Jak bombardowano kometę?
Niemal pół wieku temu, jako początkujący astronom poznający tajniki ruchów komet, z ciekawością śledziłem w literaturze naukowej doniesienia o poszukiwaniu zagubionej od prawie 80 lat krótkookresowej komety Tempel 1 i o jej odnalezieniu drogą rachunkową w 1967 roku. Sukces ten odczytywałem wtedy jako pouczający przykład szans, jakie badaniom kometarnym stwarzała rodząca się właśnie informatyka i coraz powszechniejsze wykorzystywanie nowych technik obliczeniowych. Nie przypuszczałem jednak, że i u schyłku życia kometa ta znowu znajdzie się w kręgu moich zainteresowań, a niezwykłej historii jej badań poświęcę jeszcze wiele uwagi.
Kometę 9P/Tempel 1 odkrył 3 kwietnia 1867 roku pracujący w Marsylii niemiecki astronom Ernst Wilhelm L. Tempel (1821–1889). Udało się ją dostrzec pewnie dlatego, że okrążając Słońce po eliptycznej orbicie, przelatywała w tym czasie stosunkowo blisko Ziemi: w minimalnej odległości 0,57 AU znalazła się 15 maja 1867 roku. Wprawdzie nie dało się jej zobaczyć gołym okiem, ale przez lunety obserwowano ją prawie do końca sierpnia. Prześledzenie jej ruchu po niebie pozwoliło na obliczenie toru jej rzeczywistego ruchu wokół Słońca, które okrążała wtedy co 5,6 roku.
Znajomość orbity komety pozwoliła przewidzieć, kiedy i gdzie będzie można ją znowu zobaczyć na niebie. Dzięki temu udało się ją zaobserwować podczas kolejnych powrotów w pobliże Słońca w roku 1873 (od 4 kwietnia do 1 lipca) i 1879 (od 25 kwietnia do 8 lipca). Ale w 1881 roku zbliżyła się do Jowisza na stosunkowo niewielką odległość 0,55 AU, co – wskutek silnego oddziaływania grawitacyjnego masywnej planety – doprowadziło do wydłużenia okresu jej obiegu wokół Słońca do 6,5 roku i zwiększenia minimalnej odległości od Słońca, czyli odległości peryhelium, z 1,8 AU do 2,1 AU. Tak duża zmiana orbity spowodowała, że próby jej odnalezienia w następnych pojawieniach się nie powiodły się i kometę Tempel 1 trzeba było uznać za zagubioną. Podejrzewano nawet, że mogła w ogóle przestać istnieć w rezultacie np. rozpadu na mniejsze fragmenty, podobnie jak rozpadła się obserwowana wcześniej słynna kometa Bieli.
Na początku lat 60. ubiegłego wieku, dzięki wykorzystaniu do badań astronomicznych coraz szybciej rozwijających się nowych technik obliczeniowych, niedawno zmarły znany amerykański badacz ruchów komet, Brian G. Marsden (1937–2010), policzył, że kometa Tempel 1 zbliżyła się do Jowisza także w roku 1941 (na odległość 0,41 AU) i 1953 (na odległość 0,76 AU). Uwzględniając w rachunkach dokładnie wszystkie zakłócenia, jakie w jej ruchu powodowały te bliskie przeloty koło Jowisza, a także oddziaływania grawitacyjne pozostałych planet, podał, kiedy i gdzie w najbliższej przyszłości powinna być na niebie widoczna zagubiona kometa.
W 1967 roku wybitna amerykańska obserwatorka komet, Elizabeth Roemer (ur. 1929), zrobiła zdjęcie sugerowanego przez Marsdena fragmentu nieba, na którym powinna bardzo słabym blaskiem świecić poszukiwana kometa, ale nie licząc zbytnio na jej odnalezienie, zajęła się opracowaniem fotografii dopiero po roku. Jakież było zdziwienie i radość obu astronomów, gdy bardzo blisko przewidywanej rachunkowo pozycji dostrzeżono na kliszy mgiełkę, która okazała się obrazem komety Templa. Jedna obserwacja nie pozwalała jednak na wiarygodne ulepszenie przewidywań czasu i miejsca kolejnego pojawienia się komety.
