Komety XXXI aneb "Deep Impact po impaktu"

Jsou tomu dva měsíce, co americká sonda Deep Impact úspěšně provedla jeden z nejnáročnějších kosmických experimentů všech dob. Dne 4. července 2005 v 7:52 SELČ* dopadlo impaktní pouzdro sondy na jádro periodické komety 9P/Tempel. Tato událost roku byla sledována mnoha přístroji z vesmíru i pozemskými pozorovateli. Přestože výsledek srážky nebyl pro amatérské astronomy až tak grandiózní, jak se původně očekávalo, jedná se o velký úspěch. Na kompletním zpracování informací ze všech přístrojů, které kometu během výbuchu sledovaly, se bude pracovat léta. Ale první dílčí výsledky jsou již známy, a to je důvod si o nich něco málo povědět.

Obr. 1: Zaměřování jádra komety 9P přístrojem ITS na palubě impaktoru. Modré tečky ukazují, kam pouzdro směřovalo mezi jednotlivými zážehy motoru. Před první korekcí dráhy (Pre-release) i po ní (Post ITM-1) impaktor mířil mimo jádro a minul by jej až o 7 km. [4]

Obr. 2: Snímek jádra komety 9P získaný 67 s po impaktu. Ve středu snímku je zachycena oblast dopadu, od které se paprskovitě šíří jemný materiál z formujícího se kráteru. [4]

Obr. 3: Pohled z mateřského tělesa Deep Impact na jádro komety 9P/Tempel 50 minut po impaktu. Falešnými barvami je zviditelněn oblak jemného prachu, který se při explozi uvolnil. [4]

Obr. 4: Série snímků oblaku materiálu pořízená HST v průběhu několika hodin po impaktu. [6]

Obr. 5: Detailní pohled na jádro komety 9P/Tempel s rozlišením až 4 m/pixel. Snímek vznikl přeložením fotografií s velkým rozlišením přes celkový pohled na jádro. Šipkami jsou označeny zajímavé oblasti: plochý a rovný terén (a, b) a jeho ostře ohraničený okraj (malé šipky). Dole uprostřed, mezi dvěma impaktními strukturami, je označeno pozdější místo dopadu pouzdra. [4]

Obr. 6: Snímek oblaku materiálu pořízený teleskopem Antu, jedním ze čtveřice dalekohledů VLT se zrcadlem o průměru 8,2 m. Snímek byl počítačově filtrován, aby bylo dosaženo lepšího kontrastu detailů v komě. [8]

Obr. 7: Snímek jádra a okolí komety 9P pořízený rentgenovým teleskopem ESA – XMM – Newton. [7]

Obr. 8: Snímky komety 9P pořízené na Hvězdárně Vsetín 3. 7. (9 hodin před impaktem) a 4. 7. (15 hodin po impaktu). Foto autor.

Dne 3. července 2005 dvě hodiny po půlnoci byl proveden poslední korekční manévr celé sestavy Deep Impact. Jeho úkolem bylo zajistit, aby se impaktor po odpoutání od těla sondy pohyboval co nejblíže kolizní dráhy s kometou 9P/Tempel. V 7:12 byly aktivovány baterie impaktoru, které dodávaly energii všem jeho přístrojům po následujících 24 hodin. Poté, v 8:07, tedy téměř přesně den před očekávaným střetem s jádrem, bylo pouzdro o váze 370 kg uvolněno. Byl tak dokončen jeden z klíčových manévrů celé mise a impaktor zahájil svou 880 000 km dlouhou samostatnou cestu vesmírem, na které bylo jeho úkolem pouze korigovat dráhu a nafotografovat tolik snímků komety 9P, kolik jen bude možné. V 8:24 provedlo mateřské těleso 14 minut trvající zážeh hlavního motoru, který jej vyvedl z kolizní dráhy na trajektorii zajišťující bezpečí před částicemi komy a "dobrý výhled" pro důkladné sledování efektů doprovázejících srážku.

Po uvolnění převzal nad impaktorem kontrolu autonomní navigační systém, který již 4. července ráno provedl celkem tři zážehy korekčních motorů (v čase 90, 35 a 12 minut před impaktem), aby zajistil naplánovaný střet s jádrem. Inženýry v řídícím středisku doslova zamrazilo, když po provedení prvního z nich směřovalo pouzdro 7 km mimo jádro. Vše však spolehlivě napravily druhý a třetí manévr.

