Stardust (geimfar)

Stardust var fyrsti leiðangur NASA helgaður rannsóknum á halastjörnum. Geimfarið er hluti af Discovery áætluninni sem gengur út á einföld og ódýr geimför. Stardust er systurfar Genesis geimfarsins, en bæði tvö sneru til jarðar með sýni utan úr geimnum, þeim fyrstu síðan Apollo geimfararnir komu með sýni frá tunglinu.

Halastjarnan Wild 2

Halastjarnan 81P/Wild 2 fannst á myndum sem Svisslendingurinn Paul Wild (frb. Vilt) tók 6. og 8. janúar 1978 með 40 tommu Schmidt-sjónauka Zimmerwald stjörnustöðvarinnar í Sviss. Var hún þá í Meyjarmerkinu.

Skömmu eftir að halastjarnan fannst komust stjörnufræðingar að því að 9. september 1974 hafði hún komið í um 92 þúsund km fjarlægð frá Júpíter. Hafði þetta mikil áhrif á braut halastjörnunnar. Umferðartíminn minnkaði úr 40 árum niður í aðeins rúm 6 ár. Í leiðinni dró úr fjarlægð hennar frá sólu úr tæplega 735 milljón km (4,9 SE) niður í 224 milljón km (1,49 SE).

Halastjarnan sást næst árið 1983 og hefur upp frá því sést næstum árlega.

Stardust NExT

Stardust geimfarið var við hestaheilsu eftir langt ferðalag til halastjörnunnar og heim aftur. Þann 3. júlí 2007 ákvað NASA að framlegja leiðangurinn undir nýju nafni: New Exploration of Tempel 1 (NExT). Eins og nafnið gefur til kynna stefnir Stardust nú til halastjörnunnar sem Deep Impact geimfarið rannsakaði árið 2005.

Stardust flaug framhjá Tempel 1 þann 15. febrúar 2011. Teknar voru 72 nærmyndir af kjarna halastjörnunnar. Á þeim sáust töluverðar breytingar sem orðið höfðu á halastjörnunni. Á myndunum sást gígurinn sem myndaðist þegar skeytið frá Deep Impact klessti á halastjörnuna árið 2005. Gígurinn er 150 metrar í þvermál og með litla miðbungu. Sjá nánar frétt.

Geimfarið

Stardust á stærð við kæliskáp (1,7 metra breitt) en 4,8 metra langt með sólarrafhlöðurnar útbreiddar. Í heild vó það 380 kg með fullan eldsneytistank.

Á Stardust er öflugur skjöldur sem varði geimfarið gegn ágangi hraðfleygra en smásærra agna úr hjúpi halastjörnunnar. Á fremsta hluta skjaldarins eru höggdeyfar sem sundra ögnum við árekstur. Undir þeim eru fimm lög af dúkum úr kolefni og keramíki. Bilið milli hvers dúks er rúmir 5 cm sem tryggði aukna dreifingu agnanna svo þær yllu litlum sem engum skaða. Sambærilegur skjöldur var á Deep Impact geimfarinu.

Á geimfarinu er ein myndavél, rykflæðinemi og rykgreinir. Rykflæðineminn er framan á hlífðarskildinum og mældi magn og stærð agna í kringum geimfarið. Rykgreinirinn er massagreinir sem mældi efnasamsetningu rykagnanna sem rákust á geimfarið.

Sýnum safnað með loftgeli

Helsta markmið Stardust leiðangursins var að safna ögnum frá halastjörnunni Wild 2 og ryki sem er á víð og dreif um sólkerfið. Vandasamasti hluti sýnasöfnunarinnar var að hremma agnirnar án þess að þær löskuðust. Þegar Stardust flaug framhjá halastjörnunni, skullu agnirnar á geimfarinu á sexföldum hraða byssukúlu.

Ögnunum var safnað með óvenjulegu efni sem kallast loftgel (e. aerogel). Loftgel er mjög gljúpt, fast, svampkennt kísilefni; 99,8% loft og því léttasta efni sem til er (er í heimsmetabók Guinness). Efnið er 1000 sinnum eðlislétta en gler (annað kísilefni) og var fundið upp á fjórða áratugu 20. aldar af bandaríska efnafræðingnum Samuel Kistler. Þegar efnið er búið til er það blautt í fyrstu en svo þurrkað við háan hita og þrýsting. Það er bláleitt af sömu ástæðu og himininn er blár.

Loftgelið hefur marga óvenjulega eiginleika, t.d. mjög lága varmaleiðni, lágan brotstuðul og einstak hæfni til að hremma agnir á fleygiferð. Ögn sem rekst á loftgelið grefst inn í það og myndar gulrótarlaga slóð sem er allt að 200-föld lengd agnarinnar. Gelið dregur úr hraða agnarinnar og stöðvar hana. Loftgelið er að mestu gegnsætt svo vísindamenn geta fundið örsmáar agnir með því að rekja slóðirnar.

Loftgelið í Stardust var búið til á rannsóknarstofum JPL í Pasadena í Kaliforníu. Það er lauflétt, tandurhreint og sterkbyggt og stóðst álagið í harðneskjulegu umhverfi himingeimsins með prýði.

Sýnasafnarinn var í laginu eins og tennisspaði. Hann var fastur við sýnasöfnunarhylkið og stóð upp úr því þegar sýnum var safnað. Sýnasöfnunarhylkið var 0,8 metra breitt, 0,5 á lengd og vó aðeins 46 kg. Í safnarinum var loftgelið kyrfilega fest í grind. Á annarri hlið safnarans var ögnunum frá halastjörnunni safnað, en á hinni hliðinni geimrykinu. Hylkið er nú til sýnis á Smithson Loft- og geimferðasafninu í Washington D.C.

Ferðalagið

Örðugt er að ferðast til fjarlægrar halastjörnu og heim aftur. Var því ferðalag Stardust bæði langt og flókið.

Stardust var skotið út í geiminn 7. febrúar 1999 frá Canaveralhöfða í Flórída með Delta II eldflaug. Til að tryggja öruggt flug framhjá halastjörnunni varð geimfarið að mæta henni á sambærilegum hraða og brautarhraði hennar er í kringum sólina. Þetta var gert til þess að koma í veg fyrir að agnirnar rækjust á geimfarið á of miklum hraða. Ef þetta átti að takast varð að auka hraða geimfarsins umfram upphafshraðann við geimskot með þyngdarhjálp. Stardust var fyrst um sinn komið á sporöskjulaga braut um sólina með tveggja ára umferðartíma.

Þann 15. janúar 2001 flaug Stardust framhjá jörðinni í um 6000 km hæð. Þyngdarhjálpin jók hraða Stardust, stækkaði brautina og gerði því kleift að stefna til halastjörnunnar Wild 2.

Flogið framhjá smástirninu Annefrank

Stardust heimsótti smástirnið Annefrank 2. nóvember 2002 á leið sinni til halastjörnunnar. Geimfarið þaut framhjá smástirninu 7 km hraða á sekúndu og komst næst því í 3300 km fjarlægð. Við framhjáflugið könnuðu vísindamenn ástand geimfarsins og prófuðu tæki þess. Stardust fylgdist með Annefrank í rúman hálftíma og þótt menn byggjust ekki við miklu ryki í kringum smástirnið var sýnasafnarinnar engu að síður opinn og ryknemarnir í notkun.

Stardust tók nokkrar myndir af Annefrank. Sýndu þær lögun þess vel. Smástirnið er tæplega 4 km í þvermál, álíka stórt og halastjarnan Wild 2.

Sýnunum safnað

Þann 2. janúar 2004 flaug Stardust inn í hjúp halastjörnunnar Wild 2. Næst komst það í um 236 km fjarlægð frá kjarnanum. Sýnum var safnað og 72 ljósmyndir teknar. Halastjarnan var ólík öllum öðrum sem við höfum séð hingað til. Yfirborðið er þakið flatbotna dældum með skörpum veggjum, annað hvort af völdum árekstra eða gasopa.

Förin heim

Sýnasöfnunarhylki Stardust lenti heilu og höldnu á lendingarsvæði bandaríska hersins í eyðimörkinni í Utah þann 15. janúar 2006. Mynd: NASA

Heimsóknin til Wild 2 stóð stutt yfir. Strax í kjölfar þess var förinni heitið aftur til jarðar.

Þann 15. janúar 2006 losnaði sýnahylkið frá Stardust í næstum 111.000 km hæð yfir jörðinni. Tæpum fjórum klukkustundum síðar kom hylkið inn í lofthjúpinn, þá í ríflega 125 km hæð yfir Kyrrahafinu. Á þeim tímapunkti var hylkið í nálega 900 km fjarlægð frá fyrirhuguðum lendingarstað á æfingasvæði bandaríska flughersins í eyðimörkinni í Utah.

Hylkið féll í gegnum lofthjúpinn á nærri 12,9 km hraða á sekúndu þegar mest var. Núningur hitaskjaldarins við lofthjúpinn varð svo mikill að rekja mátti slóð hylkisins með innrauðum myndavélum. Í um 32 km hæð opnaðist fallhlíf sem dró verulega úr hraðnum, en aðalfallhlífin opnaðist í um 3 km hæð sem tryggði mjúka og örugga lendingu. Nemi í hylkinu skynjaði lendinguna og losaði fallhlífina frá. Skömmu eftir lendingu var hylkið sótt og flutt í rannsóknarmiðstöð NASA í Houston í Texas. Á sama stað eru sýni Apollo leiðangranna geymd.

Fyrstu niðurstöður rannsókna á sýnunum birtust í tímaritinu Science í desember 2006. Í sýnunum fundust meðal annars lífræn efnasambönd og síliköt eins og ólivín og pýroxen, en þau myndast aðeins við hátt hitastig. Rannsóknir standa enn yfir.

Tengt efni

• Halastjörnur
• Deep Impact
• Rósetta
• Smástirni
• Loftsteinar
• Uppruni vatns á jörðinni

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2010). Stardust (geimfar). Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/solkerfid-large/geimferdir/stardust (sótt: DAGSETNING).