Komety XXI aneb "Ziggy Stardust"

Nové vydání našeho občasníku o kometách tentokrát přichází velmi záhy po zveřejnění čísla minulého. Hlavním důvodem je meziplanetární sonda Stardust, která se pomalu ale jistě přibližuje k periodické kometě 81P/Wild. K setkání by mělo dojít v lednu 2004, a tak je právě na čase, abychom si o ambiciózní misi s celým názvem Stardust Sample Return (česky - návrat vzorků hvězdného prachu) něco málo pověděli. Sonda totiž představuje další z postupných kroků ve výzkumu meziplanetární hmoty kosmickými prostředky.

Obr. 1: Sonda Stardust přilétá ke kometě 81P/Wild. Popis jednotlivých součástí je uveden v textu. [1]

Obr. 2: Zařízení pro sběr vzorků prachu, které na obr. 1 vystupuje ze zadní části sondy. V segmentech je umístěn aerogel. [1]

Obr. 3: Štít sondy Stardust, který zabrání jejímu poškození při střetu s částicemi v prachoplynné obálce komety - komě. [1]

Obr. 4 a 5: Aerogel, materiál se speciálními vlastnostmi je použit pro kolekci prachu, který se pohybuje vysokou rychlostí vůči sondě. Na obrázku vpravo jsou vidět kanálky vyhloubené zbržděnými zrníčky. [1,1]

Obr. 6: První snímek komety 81P/Wild získaný sondou Stardust. Vpravo snímek spolu se třemi hvězdami, vlevo výřez. [1]

Meziplanetární sonda Stardust byla vypuštěna 7. února 1999 z floridského mysu Canaveral jako další součást programu Discovery. Ten je připravován americkou NASA a koncipován tak, aby umožnil konstrukci levných, efektivních a především vysoce specializovaných vědeckých zařízení, která by měla odpovědět na některé zásadní otázky vývoje sluneční soustavy. Jako příklad veleúspěšné mise uskutečněné v rámci tohoto programu lze uvést sondu NEAR-Shoemaker, která v roce 2000 zkoumala zblízka asteroid 433 Eros. Hlavním úkolem mise Stardust je však studium tělesa výrazně odlišného, komety 81P/Wild.

Posledním zařízením, které dosud navštívilo a zblízka fotografovalo kometu, byla rovněž americká sonda - Deep Space I, která 22. září 2001 proletěla ve vzdálenosti 2200 km od jádra periodické komety 19P/Borrelly. Tehdy se však jednalo o "pouhý průlet". Mise Stardust je odlišná a v mnohém nová. Sonda na své palubě nese kromě jiných přístrojů také speciální zařízení umožňující sběr kometárního prachu, jeho předběžnou analýzu a dokonce návrat pouzdra s vzorky zpět na Zemi.

Tělo sondy tvoří kvádr o maximální délce 1,7 m (viz. Obr.1). Na jeho horní stěně je umístěna vysokozisková anténa, levou čelní stěnu zakrývá návratové pouzdro se zařízením pro sběr vzorků prachu (Obr.2 detail). Na bocích je ukotvena dvojice poměrně velkých solárních panelů. Tělo sondy je chráněno před střety s prachovými částicemi pětivrstvým Whippleovým štítem z uhlíkových vláken a keramických plátů (pravá čelní stěna na Obr. 1 - Obr.3 detail). Jednotlivé vrstvy jsou od sebe odděleny mezerou a měly by tak lépe chránit citlivé systémy před působením částeček prachu, které na sondu dopadají rychlostí až 10 km/s. Navíc je sonda vybavena vibroakustickými detektory, které budou registrovat případný zvýšený tok materiálu. Pohon je zajišťován motory na hydrazin. Pokud jde o elektronická zařízení je na sondě další komunikační anténa, optická navigační kamera a analyzátor prachových částic. Všechny vědecké přístroje jsou pevně namontovány na těle sondy. Kamery na palubě by měly být schopny nasnímat detaily na povrchu ke Slunci přivrácené strany jádra s rozlišením až 30 m. Celková hmotnost zařízení dosahuje 385 kg. Mise Stardust stála 199,6 mil. USD, přičemž konstrukce a vývoj sondy přišly na 150 mil. USD.

Zařízení pro kolekci prachových částic vzhledem (a konečně i funkcí) připomíná spíše pádlo. To je možné vysouvat a zasouvat v průběhu letu, což znamená, že ke sběru dochází pouze v přesně určeném období, které v závislosti na poloze sondy ve sluneční soustavě vybral vědecký tým mise. Sběru vzorků je dosaženo pomocí takzvaného aerogelu - mikroporézní látky s nízkou hustotou kolem 0,02 g/cm2 na bázi křemíku (obr. 4.), která umožní zachycení částic s vysokou relativní rychlostí vůči sondě. Látka je umístěna na podložce ve tvaru disku a připevněna na "pádlo". Při kolekci materiálu je prostě vystavena ve směru letu, případně ve směru očekávaného toku částic. Každé zrníčko prachu vyhloubí v aerogelu "chodbičku", jejíž hloubka bude záviset na původní rychlosti částice vůči sondě (obr. 4.). Jelikož se předpokládá, že polapeného prachu nebude mnoho a střet s větším kusem materiálu je vysoce nepravděpodobný, budou při sběru použity obě strany mikroporézní látky, každá však k jinému účelu, aniž by došlo ke znehodnocení získaných výsledků. Jedna strana aerogelu je určena pro kolekci kometárního a druhá mezihvězdného prachu. První analýza složení prachových částic komy i interstelárního prachu proběhne již na palubě sondy. Očekává se, že bude zachyceno celkem asi 0,03 gramu prachových částic o velikosti méně než 1 mm v průměru, přičemž pouze 1000 kusů kometárního a 100 kusů mezihvězdného prachu bude dost velkých pro kompletní rozbor. Zbylé miliony zrníček budou studovány společně. Po dokončení analýzy budou vzorky umístěny do návratového pouzdra, které bude odhozeno při průletu sondy kolem Země v lednu 2006. Přistávací část vstoupí do atmosféry a na padáku přistane v Utahu ve Spojených Státech. Vzorky budou podrobeny dalšímu studiu chemického, atomárního a izotopového složení, biologických i mineraloických vlastností.

První sběr mezihvězdného prachu proběhl v období leden - květen 2000, druhý pak mezi červencem a prosincem 2002. Tyto částice reprezentují tok materiálu, který přicházejí do sluneční soustavy z mezihvězdného prostředí díky jejímu vlastnímu pohybu Galaxií směrem od souhvězdí Štíra, mají mnohem vyšší relativní rychlosti než kometární prach a jsou menší. Jejich existence byla fakticky zjištěna teprve v průběhu 90. let 20. století měřením provedeným na palubách sond Ulysses (1993) a později Galileo. Od jeho analýzy si vědci slibují získání nových poznatků o procesech probíhajících v mezihvězdném prostředí.

Kometární prach představuje primordiální materiál, který je pozůstatkem po vzniku sluneční soustavy a jehož stáří se pohybuje kolem 4,5 mld. let. Jeho podrobné zkoumání pomůže osvětlit mnohé dosud nezodpovězené otázky vývoje sluneční soustavy. Vzorky dopravené na Zemi budou o to cennější, že z každého zrníčka lze extrahovat také stopová množství chemických látek, které jsou součástí komety. Pokud se to podaří, budeme mít v ruce první údaje o typu a celkovém obsahu organických sloučenin v jádře, což může vnést nové světlo také do otázek týkajících se přímo vzniku života na Zemi. Kolekce prachu z komety začne v prosinci 2003, tedy zhruba měsíc před vlastním setkáním s jádrem. Průlet komou, prachoplynnou obálkou jádra, sondě potrvá až několik hodin při relativní rychlosti 6,1 km/s.

Kometa 81P je poměrně mladou vlasaticí s jádrem o průměru cca 5,4 km, která nebyla příliš vystavena silnému působení Slunce. Její původní dráha mezi Jupiterem a Uranem byla narušena v září 1974 průchodem kolem Jupiteru. 81P/Wild nyní obíhá mezi Jupiterem a Marsem. Výše popsaná změna dráhy v podstatě představuje současný příklad toho, jak v praxi po miliony let probíhá zásobování vnitřních částí sluneční soustavy novým materiálem.

Podle čerstvých informací z 5. prosince je sonda Stardust ve výborném technickém stavu a udržuje nepřetržitý kontakt s řídícím střediskem. Dne 3. prosince byla provedena poslední větší změna její dráhy. Současná trajektorie by sondu přivedla mírně hlouběji do prachové obálky komety, než bylo původně v plánu. Proto bude v průběhu prosince uskutečněno ještě několik zážehů korekčních motorů, které zajistí průlet sondy v naplánované vzdálenosti 300 km (+/- 50 km) od jádra. Navíc od 8. prosince jsou každý den pořizovány navigační snímky, před tímto datem byla perioda jejich snímání 14 dní. Na fotografiích ze začátku prosince byla nečekaně nalezena také kometa 81P/Wild, operátoři původně předpokládali, že se ji podaří identifikovat nejdříve kolem 10. prosince. Při průletu kolem jádra komet 81P/Wild však sonda Stardust získá mnohem více snímků lepší kvality. Pokud vše půjde podle plánu, máme se rozhodně nač těšit. Tak nezapomeňte 2. ledna 2004.