Rosetta (geimfar)

Stefnumót við halastjörnuna Churyumov-Gerasimenko

1. Bakgrunnur

Rosetta geimfarið er nefnt eftir Rosetta steininum sem franskir hermenn úr her Napóleóns fundu nærri bænum el-Rashid (Rosetta) í Egiptalandi árið 1799.

Steinninn rataði í hendur Breta árið 1801 og var lykillinn að því þegar Frakkanum Jean-François Champollion tókst að ráða í fornegipska letrið híeróglýfur. Um leið opnaðist okkur hulin menning fornegipta. Á sama hátt vonast menn til að Rosetta geimfarið hjálpi mönnum að ráða í leyndardóminn um uppruna sólkerfisins.

Lendingarfarið er nefnt Philae, eftir eyju í ánni Níl, þar sem broddsúla fannst sem hjálpaði mönnum að leysa ráðgátu Rosetta steinsins.

Rosetta er samstarfsverkefni fjórtán Evrópuþjóða auk Bandaríkjanna og tóku 50 verktakar og hátt í þúsund manns þátt í þróun og smíði þess. Heildarkostnaður við verkefnið nemur nærri einum milljarði evra. Leiðangrinum er stýrt frá stjórnstöð ESA í Darmstadt í Þýskalandi.

2. Rosetta brautarfarið

Teikning af Rosetta geimfarinu við halastjörnuna 67P/Churyumov-Gerasimenko. Myndin er ekki í réttum hlutföllum. Mynd: ESA/ATG medialab

Rosetta brautarfarið er kassalaga, 2,8 x 2,1 x 2,0 metrar að stærð. Efst á geimfarinu eru mælitækin, en neðst stjórnkerfi geimfarsins.

Á einni hliðinni er 2,2 metra breitt loftnet sem tryggir stöðug samskipti mill geimfarsins og jarðar. Í heild vegur geimfarið 3 tonn með eldsneyti en af því vega vísindatæki aðeins 165 kg.

Út frá sitt hvorri hlið geimfarsins standa tveir 14 metra langir „vængir“ sem hægt er að snúa ± 180 gráður. Geimfarið hefur því 32 metra „vænghaf“. Á þeim eru sólarrafhlöðurnar sem sjá geimfarinu fyrir orku. Í 3,4 stjarnfræðieininga fjarlægð frá sólinni framleiða sólarrafhlöðurnar 850 Wött, en 395 Wött í 5,25 stjarnfræðieininga fjarlægð.

Rosetta á að endast í um tólf ár. Meginaleiðangrinum lýkur í desember 2015, rúmu ári eftir að geimfarið kom til halastjörnunnar. Á þeim tíma er halastjarnan í sólnánd og á leið aftur utar í sólkerfið.

2.1 Mælitæki

Vísindatækin um borð í Rosetta geimfarinu. Mynd: ESA/ATG medialab

Um borð í Rosetta brautarfarinu eru ellefu mælitæki, evrópsk og bandarísk.

• ALICE – Útblár litrófsgreinir sem mælir magn eðalgastegunda í kjarna halastjörnunnar. Út frá þeim upplýsingum geta vísindamenn áttað sig á því við hvaða hitastig halastjarnan myndaðist. Samskonar tæki er um borð í New Horizons geimfarinu.

• CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) – Ratsjá sem notuð verður til að kanna innviði halastjörnunnar.

• COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) – Ryk- og jónanemi sem mælir efnasamsetningu og einkenni rykkorna frá halastjörnunni.

• GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) – Ryk- og kornanemi sem mælir fjölda, massa, skriðþunga og hraða rykagna frá halastjörnunni.

• MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) – Agnanemi sem rannsakar rykið í kringum smástirni og halastjörnur. Veitir upplýsingar um stærð, rúmmál og lögun agnanna.

• MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) – Örbylgjumælir sem mælir hitastig og magn vatns, ammóníaks og koldíoxíðs í halastjörnunni.

• OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) – Myndavél sem ljósmyndar halastjörnuna í sýnilegu og innrauðu ljós ogi tekur líka litróf af henni.

• ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) – Litrófsmælir sem notaður verður til að ákvarða efnasamsetningu hjúpsins og jónahvolfsins sem umlykur halastjörnuna, hraða hlaðinna agna og efnahvörfin sem þau taka þátt í.

• RPC (Rosetta Plasma Consortium) – Rafgasnemar sem mæla eðliseiginleika kjarnans, kanna uppbyggingu innstu hluta hjúpsins, fylgjast með virkni kjarnans og víxlverkun halastjörnunnar við sólvindinn.

• RSI (Radio Science Investigation) – Nákvæm greining á útvarpsmerkjum frá geimfarinu nýtast til að mæla massa, eðlismassa og þyngdarsvið kjarnans, en einnig til að ákvarða nákvæmlega braut halastjörnunnar.

• VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) – Litrófsmælir sem notaður verður til að útbúa litrófskort af halastjörnunni í sýnilegu og innrauðu ljósi. Með honum verður hægt að rannsaka efnasamsetningu halastjörnunnar og finna heppilegan lendingarstað fyrir Philae. Samskonar tæki er um borð í Dawn og Venus Express.

3. Philae lendingarfarið

Philae, lendingarfar Rosetta geimfarsins. Mynd: ESA/ATG medialab

Philae lendingarfarið er kassalaga og vegur 100 kg. Þegar það losnaði frá Rosetta geimfarinu, féll það niður á kjarnann á um 1 metra hraða á sekúndu. Farið átti að hlekkja sig við yfirborðið (vegna þess að þyngdartog halastjörnunnar er mjög veikt) en tókst ekki í fyrstu tilraun. Í ljós kom að farið skoppaði tvisvar sinnum uns það lenti örugglega í þriðju tilraun.

Lendingarfarið á að endast í að minnsta kosti viku, en vonir standa til að það haldi áfram rannsóknum í einhverja mánuði, hugsanlega fram í mars árið 2015.

Rannsóknargögnin eru send upp í brautarfarið sem endurvarpar þeim til jarðar.

Philae lendingarfarið er afrakstur samstarfs ESA og stofnana í átta aðildarríkjum þess (Austurríki, Finnland, Frakkland, Ungverjaland, Írland, Ítalía, Bretland, Þýskaland) undir forystu þýsku geimrannsóknarstofnunarinnar (DLR).

3.1 Mælitæki

Mælitæki Philae lendingarfarsins. Mynd: ESA/ATG medialab

Í Philae eru tíu mælitæki og vísindatilraunir, sem samanlagt vega aðeins 21 kg og gera eiga eins ítarlegar rannsóknir á yfirborðinu og mögulegt er. Þau eru:

• APXS: Alpha Proton X-ray Spectrometer - Röntgenlitrófsriti sem mælir efnasamsetningu lendingarstaðarins og hugsanlegar breytingar sem verða á honum þegar halastjarnan nálgast sólu.

• CIVA: Comet Nucleus Infrared and Visible Analyser - Sex myndavélar fyrir sýnilegt og innrautt ljós sem taka víðmyndir af yfirborði halastjörnunnar.

• CONSERT: COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission - Útvarpsbylgjunemi sem kannar innviði kjarna halastjörnunnar með hjálp Rosetta brautarfarsins.

• COSAC: The COmetary SAmpling and Composition - Finnur og greinir flóknar lífrænar sameindir.
  

• PTOLEMY: Gasnemi sem notaður verður til að skilja hlutverk léttra frumefna — eins og vetnis, kolefnis, niturs og súrefnis — á halastjörnunni til að skilja megi jarðefnafræðilegt hlutverk þeirra.

• MUPUS: MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science - Þrír nemar sem kanna eiga ýmsa eiginleika,  halastjörnunnar, bæði á og undir yfirborðinu, til dæmis varmafræðilega eiginleika, og efla skilning á þeim ferlum sem knýja áfram virkni halastjörnunnar.
  

• ROLIS: Rosetta Lander Imaging System - Myndavél sem tekur nærmyndir af lendingarstaðnum.

• ROMAP: Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor - Segulmælir og rafgasnemi sem kanna á segulsvið og rafgasumhverfi halastjörnunnar.

• SD2: Sampling, drilling and distribution subsystem - Bor sem bora á niður á 23 cm dýpi og flytja efni í tæki um borð til frekari greiningar.

• SESAME: Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment - Nemi sem kanna á afl- og rafmagnsfræðilega eiginleika halastjörnunnar.

4. Ferðalagið

Ljósmynd sem Philae lendingarfarið tók þegar Rosetta flaug framhjá Mars. Mynd: ESA

Rosetta var upphaflega ætlað að heimsækja halastjörnuna 46P/Wirtanen. Í desember 2002 misheppnaðist geimskot Ariane eldflaugar sem varð til þess að fyrirhuguðu geimskoti í janúar 2003 var slegið á frest.

Tíu ára ferðalag Rosetta hófst loks 2. mars 2004 þegar Ariane 5G eldflaug þaut út í geiminn frá Kourou í Frönsku-Gvæjana.

Því miður er ekki til nógu öflug eldflaug til að senda jafn stórt geimfar beina leið til 67P/Churyumov-Gerasimenko. Þess vegna varð geimfarið að ferðast fjórum sinnum umhverfis sólina á leið sinni til halastjörnunnar.

Með því að fljúga í þrígang framhjá jörðinni og einu sinni framhjá Mars fékk Rosetta þá þyngdarhjálp sem þurfti til að auka hraða geimfarsins svo það kæmist á áfangastað.

Rosetta flaug fyrst framhjá jörðinni í mars 2005, ári eftir að því var skotið á loft. Í febrúar 2007 heimsótti Rosetta Mars og gerði nokkrar rannsóknir á rauðu reikistjörnunni úr aðeins 200 km hæð. Geimfarið flaug bak við Mars frá jörðu séð og var því sambandslaust í um 37 mínútur.

Smástirnið Steins séð með augum Rosetta geimfarsins. Mynd: ESA

Í nóvember 2007 flaug Rosetta aftur framhjá jörðinni og hélt svo út í smástirnabeltið.

Þann 5. september 2008 lá leiðin framhjá smástirninu 2867 Steins. Myndir voru teknar af þessu rúmlega 5 km breiða demantslaga smástirni úr aðeins 800 km fjarlægð. Þriðja og síðasta flugið framhjá jörðinni fór fram þann 12. nóvember 2009.

Þann 10. júlí átti Rosetta stefnumót við smástirnið Lútesíu í um 3200 km fjarlægð og voru þá ýmis tæki geimfarsins prófuð.

4.1 Rosetta vaknar úr dvala

Í júní 2011 lagðist Rosetta geimfarið í dvala er í hönd fór sá hluti ferðarinnar, sem færði geimfarið mest rúmlega 800 milljón km frá sólinni. Slökkt var á öllum búnaði nema einni tölvu og hiturum.

Mánudagsmorguninn 20. janúar 2014, eftir tveggja ára, sjö mánaða og tólf daga svefn, var geimfarið vakið. Fyrstu merki frá því bárust til jarðar klukkan 18:18 sama kvöld. Rosetta var þá í um 807 milljón km fjarlægð frá Jörðinni og í rúmlega 9 milljón km fjarlægð frá halastjörnunni.

4.2 Koma til halastjörnunnar

Hreyfimynd úr  101 ljósmynd sem NAVCAM myndavél Rosetta tók í ágúst 2014 á leiðinni til halastjörnunnar 67P/C-G Fyrsta myndin var tekin 1. ágúst úr 832 km fjarlægð en seinasta myndin 6. ágúst úr 110 km fjarlægð. Mynd: ESA/Rosetta/NAVCAM

Miðvikudaginn 6. ágúst 2014 fór Rosetta á braut um halastjörnuna 67P/Churyumov-Gerasimneko eftir að hafa lagt af baki um 6,4 milljarða km á rúmlega tíu ára ferðalagi. Um klukkan 09:30 að íslenskum tíma bárust merki frá geimfarinu til stjórnstöðvarinnar í Darmstadt í Þýskalandi sem staðfestu það.

Rosetta var komið fyrir á sérkennilegri þríhyrningslaga braut um halastjörnuna í um 100 km hæð yfir yfirborði hennar. Næstu sex vikur var brautinni hnikað til, þannig að geimfarið færðist nær halastjörnunni og kæmist næst henni í um 50 km hæð.

Að lokum fer Rosetta niður í 30 km hæð yfir halastjörnunni, hugsanlega nær, allt eftir því hve virk halastjarnan verður.

4.3 Tímalína leiðangurs

Atburður	Dagsetning	Athugasemdir
Geimskot	2. mars 2004
1. flug framhjá Jörðinni	4. mars 2005	Hæð yfir Jörðu: 1.955 km
Flug framhjá Mars	25. febrúar 2007	Hæð yfir Mars: 250 km
2. flug framhjá Jörðinni	13. nóvember 2007	Hæð yfir Jörðu: 5.301 km
Flug framhjá Steins	5. september 2008	Hæð yfir Steins: 803 km
3. flug framhjá Jörðinni	13. nóvember 2009	Hæð yfir Jörðu: 2.480 km
Flug framhjá Lútesíu	10. júlí 2010	Hæð yfir Lútesíu: 3.162 km
Rosetta leggst í dvala	8. júní 2011
Rosetta vaknar úr dvala	20. janúar 2014	Merki bárust kl. 18:18
Braut leiðrétt fyrir stefnumót	Maí 2014
Koma til halastjörnunnar	6. ágúst 2014
Lending Philae	12. nóvember 2014	Staðfesting á fyrstu snertingu við yfirborð kl. 16:03
Fylgdarfasi leiðangurs hefst	Desember 2014
Leiðangurslok	Desember 2015

5. Markmið

Leiðangur Rosetta er sérstaklega spennandi því í fyrsta sinn kemst geimfar á braut um halastjörnu og í fyrsta sinn verður gerð tilraun til lendingar. Vart er hægt að hugsa sér betri leið til að rannsaka halastjörnur með nærgöngulli hætti.

Halastjörnur eru leifar frá myndun sólkerfisins. Á þeim rúmu 4.600 milljón árum sem liðin eru frá því, hefur efnasamsetning halastjarna lítið sem ekkert breyst. Þær endurspegla sólkerfið í frumbernsku, þegar það var enn ómótað. Þess vegna gegna halastjörnur lykilhlutverki fyrir skilning okkar á upprunanum.

Rosetta hringsólar um halastjörnuna í að minnsta kosti eitt og hálft ár. Á meðan nálgast halastjarnan sólnánd, en á þeim tíma eru halastjörnur virkastar. Kjarninn verður kortlagður, efnasamsetningin rannsökuð og fylgst náið með þróun og virkni hans. Þegar heppilegur lendingarstaður er fundinn losnar Philae frá Rosetta og lendir (vonandi) mjúklega á kjarnanum. Með þessum rannsóknum getum við vonandi dregið upp mynd af sögu sólkerfisins.

Rosetta á án efa eftir að færa okkur nær svari við spurningunni um þátt halastjarna í uppruna vatns og lífs á jörðinni. Halastjörnur eru að mestu vatn en innihalda líka lífræn efnasambönd. Í árdaga sólkerfisins rigndi þeim yfir jörðina og lögðu þar áreiðanlega sitt af mörkum til uppruna vatns og lífs á jörðinni.

6. Halastjarnan 67P/Churyumov-Gerasimenko

Halastjarnan 67P/C-G í samanburði við Reykjavík. Mynd: Hermann Hafsteinsson/Stjörnufræðivefurinn/ESA

67P/Churyumov-Gerasimenko er 4 km breið halastjarna í að meðaltali 3,5 stjarnfræðieininga fjarlægð frá sólinni (~525 milljón km). Úkraínski sjtörnufræðingurinn Klim Ivanovich Churyumov fann halastjörnuna á myndum sem tadsjikiski stjörnufræðingurinn Svetlana Gerasimenko tók 11. september 1969.

Halastjarnan 67P/Churyumov-Gersimenko er ein fjölmargra skammferðarhalastjarna sem hafa innan við 20 ára umferðartíma um sólina og lítinn brautarhalla. Þyngdarkraftur Júpíters stjórnar brautum þeirra og eru þær því einnig kallaðar Jupiter Family Comets.

Árið 1959 gerðist hún nærgöngul við Júpíter sem olli því að hún færðist nær sólu. Í dag er halastjarnan á mjög sporöskjulaga braut um sólina með 6,45 ára umferðartíma. Við sólfirð er hún í 5,7 stjarnfræðieininga fjarlægð frá sólu, en í 1,3 stjarnfræðieininga fjarlægð við sólnánd. Hún var seinast í sólnánd í febrúarlok árið 2009. Næst verður hún í sólnánd þann 13. ágúst 2015.

Árið 2003 tók Hubblessjónaukinn myndir af halastjörnunni. Úr þeim var útbúið þrívítt kort af henni og snúningstíminn mældur sem reyndist um 12 klukkustundir.

6.1 Rannsóknir Rosetta

Myndir sem Rosetta tók af halastjörnunni 67P hinn 20. júlí 2014 sýna sérkennilega lögun halastjörnunnar vel. Mynd: ESA/Rosetta/MPS fyrir OSIRIS teymið MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Fyrstu nærmyndir Rosetta af 67P/Churyumov-Gerasimenko sýndu harla sérkennilega lögun halastjörnunnar, svo minnti helst á gúmmíönd. Kjarninn virtist tvöfaldur, hugsanlega vegna þess að halastjarnan gæti verið úr tveimur kjörnum sem hafi rekist á og límst saman.^[4]

Innrauðar mælingar geimfarsins sýndu að yfirborðshitastig halastjörnunnar var –70°C á þeim tíma þegar hún í rúmlega 555 milljón km fjarlægð frá sólinni — þrefalt lengra frá sólu en Jörðin. Yfirborðshitastigið var því 20-30°C hærra en spár gerðu ráð fyrir. Skýringin er sennilega sú að halastjarnan er þakin ryki sem gleypir sólarljós auðveldlega.^[5]

Hinn 22. janúar voru fyrstu niðurstöður rannsókna Rosetta geimfarsins kynntar.

7. Myndasafn

Sjá einnig myndasafn ESA

		67P/C-G úr 600 milljón km fjarlægð Mynd af halastjörnunni Churyumov-Gerasimenko sem tekin var með New Technology Telescope hinn 26. febrúar 2006. Halastjarnan var þá í um 600 milljón km fjarlægð. Mynd: ESO
		Fyrsta mynd Rosetta af halastjörnunni 67P/Churyumov-Gerasimenko eftir að hafa vaknað úr dvala Hér sést fyrsta myndin sem Rosetta geimfarið tók af halastjörnunni 67P/Churyumov-Gersimenko eftir að hafa vaknað úr dvala. Myndin var tekin þann 21. mars með OSIRIS myndavélinni. Halastjarnan var þá í stjörnumerkinu Naðurvalda. Búið er að setja hring utan um halastjörnuna sjálfa en þyrpingin á myndinni er kúluþyrpingin Messier 107. Geimfarið var í um 5 milljón km fjarlægð frá halastjörnunni þegar myndin var tekin. Mynd: ESA © 2014 MPS fyrir OSIRIS-teymið MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
		Halastjarnan 67P/C-G úr 1000 km fjarlægð Mynd sem Rosetta tók af halastjörnunni 67P/C-G úr 1000 km fjarlægð hinn 1. ágúst 2014, fimm dögum fyrir komuna. Dökki bletturinn á halastjörnunni er galli í myndinni. Mynd: ESA/Rosetta/NAVCAM
		Halastjarnan 67P/C-G úr 234 km fjarlægð Mynd sem Rosetta tók af halastjörnunni 67P/C-G úr um það bil 234 km fjarlægð hinn 4. ágúst 2014, tveimur dögum fyrir komuna. Mynd: ESA/Rosetta/NAVCAM

8. Fréttir af Rosetta

• 20.01.14: „Halastjarna Rosetta“ — Mynd vikunnar á vef ESO

• 10.03.14: „Halastjarna Rosettu vaknar til lífsins“ — Mynd vikunnar á vef ESO

• 19.05.14: „Halastjarna vaknar til lífsins“ — Mynd vikunnar

• 28.07.14: „Gúmmíönd í geimnum“ — Mynd vikunnar

• 06.08.14: „Rosetta komin á áfangastað“ — Frétt
  

• 08.09.14: „Hamraveggir á halastjörnu“ — Mynd vikunnar
  

• 16.09.14: „Lendingarstaður valinn á halastjörnu Rosettu“ — Frétt
  

• 09.11.14: „Philae lendir á halastjörnunni 67P/C-G á miðvikudaginn“ — Frétt
  

• 12.11.14: „Philae lent á halastjörnunni 67P/C-G“ — Frétt
  

• 10.12.14: „Mælingar Rosetta benda til að smástirni séu meginuppspretta vatns á Jörðinni, ekki halastjörnur“ — Frétt
  

• 01.22.14: „Fyrstu niðurstöður rannsókna Rosetta á halastjörnunni 67P/C-G birtar“ — Frétt

Tengt efni

• Halastjörnur

• Deep Impact

• Stardust

• Smástirni

• Loftsteinar

• Uppruni vatns á jörðinni

Heimildir

1. Rosetta á vef ESA

2. ESA's 'Sleeping Beauty' Wakes Up From Deep Space Hibernation

3. Rosetta Sets Sights On Destination Comet. ESA.int

4. The Dual Personality of Comet 67P/C-G. ESA.int

5. Rosetta Takes Comet's Temperature. ESA.int

6. Rosetta Arrives at Comet Destination. ESA.int

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2014). Rosetta (geimfar). Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/solkerfid-large/geimferdir/rosetta (sótt: DAGSETNING).