Ajalooline kohtumine komeediga
Ülo Vaher
01.11.2014

Tänavu 6. augustil jõudis üle kümne aasta lennanud ESA kosmosesond Rosetta komeedi 67P/Churyumov-Gerasimenko juurde ja hakkas selle ümber tiirlema, et uurida 12 keerulise seadme abil selle tuuma ning valida koht, kuhu novembris peaks laskuma Rosettaga kaasas olev maandur Philae, et veelgi enam koguda andmeid komeedi kohta. Inimese poolt valmistatud robotid ja uurimisaparaadid on küll laskunud Kuule ja teistele planeetidele, kuid seni ei ole laskuda õnnestunud komeedile. Seepärast ootame põnevusega ajaloo esimest komeediuurija laskumist selle pinnale ja uute uurimistulemuste saabumist Maale.

Miks meid huvitavad komeedid

Aeg-ajalt ilmuvad taevasse ka päevasel ajal nähtavad sabaga tähed (komeedid), mis on inimestes tekitanud rohkesti küsimusi ja oletusi. Tihti on arvatud, et nad ennustavad õnnetusi ja katastroofe, kuigi vaieldamatuid tõendeid sellise seose kohta ei ole leitud. Kuulus Petlemma täht, mis ennustas Jeesuslapse sündi, oli tõenäoliselt Halley komeet. Kuni keskajani valitses Aristotelese arvamus, et komeedid kujutavad endast atmosfääri ülakihtide nähtusi ning alles Tycho Brahe tõestas triangulatsioonimeetodil, et komeedid asuvad vähemalt neli korda kaugemal kui Kuu.

Viimased paarkümmend aastat on drastiliselt täiendanud meie teadmisi komeetidest, seda eelkõige tänu kosmosesondide kasutamisele, kuigi need on seni piirdunud üksnes möödalendudega. Esimese möödalennu Halley komeedist tegi ESA sond Giotto ja siis NSV Liidu Vega, mõlemad 1986. aastal. Tehti kindlaks, et selle komeedi tuumast eraldunud gaas koosneb 80% veest ja 10% CO2, ülejäänu on väiksema osatähtsusega. Tähtsaks saavutuseks oli ka NASA komeedisondi Stardust poolt komeedi Wild 2 tolmust proovi võtmine 2004. aastal ja Maale toimetamine. Kosmosesond Deep Impact saatis 2005. aastal komeedile Temple 1 impaktori (löögikeha), et pildistada ja uurida löögi mõjul komeedist eraldunud materjale, kuid kahjuks tekkis löögi mõjul tihe tolmupilv, mis segas fotografeerimist. NASA teadlased olid aga nii nutikad, et suutsid Stardusti saata järelmissioonile NExT (New Exploration of Tempel 1), mille käigus suunduti nüüd hoopis komeedile Temple 1 ja 2011 uuriti seda kraatrit, mille tekitas kunagi impaktor.

Tänapäevaste arusaamade kohaselt kujutavad komeedid endast pigem üht asteroidide alamliiki, milles on palju jääd. Päikese lähedusse jõudes see soojuse mõjul läheb tahkest olekust gaasilisse (sublimeerib) ja tekitab veeaurust ning tolmust päikesetuule ja valguse rõhu mõjul hiiglasliku saba. Korduva Päikesele lähenemise tulemusena saab tema jääosa otsa ja ta muutub tavaliseks asteroidiks. Komeedi tuuma mõõtmed ulatuvad mõnesajast meetrist sadade kilomeetriteni ja nende tiirlemisperioodid väljavenitatud elliptilistel orbiitidel mõnest aastast miljonite aastateni. Enamik komeete on pärit Kuiperi vööst ja Oorti-Öpiku pilvest ning nende orbiidid on suure ekstsentrilisusega ellipsid või paraboolid. Lisaks ümber Päikese tiirlevatele perioodilistele komeetidele on ka ühekordselt Päikesesüsteemi läbivaid komeete, juhuslikke kosmilisi hulkureid. Tänapäeval on registreeritud üle 5000 komeedi ning neid on huvilistel võimalik avastada isegi kodus arvutiga internetis surfates. Komeetide struktuur on tihti habras ja kergesti purunev. Nad kujutavad endast seda ehitusmaterjali, millest pandi kokku miljardeid aastaid tagasi Päikesesüsteem ja selles on säilinud hinnalist informatsiooni süsteemi evolutsiooni kohta. On peaaegu kindel, et Maa sai kunagi oma vee siin maabunud komeetidelt ja viimasel ajal on saadud andmeid, et ka elu võib Maal olla tekkinud ja arenenud tänu komeetidele. Nende tolmust on leitud nimelt elusorganismide põhiaine ehk valkude koostisosi aminohappeid (glütsiini). Et tegemist ei ole juhuslikult tekkinud saastumisega proovide käsitsemisel, näitab nende proovide süsiniku isotoobi C13 suurem sisaldus, võrreldes maisega.

Komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Kosmosesondi ja maanduri saatmisel komeedile on tarvis valida selline, mis oleks üsna tüüpiline ja mis oleks suhteliselt kättesaadav. Rosetta ja Philae saatmiseks valiti komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Selle avastasid tollases Alma-Ata astrofüüsika instituudis Klim Šurjumov ja Svetlana Gerasimenko 1969. aastal. K. Šurjumov uuris tegelikult komeeti 32P/Comas Sola ja andis S. Gerasimenkole ülesandeks seda pildistada. Seda tehtigi 11. septembril 1969. K. Šurjumov oli tegelikult Kiievi teadlane ja pöördus sinna tagasi, et fotosid põhjalikumalt uurida. 22. oktoobril, tähelepanelikult fotoplaate uurides, pani ta tähele, et objekt, mida oli pildistatud, oli oma oodatud positsioonist 1,8o kõrval ning oodatud kohas oli ka väga nõrk Comas Sola jälg. Komeedi 67P mõõtmed on 3,5 x 4 km ja tiirlemisperiood 6,45 aastat. Selle afeel on 850 miljonit kilomeetrit ja periheel 518 miljonit kilomeetrit ning mass 3,14 miljardit tonni ning pöörlemisperiood 12,7 tundi. Komeet koosneb kahest sagarast (osast), mis võivad olla tekkinud kas nende osade kokkupõrkel ja liitumisel või on keskmine osa kaotanud rohkem jääd.

Läbi raskuste komeedi poole

Komeetide külastamine ja sealt proovide võtmine ning Maale toomine on keeruline ja kallis ettevõtmine, kuid eelmise sajandi lõpus ESA ja NASA koostöös selleks siiski valmistusid ja arendasid ambitsioonikat projekti CNSR (Comet Nucleus Sample Return), mille maksumus ulatus miljarditesse. Kahjuks USA pool loobus 1992. aastal vajalikke summasid eraldamast ja nii pidi ESA põhiliselt üksi jätkama veidi tagasihoidlikuma projektiga ning lennusihiks oli komeet 46P/Wirtanen (Soome päritolu USA astronoom). Sellest jäeti ära eriti kulukas komeediproovide Maale toomine, kuid ikkagi jäi projekti Rosetta maksumuseks tubli miljard ja selle start pidi toimuma jaanuaris 2003, kuid kuu aega varem ebaõnnestus selleks mõeldud kanderaketi Ariane 5 start (siis teine ülesanne). Eriti hinnalist Rosettat ei riskitud seetõttu Ariane 5 hooleks jätta, enne kui saab selgeks ebaõnnestumise põhjus.

Vahepeal sai aga otsa „stardiaken” (väljapoole Maa orbiiti stardiks sobiv ajavahemik) 46P/Wirtaneni jaoks. Tuli leida uus sobiv sihtmärk. Selleks valitigi 67P/Churyumov-Gerasimenko. Start selle komeedi juurde pidi toimuma Prantsuse Guajaanast Kourou kosmosebaasist 26. veebruaril 2004, kuid sedagi tuli kaks korda katkestada, enne kui 2. märtsil see lõpuks õnnestus. Lendudeks Päikesesüsteemi kaugemate taevakehade juurde on otstarbekas kasutada otselendude asemel – sest need nõuaksid väga palju kütust ja seega suurt stardikaalu – lende hoopis keerulisemaid trajektoore pidi, kus teisi taevakehi saab kasutada kiiruse suurendamiseks nn gravitatsioonilise lingu põhimõttel. Seda tehti ka Rosetta puhul. Oma üle kümne aasta kestnud lennul möödus Rosetta nii Marsist kui ka veel kolm korda Maast, rääkimata asteroididest 2867 Šteins ja 21 Lutetia, millest möödalennud olid tähtsad nende lähivaatluse ja fotografeerimise võimaluse pärast. Maast ja Marsist möödalendude gravitatsiooniliste lingude tõttu suurenesid järgemööda Rosetta elliptilised orbiidid, kuni see viiendal korral ulatus lõpuks komeedi 67P/C-G trajektoorini ja lõikus sellega 6. augustil.

Aega läks, aga asja sai. Muide, veel üks omapärane äpardus juhtus Rosettaga, kui ta viibis sadade miljonite kilomeetrite kaugusel ja oli suigutatud „talveunne” (mille käigus enamik seadmetest oli välja lülitatud, et säästa energiat). Astronoomid registreerisid tema ekslikult uue 20 m läbimõõduga miniplaneedina/asteroidina 2007 VN84, mis pidi Maast ohtlikult lähedalt mööduma 13. novembril 2007. Täpsemad andmed näitasid siiski, et „asteroidi” trajektoor ühtib täpselt Rosetta omaga. Viimati olid lennujuhid suures pabinas, kui käesoleva aasta jaanuarikuus pidid Rosetta ja Philae arvukad seadmed ärkama 31kuulisest „talveunest” ja lülituma töörežiimi, kuid sellekohane signaal viibis kaua.

Rosetta ja Philae – tõelised tehnikalaborid

Kolmetonnise stardimassiga ja 2,8 x 2,1 x 2,0 m orbiiteril Rosetta on 12 uurimisseadet ja 165 kg maanduril Philae 9 instrumenti. See on suurepärane arsenal, mis võimaldab läbi viia komeedi mitmekülgset uurimist ja saada väärtuslikke andmeid. Nende toiteks ja energiaga varustamiseks on hiiglaslikud päikesepaneelid, mille koguulatus on 32 m ja kogupindala 64 m2. Nende koguvõimsus on Maa lähedal 850 W, kuid see väheneb Päikesest eemaldudes võrdeliselt kauguse ruuduga ja on kaugemates trajektoori osades vaid 4% sellest, mistõttu ongi tarvis seal viia seadmed nn talveunne. Keerulise trajektooriga lend nõuab Rosetta asendi täpset seadmist reaktsioonikontrolli süsteemi abil, mille oluliseks osaks on reaktsioonirattad ning 24 peenhäälestuse reaktiivmootorit, igaüks veojõuga 10 N. Neid tuli korduvalt kasutada pidurdamiseks ka viimasel ehk viiendal tiirul ümber Päikese, kui Rosetta orbiit viimaks lõikus komeedi 67P orbiidiga. Seekord oli vaja tema kiirust 775 m/s vähendada kiiruseni 7,9 m/s komeedi suhtes, sest muidu oleks ta selle eest oma suurema kiiruse tõttu 50 000 km kauguselt mööda vuhisenud, ning lõpuks ka 6. augustil, kui ta suunati juba ringorbiidile ümber komeedi. Sellest momendist peale algas tema arvukate uurimisriistade pingeline töö komeedi kohta andmete kogumisel. Nende hulgas uurib kuvav ultraviolettspektrograaf ALICE komeedi tuuma ümber tekkiva komeedi pea (kooma) moodustumist 67P Päikesele lähenemise käigus.

Rosetta lend on nii ajastatud, et ta saadab ja uurib komeeti just siis, kui see lendab Päikesele kõige lähemal osal oma orbiidist (periheelist), sest just siis tekivad ja arenevad kõik protsessid, mida soovitakse uurida, kõige intensiivsemalt. ALICE mõõdab ka selle käigus eralduva vee, CO ja CO2 hulka. Argooni hulga mõõtmine annab väärtuslikku infot Päikesesüsteemi temperatuuri kohta selle algusaegadel 4,6 miljardit aastat tagasi. Ioonide ja elektronide sensor IES on hinnaline komponent viies seadmes, mis võimaldab mõõta plasma koostist. Mikrolaineinstrument MIRO mõõdab, kuidas eralduvad gaas ja tolm tuumast ning tekitavad komeedi kooma ja saba. Šveitsis välja töötatud topeltfookustamisega ioonide ja neutraalsete aatomite spektromeeter ROSINA on esimene instrument kosmoses, mis on võimeline eristama N ja CO spektrijooni. Pilte komeedist toodab optiline süsteem OSIRIS, mis koosneb kitsasnurk (700 mm) ja lainurk (140 mm) alamsüsteemist 2048 x 2048 pikslise CCD-kiibiga. Pardal on ka raadiolainete leviku abil komeedi tuuma uurimist võimaldav CONSERT ja nähtavas ning infrapunases lainealas töötav spektromeeter VIRTIS, samuti MIDAS, mis aatomjõu mikroskoopi kasutades analüüsib räniplaadile kogutud komeedi tolmuosakeste koostist, ja nende löögijälgi uurub analüsaator GIADA. Päikesetuule toimet uurib RPC.

Laskumine komeedile

Kõige keerukamaks ja tähtsamaks missiooni Rosetta osaks kujuneb maanduri Philae laskumine komeedile, mis arvatavasti toimub 12. novembril, kui eelnevalt on ohutuim laskumiskoht välja valitud. Oht seisneb selles, et komeedi tuuma pind võib olla äärmiselt ebaühtlane ning horisontaalset paika ei pruugigi leiduda. Et Philae jääks paigale, on selle kolme jala küljes harpuunid, mis peavad hooga tungima pinnasesse ja fikseerima selle komeedi külge. Nüüd alustavad tööd ka 9 uurimisseadet, mis töötavad kogu aja, kui komeet on aktiivne (Päikesele nii lähedal, et selle kiirguse mõjul toimub temal kiirguste, gaaside ja tolmu eraldumine ning pea ja saba moodustumine) ja läbib orbiidi Päikesele lähimat lõiku (u 180 106 km), jõudes periheeli 13. augustil 2015. aastal. Jätkub ka tihe koostöö orbiiteriga, mille võimas antenn aitab edastada Maale uurimistulemusi X-sagedusribas kiirusega kuni 22 kbit/s. Missiooni töö lõpeb järgmise aasta detsembris.

 

Artikli märksõnad: 

Sarnased artiklid