Dotychczasowe obliczenia Marsdena umożliwiły jednak Roemer ponowne jej zaobserwowanie 11 stycznia 1972 roku, czyli podczas kolejnego powrotu w pobliże Słońca. Jej ruch po niebie śledzono tym razem już przez pół roku, a zebrany w ten sposób bogaty materiał obserwacyjny posłużył do jeszcze lepszego obliczenia elementów orbity. Odnalezienie tak długo niewidzianej komety było doniosłym osiągnięciem i odbiło się szerokim echem w kręgach badaczy komet.
Od tej pory kometa Tempel 1 jest już obserwowana podczas każdego przejścia przez peryhelium, które obecnie zachodzi co 5,5 roku. Wyraźna zmiana jej orbity nastąpi dopiero po jej kolejnym przelocie koło Jowisza 26 maja 2024 roku w odległości 0,55 AU. Odległość peryhelium wzrośnie wtedy do 1,77 AU, a okres obiegu wokół Słońca wydłuży się do 6 lat. Następne zbliżenie do Jowisza 7 kwietnia 2034 roku na 0,91 AU zwiększy jej minimalną odległość od Słońca do 1,93 AU i okres obiegu do 6,3 roku.
Przewiduje się, że w jeszcze dalszej przyszłości kometa nadal będzie się powoli odsuwała od Słońca, ale w ciągu najbliższych 300 tys. lat jej orbita nie oddali się od niego bardziej niż na 10 AU. W połowie 2005 roku kometa przeszła przez punkt swej orbity znajdujący się najbliżej Słońca (odległość peryhelium wyniosła 1,51 AU 5 lipca 2005 roku) i wtedy właśnie jej jądro dosięgnął pocisk wyniesiony z Ziemi na pokładzie sondy kosmicznej Deep Impact.
Podobnie jak 50 lat temu komputery zrewolucjonizowały badania ruchów komet, tak 25 lat temu techniki kosmiczne otworzyły zupełnie nowe możliwości fizycznych badań tych obiektów. Sięgając pamięcią do połowy lat 80., trudno nie zauważyć, że nie byłoby dziś spektakularnych sondowań komety Templa, gdyby nie obfitujące w sukcesy badania komety Halleya w 1986 roku.
Przypomnijmy, że koło jądra tej najsłynniejszej z komet przeleciało wtedy kilka sond kosmicznych (na pokładzie radzieckich obiektów WEGA 1 i 2 znajdowała się również polska aparatura pomiarowa). Te bezprecedensowe odwiedziny komety Halleya przez całą armadę statków kosmicznych, wzbogacone licznymi obserwacjami teleskopowymi z powierzchni Ziemi, zwielokrotniły wiedzę o tych ciągle tajemniczych ciałach niebieskich. To przede wszystkim dzięki tamtym osiągnięciom zrozumieliśmy, że komety są po prostu pozostałościami tworzywa, z którego ponad 4,5 mld lat temu uformował się Układ Słoneczny. Rozpoczęte 25 lat temu sondowanie komet jest więc dziś jednym z priorytetowych kierunków rozwoju badań kosmicznych.
Kometa Tempel 1 należy do grupy kilku komet krótkookresowych, które stosunkowo często były brane pod uwagę podczas projektowania różnych misji kosmicznych. Jednym z powodów jest zapewne to, że węzeł zstępujący jej orbity znajduje się blisko peryhelium, z czego wynika, że podczas ruchu wokół Słońca kometa przecina płaszczyznę, w której Ziemia obiega Słońce, w okresie swej największej aktywności, znajdując się w najmniejszej odległości nie tylko od Słońca, ale i od orbity Ziemi. Sonda kosmiczna wystrzelona z Ziemi w odpowiednim momencie może ją wtedy osiągnąć najmniejszym kosztem i badać w najciekawszym czasie okresowych zmian jej stanu fizycznego.
Niezwykle ambitny projekt zbadania m.in. tej właśnie komety został ogłoszony już w połowie 1986 roku, zaledwie trzy miesiące po pamiętnym przelocie kilku sond kosmicznych przez głowę komety Halleya. Misja ta nie doczekała się niestety realizacji. Nie udało się także sfinalizować rozpoczętej pod koniec lat 90. ubiegłego wieku przez NASA, wspólnie z francuską agencją kosmiczną CNES, próby zbadania komety Tempel 1 w ramach misji Deep Space 4/Champollion. Jej pierwotnym zadaniem miało być dostarczenie na Ziemię (w 2010 roku) próbek materii pobranej z powierzchni jądra komety.
Wkrótce po rozpoczęciu przygotowań zawężono jednak śmiałe początkowe zamierzenia do badań materii podpowierzchniowej jądra od razu po jej pobraniu na pokładzie urządzenia, które na nim wyląduje. Plan przewidywał, że sonda Deep Space 4 o masie startowej 1051 kg (z czego 160 kg przypadało na aparat lądujący) zostanie wystrzelona z przylądka Canaveral na Florydzie 19 kwietnia 2003 roku. Poruszając się wokół Słońca, dotrze do komety 22 kwietnia 2006 roku i w wyniku odpowiednich manewrów zacznie okrążać jej jądro jako sztuczny satelita. Nastąpi to w czasie słabnącej już aktywności komety, ponieważ jej przejście przez peryhelium miało miejsce – jak wspomniano wyżej – 5 lipca 2005 roku.
Po kilku miesiącach szczegółowych obserwacji i badań jądra w połowie września 2006 roku miała być podjęta próba osadzenia na jego powierzchni lądownika Champollion. Jego nazwa miała upamiętniać Jeana F. Champolliona (1790–1832), francuskiego egiptologa, który pierwszy odczytał hieroglify na słynnym Kamieniu z Rosetty. Dystans dzielący kometę od Słońca wynosił wtedy około 3,4 AU, co – wobec zanikającego strumienia gazu i pyłu emitowanego z jądra w tej odległości – stwarzało szansę bezpiecznego wykonania tego trudnego zadania.
Oczekiwano, że podczas 80 godzin pracy na powierzchni jądra komety Tempel 1 aparatu Champollion za pomocą specjalnego świdra zostaną wydobyte próbki materii kometarnej z głębokości najpierw 20 cm, a potem nawet 100 cm i wspólnie z pobranymi z powierzchni zostaną poddane fizycznym i chemicznym badaniom, których wyniki będą przekazane na Ziemię. Spodziewano się, że uda się przeprowadzić nawet kilka takich wierceń w różnych miejscach. Lądownik miał być także wyposażony w kilka kamer nie tylko do mikroskopowego fotografowania pobranych cząstek materii, ale także do wykonania zdjęć panoramicznych otoczenia z wysokości 1,5 m nad powierzchnią.
Warto wspomnieć, że twórcy Champolliona byli poważnie zainteresowani polskim rozwiązaniem urządzenia do penetrowania warstw podpowierzchniowych jądra komety, które w tym czasie powstawało w Centrum Badań Kosmicznych PAN dla europejskiej misji Rosetta (start sondy Rosetta, z polskim przyrządem na pokładzie, do dziesięcioletniego lotu do komety Churyumova-Gerasimenki nastąpił 2 marca 2004 roku). Kto wie, może gdyby nie przerwano prac nad misją Deep Space 4 w połowie 1999 roku (z powodu cięć w budżecie NASA), polski przyrząd znalazłby się także na pokładzie próbnika kometarnego Champollion?
Mniej więcej w tym samym czasie, gdy z planów NASA skreślano kosztowną misję Deep Space 4/Champollion, zapadła decyzja o realizacji znacznie tańszej, choć nie mniej atrakcyjnej misji Deep Impact. Jej zadaniem również miała być penetracja warstw podpowierzchniowych jądra kometarnego, a obiektem badawczym – ta sama kometa Tempel 1. Ale metoda, którą zamierzano ten cel osiągnąć, wydawała się dużo prostsza: zamiast trudnego technicznie lądowania na powierzchni postanowiono ją zbombardować (…)
GRUPA MEDIA INFORMACYJNE & ADAM NAWARA |
