Kako sletjeti na komet?

Kao voditelj misije Rosetta, Fred Jansen bio je odgovoran za uspješno slijetanje sonde na komet poznat kao 67P/Čurjumov-Gerasimenko 2014. godine. U ovom zanimljivom i zabavnom govoru Jansen otkriva kakvi su složeni izračuni doveli do spuštanja sonde Philae na komet 500 milijuna kilometara udaljen od Zemlje te pokazuje očaravajuće fotografije snimljene na tom putu.

Želio bih vas povesti na epsko putovanje
svemirske letjelice Rosetta.

Praćenje i prizemljavanje sonde na komet

bila je moja strast zadnjih dvije godine.

Da bih to učinio,

moram vam objasniti nekoliko stvari
o postanku Sunčevog sustava.

Prije četiri i pol milijarde godina,

postojao je samo oblak plina i prašine.

U središtu tog oblaka
nastalo je naše Sunce i upalilo se.

Istovremeno je nastalo ono što danas
zovemo planetima, kometima i asteroidima.

Zatim, kaže teorija,

kad se Zemlja
oblikovala i ohladila,

bila je izložena udarima
brojnih kometa koji su donijeli vodu.

Oni su vjerojatno na Zemlju
donijeli i složene organske spojeve

i tako pokrenuli razvoj života.

Možete to usporediti sa slaganjem
slagalice od 250 komada,

umjesto od njih dvije tisuće.

Kasnije su veliki planeti
poput Jupitera i Saturna,

koji nisu bili ondje gdje su danas,

gravitacijom djelovali jedni na druge

i očistili cijeli Sunčev sustav,

a ono što danas nazivamo kometima

završilo je u takozvanom
Kuiperovom pojasu,

što je pojas objekata
iza Neptunove orbite.

Ponekad ti objekti
nalete jedan na drugoga,

gravitacijski se odbiju,

a zatim ih Jupiterova gravitacija
ponovno privuče u Sunčev sustav.

Oni tada postanu kometi
koje vidimo na nebu.

Ovdje je važno napomenuti
da su se u međuvremenu,

tijekom četiri i pol milijarde godina,

ti kometi nalazili izvan
Sunčevog sustava

i nisu se promijenili --

oni su duboko zamrznute verzije
našeg Sunčevog sustava.

Na nebu izgledaju ovako.

Prepoznajemo ih po repovima.

Zapravo imaju dva repa.

Jedan je rep od prašine,
koji Sunčev vjetar otpuše.

Drugi je ionski rep,
od nabijenih čestica

koje prate magnetsko polje
Sunčevog sustava.

Tu je koma,

zatim jezgra, koja se ovdje
ne vidi jer je premalena.

Imajte na umu da se,
kad je u pitanju Rosetta,

ta svemirska letjelica nalazi
u tom središnjem pikselu.

Udaljeni smo od kometa
tek 20, 30, 40 kilometara.

Dakle, što je potrebno zapamtiti?

Kometi sadrže izvorni materijal od
kojeg je načinjen naš Sunčev sustav

tako da su idealni
za proučavanje elemenata

koji su bili prisutni u vrijeme
nastanka Zemlje i života na njoj.

Pretpostavlja se također da su kometi

na Zemlju donijeli elemente
koji su pokrenuli razvoj života.

Godine 1983., ESA je pokrenula
dugoročni program Horizon 2000,

a jedna od njegovih ključnih točaka
bila je misija slijetanja na komet.

Usporedno je pokrenuta manja
misija Giotto, koju vidite ovdje,

a ona je 1986. proletjela pokraj
Halleyevog kometa, s drugim letjelicama.

Rezultati te misije jasno su pokazali

da su kometi idealna tijela za proučavanje
i razumijevanje našeg Sunčevog sustava.

I tako je misija Rosetta
odobrena 1993. godine,

i izvorno je trebala biti
lansirana 2003.,

ali došlo je do problema
s raketom Ariane.

Međutim, naša služba za odnose
s javnošću entuzijastično je

već bila dala izraditi 1000
porculanskih tanjura

s imenom pogrešnog kometa.

Tako da otad više ne moram kupovati
porculansko posuđe. To je dobra strana.

(Smijeh)

Kad je problem riješen,

2004. godine otisnuli smo se sa Zemlje

na novoodabran komet
Čurjumov-Gerasimenko.

Taj je komet odabran prvenstveno zato

jer je, pod A, morao biti pristupačan

i B, nije smio predugo
biti u Sunčevom sustavu.

Taj je komet u Sunčevom sustavu
od 1959. godine.

Tada mu je Jupiter po prvi put
skrenuo putanju

i približio se dovoljno blizu
Suncu da se počne mijenjati.

Tako da je to vrlo nov komet.

Rosetta je u mnogočemu
bila prva u povijesti.

Prvi je satelit koji je
kružio u orbiti oko kometa,

te ga pratio tijekom cijele putanje
oko Sunčevog sustava --

najviše će se približiti Suncu
u kolovozu, kao što ćemo vidjeti,

i onda se ponovno udaljiti.

Prvi je satelit koji je
ikada sletio na komet.

Kružili smo oko kometa
pomoću nečega što nije

uobičajeno za svemirsku letjelicu.

Obično pogledate nebo i znate
kamo pokazujete i gdje se nalazite.

U ovom slučaju, to nije bilo dovoljno.

Pri navigaciji smo se koristili
obilježjima samoga kometa.

Prateći obilježja poput stijena i kratera,

znali smo gdje se nalazimo
u odnosu na komet.

