Hvordan lander du et rumskib på en komet?

Lurer i vores solsystems fjerntliggende bagland er to samlinger af iskolde kroppe, de frosne rester af vores solsystems dannelsesår. En, det Kuiper Bælte , ringer solen lige ud over Neptuns bane. Den anden, det Oort sky , omgiver det lokale rum et sted mellem 5, 000 og 100, 000 astronomiske enheder væk fra solen (1 AU svarer til den gennemsnitlige afstand mellem jorden og solen, cirka 93 millioner miles, eller 150 millioner kilometer). Når en iskold indbygger i et af de frigide samfund afgår for at søge eventyr i det indre solsystem, vi kalder det en komet.

De gamle grækere mistro disse "langhårede" hippy "stjerner" som uregelmæssige tegn på ulykke, men moderne astronomer værdsætter kometer for de glimt, de tilbyder i solsystemets fortid. Som frosset, primitive genstande dækket af flygtige stoffer, de fungerer som kølerum til byggestenene i vores solsystem. Som lagre af kulstoffet, brint, ilt og nitrogen, der udgør nuklein og aminosyrer, de kan også hjælpe med at forklare, hvordan livet opstod på vores planet [kilde:ESA].

Vores viden om kometer har taget fart i de seneste årtier, drevet af en række rumfartøjer, der flyver til, stævne med og endda ramming af de beskidte iskugler [kilde:ESA]:

• I 2001, NASAs Deep Space 1 -mission til braille -asteroiden i 9969 observerede senere Borrelly -kometen.
• Agenturets Stardust -mission, lanceret februar 1999, samlede støv fra kometen Wild-2 og returnerede det til Jorden i 2006.
• NASAs to-køretøj Deep Impact-mission, lanceret januar 2005, ramte en slagkugle ind i kometen Tempel-1 for at se, hvad den var lavet af.

Jo tættere vi kan komme, jo bedre:En komets lysstyrke blegner ved siden af ​​sin stjerneklar baggrund, så den trodser let observation fra landbaserede eller orbitale observatorier. Det lyser pligtvis fra udgasning , sprøjtemateriale, når det svinger til solen, men da en omgivende sky af gas og støv, eller koma , tilslører visninger af sin kerne.

Med den internationale Rosetta -mission, vi landede et rumskib på kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko i november 2014 med planer om at ride det rundt om solen.

Fartøjet skulle være lige så smidigt som en shuttlepilot og næsten lige så selvforsynende som et besætning med olieborende ruhalse, for dens tilgang måtte styre uden om, hvad kometen smed ud, og dens radioforbindelse til missionskontrol nærmede sig et 50-minutters forsinkelse [kilde:ESA]. Nu indsat, duoen orbiter og lander vil forsøge at løse nogle af de mange ubesvarede spørgsmål omkring kometer og dannelsen af ​​vores solsystem.

At komme dertil er halvdelen af ​​hårtrækket

Fanger en fartkomet, endsige lander på en, kræver trick-shot billard i astronomisk skala. Forestil dig at piske et kugleleje i en cirkel på enden af ​​en snor. Nu billede forsøger at ramme lejet med en anden snor og kugleleje. Prøv nu dette for størrelse:Hvis den streng måler 1 yards (0,9 meter) lang, så ville de to kuglelejer måle en skalaækvivalent på 10 nanometer og 4 picometre, mindre end et antistofmolekyle og et hydrogenatom.

Lad os nu tale om hastighed og kraft. Rosetta er en aluminiumskasse, der måler 9,2 x 6,9 x 6,6 fod (2,8 x 2,1 x 2,0 meter) og vejer cirka 6, 600 pund (3, 000 kg) ved lanceringen. Flyforskere havde brug for håndværket for at fange komet 67P/Churyumov-Gerasimenko, en skæv klump, der måler cirka 3 x 5 kilometer (3 x 5 kilometer) og rejser ved et klip på op til 83, 885 mph (135, 000 km / t) [kilder:ESA; ESA].

Der er kun et problem:Vi gør ikke rumfartøjer i stand til at gøre dette. I stedet, Rosetta lancerede første gang i en parkeringsbane omkring Jorden på en Ariane 5 -raket. Derefter afgik den på en 10-årig loop-the-loop-mission gennem solsystemet, lånehastighed fra gravitationelle slynger forbi Mars (i 2007) og Jorden (i 2005, 2007, 2009). Mens du krydser hoved -asteroidebæltet, Rosetta foretog også observationer af asteroider 2867 Steins (5. september, 2008) og 21 Lutetia (10. juli, 2010) [kilder:ESA; ESA; ESA; ESA].

Skrigende på et buet aflytningsforløb, den dvale Rosetta vågnede, da den nærmede sig sit stævne omkring 3,5 AU fra solen. Fordi det kom varmt ind, den tilbragte januar til maj 2014 med jævne mellemrum at trykke på sine bremsetropper, rampe ned til en relativ hastighed på 6,6 fod i sekundet (2 meter i sekundet). I august, når den indsatte sig selv i kredsløb, at hastigheden faldt yderligere, til et par centimeter i sekundet [kilder:ESA; ESA].

