszállóegység minden magyar fővállalkozásban vagy közreműködéssel készült műszere és berendezése kifogástalanul működött.

A Philae tömegspektrométerével sikerült polimer lánc-molekulákat kimutatni, amelyek CHO tartalmúak. Ezek a polimerek hasonlóak a Halley-üstökös kómájában kimutatott polimerekhez, amelyek egyébként a felszínen sugárzás hatására polimerizálódtak. A mérések az aromás szénhidrogén vegyületek hiányát jelzik, mint amilyen a benzén, hiányoznak továbbá a kéntartalmú vegyületek. Meg kell jegyezni, hogy a Philae leszállási helye és környéke nem mutatott számottevő aktivitást a mérések idején. A polioximetilén jelenléte az üstökösben magyarázatot adhat az üstökösökben megfigyelhető formaldehid jelenlétére, amely a polimer bomlásával keletkezhet, és közvetlenül az üstökösmag felszínéről kerül a kómába.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_6
A Philae tömegspektrométerével kimutatott polioximetilén lánc két formája, amely vagy az -O–CH2 lánc ismétlődésével, vagy a -CH2–O- ismétlődésével épül fel. Az első esetben a lezárás (termination, balra fent és lent) lehet H-, HCO- és CH3CO- gyök (ESA Rosetta/Philae Ptolemy, Science 2015. július 31.).

A Philae egyik műszere a Philae első talajtérése után a mag felszíne felett repülve “szimatolta” a maghoz közeli üstököskómát, és meghatározta a gázanyag kémiai összetételét. A mérések során tizenhatféle szerves anyagot azonosított, köztük szénben és nitrogénben nagyon gazdag molekulákat. A leggyakoribbak az üstökös gázainak fő összetevői, a víz, a szénmonoxid, a széndioxid, és az ezekhez képest kisebb mennyiségben előforduló formaldehid voltak.  Négy új molekulát is azonosított, amelyeket eddig még nem mutattak ki üstökösökben, ezek a metil-izocianát, aceton, propionaldehid és acetamid. Fontos, hogy a kimutatott molekulák az élethez szükséges alapvető hozzávalók, amelyek az aminosavak, cukrok és nukleotidek felépítéséhez szükségesek. A formaldehid például a ribóz, illetve a DNS kialakulásához alapvetően szükséges. A 67P-ben talált prebiotikus “építőkockák” jelenléte a Rosetta misszió egyik legfőbb tudományos kérdése volt.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_7
A Philae COSAC műszerével kimutatott molekulák keletkezése. A zöld színnel jelölt vegyületeket az üstökösökben eddig még nem mutatták ki, ezeket a COSAC figyelte meg először, a piros színnel jelölt vegyületek kimutatása még bizonytalan (ESA Rosetta/Philae COSAC, Science 2015. július 31.).

Az üstökös augusztus 13-án volt napközelben 1,24 CsE távolságra csillagunktól. A korábbi megfigyelések alapján várható, hogy a perihélium körüli egy-két hónapban igen intenzív gáz- és porkibocsátás várható, nagyjából szeptember végéig. A napközelség idején az üstökösmagtól még biztonságosabb távolságra, mintegy 300 kilométerre távolítják el a szondát, nehogy a porszemcsék kárt tegyenek a berendezéseiben és a napelemtábláiban. Mint hírt adtunk róla, a Rosetta-szonda programját 2016. január 1-től 2016. szeptember 30-ig meghosszabbították, így remélhetőleg a napközelséget követő hónapokban is fölöttébb izgalmas eseményeknek lehetünk tanúi.

20150805_rosetta_philae_tud_eredmenyek_8
Az üstökös 2015. augusztus 13-én haladt át az ellipszispályája napközelpontján, amikor mintegy 186 millió kilométerre volt a Naptól. A perihélium előtt és után egy hónappal erős porkibocsátás várható, ezt az időszakot jelölik a július 13. és szeptember 13. dátumok (ESA Rosetta).

A Philae leszállóegységnek az üstökösmag felszínén az első néhány nap alatt kapott tudományos eredményeit a tekintélyes Science tudományos magazin 2015. július 31-i számában összesen hat szakcikkben tette közzé.

Források:

Tudományos eredmények az üstökösmag felszínéről (ESA Rosetta hírek, 2015.07.30.)

Science 349 (6247) 2015. július 31.

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás