Deep Impact aneb "Drtivý dopad"

Mise Deep Impact je společným projektem University of Maryland a Jet Propulsion Laboratory pařící k NASA, dodavatelem veškerých letových systémů je firma Ball Aerospace and Technologies Corporation. Její start, původně plánovaný na 30. prosince 2004, byl z technických důvodů odsunut na 12. ledna 2005, kdy bude sonda vynesena raketou Boeing Delta II 2925 na oběžnou dráhu kolem Země a vydá se na svou cestu ke kometě 9P/Tempel. Letová fáze mise potrvá jen 6 měsíců, neboť průlet kolem jádra 9P se má uskutečnit už 4. července (již tradičně na Den nezávislosti) roku 2005. Příprava a průběh mise však zabraly asi 6 let, do kterých je započtena také předpokládaná devítiměsíční lhůta na první zpracování dat.

Sonda Deep Impact je tělesem o rozměrech 3,3 m x 1,7 m x 2,3 m složeným ze dvou částí - mateřského tělesa a impaktoru - o celkové vzletové hmotnosti 1020 kg. Je vybavena parabolickou vysokoziskovou anténou, která umožní přenášet data rychlostí až 175 kb za sekundu. Komunikace se sondou probíhá v pásmu X. Navíc je využíváno také pásmo S pro předávání informací mezi sondou a impaktorem po jeho oddělení od mateřského tělesa. Energie pro všechny přístroje je získávána panely solárních článků o ploše 7,5 m², které v době setkání s kometou (ve vzdálenosti cca 1,5 AU od Slunce) budou dodávat 620 W.

Mateřské těleso sondy Deep Impact je vybaveno hlavními zobrazovacími systémy HRI a MRI, které budou snímkovat povrch jádra před i po dopadu impaktoru. Sonda bude také podrobně dokumentovat jevy doprovázející samotnou srážku. Jejím dalším úkolem je zajištění hladkého oddělení impaktoru, jeho navedení na cíl, komunikace s ním, převzetí získaných dat a jejich odeslání na Zemi.

HRI (High Resolution Instrument) je teleskop s multispektrální CCD kamerou vybavený primárním zrcadlem o průměru 30 cm a ohniskové vzdálenosti 10,5 m. Kamera poskytuje ve viditelné oblasti spektra snímky s rozlišením 1024 x 1024 pixelů a při velikosti obrazového bodu 21 mikrometrů je schopná dosáhnout rozlišení až 1,4 m na pixel ze vzdálenosti 700 km, což je minimální předpokládaná vzdálenost, která bude dělit mateřské těleso Deep Impact od komety 9P/Tempel. Zorné pole přístroje HRI je však pouze 0,118°. Kromě detekce viditelného záření je zařízení HRI schopné pracovat také v infračervené oblasti spektra v rozsahu vlnových délek 1,5 - 4,8 mikrometrů. Snímky v IR budou mít formát 512 x 256 obrazových bodů při velikosti pixelu 36 mikrometrů a zorném poli 0,29°.

Přístroj MRI je v podstatě funkční zálohou HRI a v nouzi je schopen částečně zastat jeho úlohu. Je osazen primárním zrcadlem o průměru 12 cm s ohniskovou vzdáleností 2,1 m a vybaven CCD kamerou, která však pracuje jen ve viditelné oblasti spektra. Zato je ale schopná dodávat různě veliké snímky až do formátu 1024 x 1024, jelikož je vybavena funkcí Split Frame Transfer - přenos rozděleného snímku. Velikost jednoho pixelu je stejná jako u HRI, což v maximálním přiblížení k jádru komety dává rozlišení asi 7 m na pixel. V ideálním případě by v okamžiku nejtěsnějšího průletu mělo jádro komety zabírat asi 0,8 zorného pole MRI, které je 0,587°. Hlavním úkolem MRI je tedy snímat jádro a vnitřní komu jako celek. Navíc v době pobytu sondy v komě je jeho vyšší světelnost a širší zorné pole vhodné pro navigaci pomocí pointace na zvolenou skupinu hvězd.

Kromě zmíněných HRI a MRI je mise Deep Impact vybavena zaměřovačem ITS, který je svou stavbou (kromě sady filtrů) totožný s MRI. ITS je zabudován uvnitř impaktoru a slouží jako hlavní navigační zařízení při sestupu dopadové části směrem k jádru. Jeho osa je orientována tak, aby neustále mířila směrem k cíli - paralelně s vektorem rychlosti. Bude tedy schopen průběžně pořizovat snímky pravděpodobně s rozlišením až 0,5 m na pixel nebo dokonce lepším (těsně před kolizí s jádrem). To však záleží na tom, nebude-li jeho optická soustava zničena dříve v důsledku srážek s částicemi prachu. Data budou ukládána na paměťové médium (pouze 17 MB - cca 35 snímků) a postupně přenášena rychlostí 64 kb za sekundu na mateřské těleso. Spojení v pásmu S je možné na vzdálenost asi 8700 km.