Derefter, som en bryllupsfotograf, håndværket brugte lidt tid på at undvige, snapper fotos og leder efter de bedste belysningsforhold. European Space Agency missionskontrol brugte disse skud til at beregne komets position, størrelse, form og rotation. En gang i kredsløb, Rosetta kortlagde kometen og observerede spin-aksens orientering, Vinkelhastighed, store vartegn og andre grundlæggende karakteristika - alt nødvendigt for at planlægge fem potentielle landingssteder [kilder:ESA; NASA].

I november, Rosetta frigav sin lander fra cirka 1 kilometer over kometen. Philae var beregnet til at røre ved menneskelig ganghastighed, ved hjælp af sine fleksible ben til at dæmpe dens rebound og en harpun til at forankre den mod kometens lave tyngdekraft, men landingen gik ikke helt som planlagt. Derfra, den vil ride på kometen i og omkring solen, udføre observationer, så længe det kan. Missionen forventes afsluttet i december 2015 [kilder:ESA; ESA; NASA].

I november 2014, Rosettas Philae lander foretog den første kontrollerede landing på en komet. Her er et par andre kometer først:

• International Komet Explorer (NASA):Først passeret gennem en komethale (kometen Giacobini-Zinner i 1985)
• Giotto (ESA):første besøg af to kometer (kometen Halley i 1986 og kometen Grigg-Skjellerup i 1992)
• Stardust (NASA):først at returnere kometstøv til Jorden (stødte på komet Wild-2 i 2004; returnerede prøver 2006)
• Dyb indvirkning (NASA):først for (med vilje) at ramme en komet (kometen Tempel-1 i 2005)

Slår rekorder, Tager målinger

Da Philae -landeren rørte ved, det blev det første fartøj nogensinde til at foretage en kontrolleret landing på en kometkerne, men dette er langt fra den eneste rekord, den vil sætte. Bemærkelsesværdigt, det vil være det første fartøj, der vove sig ud over det vigtigste asteroide bælte på solenergi alene, til trods for at, på 800 millioner miles (800 millioner kilometer), sollys falder til knappe 4 procent af jordniveauet. Landeren vil også tage de første skud, der nogensinde er taget på en komets overflade, mens Rosetta bliver det første rumfartøj, der kredser om en komets kerne, den første til at flyve wingman til en indgående komet og den første til at overvære dens solfremkaldte ændringer på nært hold [kilder:ESA; ESA].

Orbiteren er vært for forskellige gadgets, der er planlagt til at fungere sammen med landerens udstyr. Ultraviolette og termiske billeddannelsesspektrometre, sammen med et mikrobølgeinstrument, vil analysere koma og hjælpe landeren med at studere komets kerne og koma-relaterede udgasning. En indbygget radiobølge-lyd vil også hjælpe Philae med at studere komets indre struktur. Rosetta vil yderligere analysere komaens støv ved hjælp af en ionmasseanalysator, en kornslagsanalysator og støvakkumulator, og et mikro-billeddannende støvanalysesystem. Andre instrumenter vil studere komets atmosfære, ionosfære og plasmamiljø, inklusive temperatur, hastighed, gasstrømningstæthed og magnetfelt. Rosetta har også et dobbelt smal-/vidvinkelkamera, der ser i det synlige, nær infrarød og nær ultraviolette bølgelængder.

Landeren foretager 10 eksperimenter for at observere, prøve og analysere komets sammensætning, understøttet af et boresubsystem, der kan bore op til 9 tommer (23 centimeter) og levere materiale til instrumenter ombord. Blandt dem er et alfa-proton røntgenspektrometer, som adskiller kemiske elementer ved at udsætte en prøve for en radioaktiv kilde og analysere energispektre for alfapartikler, der er vendt tilbage, protoner og røntgenstråler [kilder:ESA; NASA].

Philae har også et panoramisk synligt og infrarødt kamerasystem, sammen med et landingsbillede. Det vil bruge et radiobølgesonderende system til at kortlægge komets kernestruktur og et elektrisk lyd- og akustisk overvågningssystem for at få en fornemmelse af komets mekaniske og elektriske egenskaber. En multifunktionssensor undersøger overflade- og underjordiske egenskaber, og et magnetometer og en plasma -monitor vil spore kroppens magnetfelt og ladede partikelmiljø [kilder:ESA].

To gasanalysatorer vil sortere komets overfladesminke. En, COSAC, kombinerer et gaskromatograf og massespektrometer. Den anden, PTOLEMI, bruger et ionfældemassespektrometer til at analysere faste overflader og atmosfæriske gasser [kilder:ESA; NASA].

Det er meget udstyr til at passe i to små kasser, men årtier med lancering af sonder har lært ESA og NASA en ting eller to om pakning.

Forskere betragter asteroider og kometer som nære slægtninge. Faktisk, nogle asteroider - den slags, der er lavet af løse støvsamlinger - kunne engang have været kometer. Astronomer tror også, at de-flygtige korttidskometer fra Kuiperbæltet kan ende med at cirkulere solen som stenede masser. Denne hypotese er bedst illustreret af Chiron, en massiv, halvfrosset asteroide, eller centaur objekt , cirkler rundt om solen lige uden for Saturns bane.

