Dawn (geimfar)

Dawn er fyrsta gervitunglið sem kanna á Ceres og Vestu. Þannig fá vísindamenn góðan samanburð á hnöttunum tveimur sem eru harla ólíkir. Talið er að bæði Ceres og Vesta hafi myndast um það bil 10 milljónum ára eftir að sólkerfið okkar fór að taka á sig mynd.

Dawn er hluti af Discovery áætlun NASA sem gengur út á ódýra leiðangra. Ekki gekk þrautalaust að koma verkefninu á laggirnar vegna fjárhags- og tæknivandkvæða.

Í desember 2003 hætti NASA við leiðangurinn en setti hann aftur á dagskrá í febrúar 2004. Í október 2005 var vinnu við hann stöðvuð og í janúar 2006 var leiðangrinum frestað um óákveðinn tíma. Þann 2. mars 2006 hætti NASA (aftur) við verkefnið, jafnvel þótt geimfarið væri nánast fullbyggt. Fjórum dögum síðar áfrýjaði JPL, sem hafði umsjón sem þróun geimfarsins, ákvörðun NASA á þeim forsendum að allir tæknilegir örðugleikar væru leystir eða í þann veginn að leysast. NASA tók ákvörðun um að halda verkefninu áfram þann 23. mars sama ár eftir að hafa hlýtt á röksemdir JPL og loforð þeirra um að halda kostnaði niðri en hann hafði þá farið 73 milljónir dollara yfir áætlun.

Markmið

Mynd Hubblessjónaukans af Ceresi og Vestu. Myndin af Ceresi var tekin 24. janúar 2004 en myndin af Vestu 14. maí 2007. Mynd: NASA, ESA, J. Parker (Southwest Research Institute) og L. McFadden (University of Maryland).

Í smástirnabeltinu milli Mars og Júpíters eru milljónir berg- og málmhnatta sem eru leifar frá myndun sólkerfisins og Júpíter kom í veg fyrir að urðu að reikistjörnu. Á meðal þeirra eru nokkrir stórir hnettir sem kalla mætti frumreikistjörnur og eru Ceres og Vesta stærstar. Rannsóknir á samsætum úr loftsteinum, sem að öllum líkindum má rekja til Vestu, benda til þess að þessir hnettir hafi myndast á aðeins 5 til 10 milljónum ára eftir að sólkerfið hóf að myndast, ólíkt jörðinni sem var milli 30 og 50 milljón ár í myndun.

Ceres og Vesta gætu þó vart verið ólíkari. Ceres er „blautur“ kúlulaga berg- og íshnöttur sem svipar ef til vill til ístungla ytra sólkerfisins. Hugsanlegt er að Ceres hafi örþunnan en varanlegan lofthjúp sem hrímar yfirborðið. Því gæti verið að á Ceresi sé vatnshringrás og mun Dawn skera úr um það.

Vesta er hins vegar „þurr“ og líklega að öllu leyti úr bergi og málmum. Á yfirborðinu eru merki þess að þar hafi runnið basalthraun í fjarlægri fortíð. Smástirnið er ílangt og hrufótt eftir árekstra við önnur smástirni. Mest áberandi er risavaxinn árekstragígur á suðurpólnum.

Dawn heimsækir báða hnetti í leit að svörum við spurningum sem varða myndun sólkerfisins, sér í lagi myndun bergreikistjarna innra sólkerfisins. Helsta markmiðið er að leita svara við spurningum um hlutverk stærðar og vatns í þróun reikistjarna. Munurinn á þessum tveimur hnöttum gerir okkur kleift að skilja við hvaða aðstæður þeir mynduðust og þar af leiðandi hvers vegna þeir eru svo ólíkir.

Geimfarið

Dawn ferðast til Vestu og síðan Ceresar með hjálp þriggja jónaflauga. Sú tækni var fyrst prófuð í Deep Space 1 gervitunglinu á vegum varnarmálaráðuneytis Bandaríkjanna. Dawn er þess vegna fyrsta könnunarfar NASA sem knúið er af jónaflaugum. Í heild eru 425 kg af xenoneldsneyti um borð en þar af þarf Dawn 275 kg til að komast til Vestu og önnur 110 kg til að ná til Ceresar. Dawn ferðast tiltölulega hægt miðað við hnettina í smástirnabeltinu og það gerir þeim kleift að komast á braut um bæði Vestu og Ceres.

Dawn vegur í heild 1.250 kg. Á því eru tvö stór sólarhlöð sem sjá geimfarinu fyrir um 1000 W afli í mestu fjarlægð frá sólu við Ceres.