Impaktor o hmotnosti 370 kg bude oddělen od mateřského tělesa 24 hodin před průletem kolem jádra. Od té chvíle bude napájen z vlastních zdrojů - baterií. Na jádro dopadne rychlostí 10,2 km.s^-1 (s kinetickou energií ekvivalentní výbuchu 4,8 t TNT) a vytvoří kráter o velikosti fotbalovému hřišti. Pro úspěšný zásah je potřebná přesná navigace. Ze vzdálenosti takřka milionu kilometrů je třeba při rychlosti 10,2 km.s^-1 zasáhnout cíl o průměru 6 km.

Proto je impaktor vybaven autonomním navigačním systémem, původně vyvinutým pro experimentální sondu Deep Space I. Ten využívá vysoce přesný optický systém ITS (měření úhlů s přesností lepší než 1 mikrorad, tedy asi 0,2") k pointaci impaktoru na hvězdy a jádro komety s odchylkou 3 mrad ~ 0,172°, čímž je dostatečně zajištěn požadovaný směr letu a dopad do cílové oblasti s chybou do 300 m. Pokyny navigačního systému jsou na pohyb impaktoru přenášeny sadou hydrazinových motorků, které jsou schopny docílit celkovou změnu rychlosti o 15 m.s^-1 a kontrolovat trajektorii letu s přesností 1 mm.s^-1.

Impaktor je ze 49% vyroben z mědi namísto obvykle používaného hliníku. Důvodem je fakt, že při zásahu jádra dojde k destrukci impaktoru. Při výbuchu se uvolní značné množství částic, které by, v případě použití hliníku, vyzařovaly právě na vlnových délkách, které jsou využívány ke zkoumání jádra. Použitím mědi se možnost kontaminace minimalizuje a nedojde tak ke znehodnocení cenných výsledků.

Bez zajímavosti také není předpoklad, že v důsledku kolize impaktoru s jádrem je očekáváno explozivní zvýšení aktivity komety. Dopad impaktoru na jádro je titiž pokusem o umělé vytvoření nové aktivní oblasti, která svou velikostí může zmnohonásobit plochu, na které k uvolňování materiálu z jádra komety 9P/Tempel v současností dochází. V důsledku střetu s impaktorem by na několik desítek hodin až dní mohlo dojít ke zvýšení jasnosti až o 6 magnitud. V souvislosti s tím je vyhlášen program pozorování komety 9P/Tempel pro amatérské i profesionální astronomy z celého světa.

Kometa 9P/Tempel byla objevena 3. dubna 1867 a nese jméno svého objevitele, kterým byl Ernst Wilhelm Leberecht Tempel z Marseilles ve Francii. Kometu nalezl vizuálně jako objekt o jasnosti +9 mag. Její návrat v roce 1867 byl z pohledu pozorovatelů na Zemi velmi výhodný. Kometa proletěla ve vzdálenosti pouhých 0,567 AU od Země, a to jen 9 dní před průchodem periheliem. Už při tomto prvním pozorovaném návratu byla rozeznána její periodičnost a stanovena doba oběhu kolem Slunce na 5,68 roku. Díky spočtené dráze tak kometa mohla být znovuobjevena již při následujícím průchodu přísluním v roce 1873. Poté byla pozorována ještě v roce 1879. V roce 1881 však prošla v těsné vzdálenosti 0,55 AU od Jupiteru a v důsledku jeho gravitačního působení došlo k poměrně výrazné změně její dráhy. Vzdálenost perihelia stoupla z 1,8 AU na 2,1 AU a prodloužila se také perioda oběhu - na 6,5 roku. Díky tomu se kometa stala pro pozemské pozorovatele značně slabší a v letech 1898 ani 1905 se jí nepodařilo znovuobjevit ani fotograficky. Teprve v roce 1963 B. G. Marsden ve své práci zabývající se ztracenými kometami včetně 9P/Tempel provedl výpočty, do kterých po korekci dráhy z roku 1881 zahrnul také další přiblížení k Jupiteru v letech 1941 a 1953. Ukázalo se, že tato setkání snížila vzdálenost přísluní dokonce na hodnoty nižší, než byly ty v době objevu, a navíc kometu uvedla na dráhu blízkou rezonanci 1:2 s planetou Jupiter. Na základě nově vypočtené dráhy B.G. Marsden také učinil předpovědi pro návraty v letech 1967 a 1972, načež se kometu podařilo v roce 1968 zpětně nalézt na jediném snímku z roku 1967 jako objekt +18 mag. To však nestačilo k jejímu definitivnímu znovuobjevení. K tomu došlo teprve při následujícím návratu v roce 1972, kdy kometa dosáhla jasnosti asi +11 mag. Od té doby je pozorována pravidelně. Další výpočty ukázaly, že zatímco vzdálenost perihelu se u komety 9P/Tempel pohybuje v rozmezí do 10 AU již 3.105 let, je afelium mnohem méně stabilní. Inklinace dráhy byla stejně nízká jako nyní po celou dobu, po jakou mají smysl provedené numerické simulace. V současnosti se kometa 9P/Tempel nachází na dráze mezi Jupiterem a Marsem s periodou oběhu 5,5 roku a excentricitou 0,5. Tyto hodnoty se však budou v budoucnu měnit v důsledku dalších přiblížení k planetě Jupiter.

Zdroj: Hvězdárna Vsetín.