Při srážce v rychlosti kolem 10 km/s se impaktor nejspíš zabořil hluboko do komety a okamžitě se vypařil. Na povrch však dopadl poměrně šikmo, pod úhlem kolem 25°. Poslední snímek, který stihl odeslat ještě 3 s před vlastní destrukcí, zachycuje povrch komety ze vzdálenosti pouhých 30 km. Lze na něm rozlišit detaily o velikosti kolem 4 m.

Jádro komety 9P/Tempel a posléze výsledky jeho srážky s impaktorem sledovalo detailně mateřské těleso po dobu 14 minut před vlastním přiblížením. Získaná data byla ihned zasílána na Zemi. Poté v 8:05 byla sonda pootočena štíty ve směru letu, aby bezpečně prolétla hustějšími částmi komy. Tento takzvaný "Shield Mode" (stíněný režim) byl ukončen v 8:32. Poté se sonda mohla ohlédnout zpět, aby nasnímala oblak materiálu uvolněného při dopadu [1]

Dosud zpracovaná data ukazují, že při impaktu se z kráteru uvolnilo velké množství prachu, což může znamenat, že celý povrch jádra je pokryt materiálem jemným jako prachový sníh. Druhou zajímavostí je značný obsah molekul obsahujících uhlík, který byl pozorován ve výtrysku těsně následujícím samotný impakt. Podařilo se také sledovat projevy dvou odlišných skupenství vody. Zatímco při impaktu byly zaznamenány především emisní spektrální čáry teplem odpařené vody, po několika sekundách byly ve spektru identifikovány absorpční pásy částic krystalického ledu vyvrženého při vzniku kráteru [3]

Zajímavým výsledkem detailního snímání povrchu jádra komety 9P/Tempel je objev několika struktur, které svým vzhledem připomínají impaktní krátery. To je velké překvapení, neboť na žádném z dosud podrobně sledovaných kometárních jader (19P/Borrelly, 81P/Wild) tyto útvary patrné nebyly. Kromě toho se podařilo ukázat, že povrch komety je velice porézní, což znamená, že může rychle reagovat prudkým nárůstem či poklesem aktivity na změny osvětlení Sluncem. To je dobrá zpráva. Znamená to totiž, že teplo je odváděno pod povrch jen velmi obtížně a že materiál ukrytý hluboko mohl vydržet takřka nezměněný z dob vzniku sluneční soustavy. Velikost prachových částic a jejich rozložení na povrchu naznačují, že přinejmenším některá kometární jádra jsou při vnějším pohledu v mnohém podobná planetkám. Jejich ledová podstata je po většinu času ukryta pod povrchem a ukazuje se jen v blízkosti Slunce [4]

Na sledování efektů doprovázejících srážku se podílela řada pracovišť po celém světě. Z těch známějších jmenujme například observatoř na sopce Mauna Kea na Havaji a její teleskop Gemini, hvězdárnu Siding Spring v Austrálii, španělskou observatoř Calar Alto na ostrově La Palma, Evropskou jižní observatoř La Silla na hoře Paranal v Chile se systémem nejmohutnějších pozemních teleskopů VLT a samozřejmě nemůžeme zapomenout na americké hvězdárny Kitt Peak a Mount Palomar. Využity byly také některé kosmické dalekohledy (HST, SST, Chandra X-Ray Observatory, XMM - Newton) a dokonce evropská sonda Rosetta mířící ke kometě 67P/Churyumov–Gerasimenko. Všechny tyto přístroje přispěly svou troškou k pochopení procesů, které při impaktu proběhly.

Zajímavé pozorování v infračervené oblasti spektra provedly teleskopy na La Silla v Chile. Vůbec první snímek ESA byl získán přístrojem TMMI2 v době, kdy na pozorovacím stanovišti v Chile byl stále ještě den. Zachycuje změnu morfologie komy po impaktu. Koma je na něm mnohem rozsáhlejší a méně kondenzovaná [8]

Dramatický vývoj oblaku materiálu, který následoval po dopadu impaktoru, pozoroval ve viditelné oblasti spektra například HST [6], ale také pozemní observatoř VLT v Chile, konkrétně teleskop Antu, jeden z obrů se zrcadlem o průměru 8,2 m. Na snímcích je patrný rozsáhlý oblak materiálu zodpovědný za asymetrii komy, která byla v prvních dnech po kolizi pozorovatelná i malými amatérskými dalekohledy [8]

Observatoř XMM – Newton sledovala výbuch v ultrafialovém a rentgenovém záření. V UV oblasti se jí podařilo odhalit pětinásobný nárůst emise záření hydroxylových iontů 1,5 hodiny po impaktu. Tyto ionty jsou "úlomky" molekul vody původně vázaných pod povrchem jádra. Výsledek potvrdila také měření provedená přístrojem pro UV oblast ALICE na již zmíněné sondě Rosetta.

Obdivuhodným výkonem inženýrů ESA byla pointace dalekohledu XMM a úspěšné pozorování komety v rentgenovém záření – RTG. Teleskop je uzpůsoben ke sledování nepohyblivých a poměrně silných RTG zdrojů. Sledování komety je obtížným úkolem, neboť ta je jednak velmi slabým zdrojem RTG záření a navíc se na hvězdném pozadí rychle pohybuje. Bylo tedy třeba vyvinout metody, jak takové pozorování vůbec uskutečnit. Dalekohled byl nakonec pointován do místa, kde se kometa nacházela, ale ne přímo na ni, nýbrž na jiný statický objekt. Příchozí fotony byly jednotlivě analyzovány (směr ze kterého přicházejí a přesný čas dopadu na detektor) a teprve na základě těchto dodatečných informací byl algoritmicky rekonstruován obraz pohybující se komety.

Z počátku byla v rentgenové oblasti objevena jen velmi slabá emise záření, ale za přispění amerického satelitu Swift, který je jinak určen ke sledování záblesků záření gama, se podařilo prokázat postupný nárůst množství rentgenového záření přicházejícího z okolí komety několik dní po impaktu.

O procesech, které vedou ke generaci takto energetických fotonů v kometární obálce, víme zatím jen málo. Dosud jsou přijímány dvě teorie. Jednak se předpokládá, že paprsky jsou emitovány v důsledku rekombinace neutrálních atomů komy s nabitými částicemi slunečního větru. Druhou možností je pak rozptyl rentgenového záření Slunce na prachových částicích. Většina vědců se domnívá, že pravou příčinou je kombinace obou těchto jevů. Pozorovaný nárůst v průběhu několika dní je však nejspíše způsoben prvním zmíněným procesem. Po impaktu je z povrchu komety uvolněno až několik desítek tisíc tun materiálu, který je z větší části tvořen obyčejnou vodou. Ten se postupně rozptyluje do vzdálenějších oblastí od jádra. Teprve díky fyzickému zvětšování oblaku a jeho interakci se slunečním větrem, při které jsou rozbíjeny molekuly vody, dochází ke zjasnění komety v rentgenové a ultrafialové oblasti spektra [5]

Zajímavé v tomto směru je, že sledování rozpadu molekul vody v komě komety 9P/Tempel může přispět k pochopení dějů, které probíhají na mladých planetách. Kometa, stejně jako například planeta Mars, má jen slabé nebo žádné magnetické pole, které by účinně odklánělo částice slunečního větru. Díky tomu dochází na celém povrchu k postupné destrukci molekul vody a k odnášení lehkého vodíku do meziplanetárního prostoru. Tak může i poměrně velká planeta během svého života přijít o většinu povrchové vody, což je nejspíše případ Marsu.

Mateřské těleso mise Deep Impact a všechny jeho systémy jsou dosud ve velmi dobrém stavu. Dne 21. července provedla sonda korekční zážeh motoru, který ji uvedl na dráhu s přiblížením k Zemi v prosinci roku 2007 [1]. Úkolem manévru bylo udržet sondu na dráze v oblasti vnitřních planet, což usnadní komunikaci i navigaci, a dále zachovat možnost jejího dalšího použití k návštěvě jiného objektu. Jediným tělesem, o kterém se zatím uvažuje, je opět periodická kometa, 85P/Boethin. Dosud se však nepodařilo zajistit potřebné finanční prostředky [2]

Výsledky dopadu impaktoru mise Deep Impact na jádro komety 9P/Tempel sledovala také řada amatérských astronomů z celého světa. Efekty, které srážka způsobila, však byly jen krátkodobé a na vizuální vzhled komety měly jen malý vliv. Přesto bylo možné pozorovat mírné zvýšení jasnosti komety, a to i na Hvězdárně Vsetín. Kometu jsme fotografovali mimo jiné 3. a 4. července 2005. Ke snímání byl použit fotografický teleobjektiv MTO 8/500 mm a CCD kamera SBIG ST7. Na snímcích bez filtru s expozicemi 15 x 60 s je patrný nárůst jasnosti o 0,6 mag v centrální části komy způsobený dopadem impaktní části mise Deep Impact. Byla naměřena velikost komy cca 5' a zjištěna její asymetrie jak 9 hodin před impaktem, tak 15 hodin po něm. Kometa nebyla spatřena vizuálně.