Mælitæki

Á Dawn geimfarinu eru þrjú mælitæki, eitt frá Bandaríkjunum en hin frá Þýskalandi og Ítalíu:

• Framing Camera (FC) - Myndavél geimfarsins verður notuð til að kortleggja yfirborð hnattanna, ákvarða lögun þeirra og þar af leiðandi rúmmál sem aftur gefur massa, mæla snúningshraða hnattanna og rannsaka fjölda og dreifingu gíga (gefur vísbendingar um aldur yfirborðanna) svo nokkur dæmi séu nefnd. Myndir verða teknar í þremur litum og svarthvítu í 1024x1024 pixla upplausn. Myndavélin hefur 150mm brennivídd og f/7,9 brennihlutfall. Umsjón með myndavélinni er í höndum Max Planck stofnunarinnar í sólkerfisrannsóknum í Þýskalandi.

• Visual and infrared spectrometer (VIR) - Litrófsriti sem verður notaður til að kanna efnasamsetningu Vestu og Ceresar. Litrófsritinn „sér“ frá 0,35-5 míkrómetra bylgjulengd sem nær yfir nær-útfjólubláa, sýnilega og innrauða svið rafsegulrófsins. Ritinn er byggður á eldri hönnun samskonar litrófsrita sem eru um borð í Rosetta og Venus Express og á hönnun litrófsrófsrita í Cassini geimfarinu. Umsjón með VIR er í höndum INAF, ítölsku stjarneðlisfræðistofnunni.

• Gamma Ray and Neutron Detector (GRaND) - Nifteinda og gammageislanemi sem verður notaður til að kortleggja frumefnasamsetningu yfirborða Vestu og Ceresar og mæla magn bergmyndandi frumefna (súrefnis, magnesíums, áls, kísils, kalsíums, títans og járns), snefilefna (gadólíns og samaríns; báðir sjaldgæfir jarðmálmar), geislavirkra efna (kalíns, þóríns og úrans) og léttra frumefna eins og vetnis, kolefnis og niturs sem eru jafnan á formi íss. Mælirinn er bandarískur, smíðaður í Los Alamos rannsóknastöðinni, en hann er byggður á svipuðu tæki og var um borð í Lunar Prospector og er í Mars Odyssey geimförunum.
  

Auk þess að ljósmynda og kortleggja hnettina verða gerðar nákvæmar mælingar á braut geimfarsins en út frá henni geta vísindamenn fundið út þyngdarsvið Ceresar og Vestu og þar af leiðandi massa þeirra, snúningsása og hverfitregðu.

Ferðalagið

Ferðalag Dawn gervitunglsins til Vestu og Ceresar. Mynd: NASA

Dawn var skotið á loft með Delta II eldflaug frá Canaveralhöfða í Flórída þann 27. september árið 2007. Eldflaugin kom Dawn á 11,46 km hraða á sekúndu miðað við jörðina en síðan var kveikt á jónaflaugum geimfarsins og þær látnar loga í ellefu daga. Á þeim tíma brenndi geimfarið rétt innan við 72 kg af xenon eldsneyti sínu og jók í leiðinni hraðann um 1,81 km á sekúndu.

Þann 17. febrúar 2009 flaug Dawn framhjá Mars í aðeins 549 km hæð. Reikistjarnan breytti braut geimfarsins og stefndi því út í smástirnabeltið um leið og hraði þess jókst lítillega. Í hönd fór löng sigling til Vestu og komst Dawn á braut um smástirnið þann 16. júlí 2011.

Dawn ver um það bil einu ári á braut um Vestu. Í júlí 2012 fer í hönd næstum þriggja ára ferðalag til Ceresar en áætlað er að Dawn komi á áfangastað í febrúar árið 2015. Samkvæmt áætlun lýkur formlegum leiðangri í júlí sama ár en líklegt er að leiðangrinum verði fram haldið við Ceres eitthvað lengur, verði geimfarið við góða heilsu.

Koman til Vestu

Dawn komst á sporöskjulaga braut um Vestu þann 16. júlí 2011 eftir um 2,7 milljarða km ferðalag á fjórum árum. Gagnaöflun hófst snemma í ágúst úr um það bil 2700 km hæð yfir yfirborði smástirnisins. Síðar hringsólar Dawn um Vestu í um það bil 200 km hæð og gerir þá aðrar mælingar og tekur nærmyndir af yfirborðinu. Dawn verður á braut um Vestu í eitt ár og heldur að því loknu til Ceresar.

Koman til Ceresar

Áætlað er að Dawn komist á braut um Ceres í febrúar árið 2015.

Tengt efni

• Smástirni

• Smástirnabeltið

• Ceres

• Vesta

• Geimferðir

Heimildir

1. Rayman M. D., Fraschetti T. C., Raymond C. A., Russell C. T. (2006). Dawn: A mission in development for exploration of main belt asteroids Vesta and Ceres. Acta Astronautica 58 (11): 605–616. 

2. Dawn. The Planetary Society. Sótt 11.05.11.

3. Dawn: A Journey to the Beginning of the Solar System. NASA. Sótt 11.05.11

4. Dawn Nears Starts of Year-Long at Giant Asteroid. NASA/JPL. Sótt 27.06.11
   

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2011). Dawn (geimfar). Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/solkerfid-large/geimferdir/dawn-geimfar (sótt: DAGSETNING).