For at hjælpe med at belyse disse spørgsmål og andre, Rosetta brugte sin tid på at flyve gennem hovedasteroidebæltet til at studere to dårligt forståede asteroider, 21 Lutetia og 2867 Steins.

Masser mere information

Forfatterens note:Hvordan lander man et rumskib på en komet?

Jeg har i tidligere artikler skrevet om den svimlende kompleksitet ved at sende et rumskib til et bestemt planetarisk sted eller langs en bestemt bane i rummet. Selvom vi ved - eller i det mindste, undersøgelse - mange objekters baner, planeter og måner, de involverede afstande og hastigheder er, godt, astronomisk, for ikke at sige noget om de gravitationsbådser, der udøves af de forskellige masser, der cirkler rundt om solen.

Så forbløffende som sådanne præstationer er, ofte er den sværeste del af en rummission ikke at komme dertil, men hellere overleve turen. Vi har en tendens til at tage det for givet, at forudsat at lanceringen går godt, og ingen forveksler metrisk med engelske enheder, håndværket vil fungere. Jeg garanterer dig de forskere og ingeniører, der designer, bygge, (prøve, prøve, test) og lancere disse håndværk er ikke så sanguine om det. Som den plettet-i-bedste track record af tidlige planetariske sonder illustrerer, konstruere et håndværk for at overleve pladsen og dvalen i flere måneder, endsige et årti (!), stadig vurderer som en af ​​de mest ekstraordinære ingeniørbedrifter, der nogensinde er blevet forsøgt - og det er før du spænder din omhyggeligt samlede samling af instrumenter, styresystemer og fremdrift på en af ​​de kontrollerede eksplosioner, vi kalder raketter.

relaterede artikler

• 5 små lande med store rumdrømme
• Sådan fungerer kometer
• Sådan opbygger du en bedre Space Explorer
• Sådan fungerer Mars Curiosity Rover
• Hvad sker der, når solen spiser en komet?

Kilder

• European Space Agency. "Asteroide (21) Lutetia." 30. maj kl. 2012. (3. marts, 2014) http://sci.esa.int/rosetta/47389-21-lutetia/
• European Space Agency. "Asteroide (2867) Steins." 8. januar, 2014. (3. marts, 2014) http://sci.esa.int/rosetta/43356-2867-steins/
• European Space Agency. "Ariane 5." 17. september kl. 2013. (3. marts, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Launchers/Launch_vehicles/Ariane_5
• European Space Agency. "Affald af solsystemet:Asteroider." 18. november kl. 2009. (27. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Debris_of_the_Solar_System_Asteroids
• European Space Agency. "Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko." 18. december kl. 2013. (28. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Comet_67P_Churyumov-Gerasimenko
• European Space Agency. "Kometen Rendezvous." 13. november kl. 2013. (28. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Comet_rendezvous
• European Space Agency. "Kometer:En introduktion." 16. januar, 2014. (27. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Comets_-_an_introduction
• European Space Agency. "Europas kometjager". (26. februar kl. 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Europe_s_comet_chaser
• European Space Agency. "Kometære missioners historie." 9. oktober kl. 2103. (26. februar, kl. 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/History_of_cometary_missions
• European Space Agency. "Hvor mange kometer er der?" (27. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/How_many_comets_are_there
• European Space Agency. "Liv og overlevelse i dybt rum." 1. november kl. 2004. (3. marts, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Life_and_survival_in_deep_space
• European Space Agency. "Oversigt over Europas rumhavn." (3. marts kl. 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Launchers/Europe_s_Spaceport/Overview_of_Europe_s_Spaceport
• European Space Agency. "Philaes instrumenter." 20. december kl. 2013. (28. februar, 2014) http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2013/12/Philae_s_instruments_black_background
• European Space Agency. "Rosettas ofte stillede spørgsmål." (5. marts kl. 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Frequently_asked_questions
• European Space Agency. "Rosetta Lander." 16. januar, 2014. (27. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/The_Rosetta_lander
• European Space Agency. "Rosetta Orbiter." 16. januar, 2014. (27. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/The_Rosetta_orbiter
• European Space Agency. "Den lange tur." 12. november kl. 2013. (28. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/The_long_trek
• European Space Agency. "Hvor livet begyndte." 9. november kl. 2007. (27. februar, 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Where_life_began
• European Space Agency. "Hvorfor 'Rosetta'?" (26. februar kl. 2014) http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Why_Rosetta
• Max Planck Institute for Solar System Research. "COSAC - Kometarprøveudtagning og sammensætningseksperiment." (28. februar, 2014) http://www.mps.mpg.de/1979406/COSAC
• NASA. "Mars Pathfinder -instrumentbeskrivelser." (28. februar, 2014) http://mars.jpl.nasa.gov/MPF/mpf/sci_desc.html#APXS
• NASA. "Ptolemaios." (28. februar, 2014) http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/experimentDisplay.do?id=PHILAE%20%20%20-05
• NASA. "Philae." National Space Science Data Center. (3. marts kl. 2014) http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=PHILAE