I naravno, to je prvi satelit koji je
stigao dalje od Jupiterove orbite

pomoću solarnih ćelija.

To zvuči više herojski
nego što to zaista jest,

zato što tehnologija korištenja
radioizotopskih termalnih generatora

tada nije bila dostupna u Europi,
tako da nismo imali drugog izbora.

Ali ovi su solarni paneli veliki.

Ovo je jedno krilo i to nisu
posebno odabrani niski ljudi.

Oni su poput vas i mene.

(Smijeh)

Imamo dva takva krila
od 65 četvornih metara.

Naravno, kasnije,
kad stignete do kometa,

otkrijete da 65 četvornih metara jedara

blizu tijela koje ispušta plin
i nije najpraktičniji izbor.

Kako smo došli do kometa?

Zbog Rosettine znanstvene svrhe,
morali smo otići

jako daleko, na udaljenost četiri puta
veću od one između Zemlje i Sunca,

i pri puno većoj brzini nego
što bismo je mogli postići uz gorivo

jer bi nam trebalo šest puta više
goriva nego što teži cijela letjelica.

Dakle, što učiniti?

Valja iskoristiti gravitacijske praćke

gdje prilikom prolaska kraj planeta
na vrlo malenoj visini

od nekoliko tisuća kilometara,

možete besplatno iskoristiti
brzinu kretanja tog planeta oko Sunca.

Učinili smo to nekoliko puta.

Iskoristili smo Zemlju,
Mars i Zemlju još dva puta,

i letjeli smo uz dva asteroida,
Lutetiju i Steins.

Zatim smo se 2011. toliko udaljili od
Sunca da se letjelica našla u problemima.

Nismo je više mogli spasiti

pa smo je stavili u mirovanje.

Sve smo ugasili osim jednog sata.

Ovdje je bijelom bojom prikazana
putanja i način na koji funkcionira.

Vidite da se taj krug
koji smo imali na početku -

označen bijelom bojom -
postupno pretvorio u elipsu

i konačno smo stigli do kometa

u svibnju 2014., te smo
trebali započeti sa spajanjem.

Na putu tamo, prošli smo uz Zemlju i
snimili pokoju sliku da isprobamo kamere.

Ovo je izlazak Mjeseca nad Zemljom,

a ovo je ono što danas zovemo "selfie",

riječ koja u to vrijeme, usput,
nije postajala. (Smijeh)

Mars snimljen pomoću CIVA kamere.

To je jedna od kamera na sondi,

snima ispod solarnih panela

i vidite planet Mars
i solarne panele u daljini.

Kad smo u siječnju 2014.
izašli iz mirovanja,

započeli smo približavanje kometu

i u svibnju stigli na udaljenost od
dva milijuna kilometara od kometa.

Međutim, brzina
letjelice je bila prevelika.

Išli smo 2 800 km na sat brže
nego komet, tako da smo morali kočiti.

Morali smo napraviti osam manevra

i kao što vidite ovdje,
neki od njih su poprilično dugački.

Prvo smo trebali kočiti
nekoliko stotina kilometara na sat,

što je trajalo sedam sati

i za što je iskorišteno 218 kg goriva.

Bilo je to sedam vrlo napetih sati
jer je 2007. godine

došlo do propuštanja u
Rosettinom pogonskom sustavu.

i morali smo zatvoriti odjeljak,

tako da je sustav radio pri tlaku

za koji nije bio dizajniran
niti namijenjen.

Zatim smo se približili kometu
i ovo su bile prve slike koje smo vidjeli.

Rotacija kometa u stvarnosti
traje dvanaest i pol sati,

tako da je ovo ubrzana snimka,

ali razumjet ćete zašto su naši
inženjeri dinamike leta smatrali

da ovamo neće biti lako sletjeti.

Nadali smo nekoj vrsti
krumpirastog oblika

koji bi olakšavao slijetanje.

Ostala nam je samo nada
da će možda biti gladak.

Ne. Nije bio niti to. (Smijeh)

Tako da je u tom trenutku
postalo jasno da ćemo neizbježno

morati mapirati to tijelo
do u najsitnije pojedinosti,

jer smo morali pronaći
ravno područje promjera 500 metara.

Zašto 500 metara? To je greška koja se
događa prilikom slijetanja sonde.

I prošli smo kroz taj proces
i mapirali komet.

Koristili smo tehniku
koja se zove fotoklinometrija.

Koristite sjene koje stvara Sunce.

Ovdje vidite stijenu koja
se nalazi na površini kometa,

a iznad nje sja Sunce.

Pomoću te sjene, koristeći svoj mozak,

možemo odmah ugrubo odrediti
kakvog je oblika stijena.

To se može programirati u računalo,

prekriti cijeli komet i mapirati ga.

U tu smo se svrhu u kolovozu
počeli kretati posebnim putanjama.

Prvo, trokut sa stranama
od 100 kilometara

na udaljenosti od 100 kilometara

i to smo onda ponovili na 50 kilometara.

U tom smo trenutku već
promotrili komet iz svih kuteva

i mogli smo koristiti tu tehniku
kako bismo ga mapirali.

To je dovelo do odabira
mjesta za slijetanje.

Cijeli proces koji smo morali proći
od mapiranja kometa

do pronalaska konačnog
mjesta za slijetanje trajao je 60 dana.

Nismo imali više.

Da vam to predočim, prilikom
prosječne misije na Mars

stotine znanstvenika
godinama se sastaju

prije nego odluče kamo će se ići.

Mi smo imali 60 dana i to je bilo to.

Naposljetku smo izabrali mjesto za slijetanje

i bile su pripremljene naredbe
za Rosettino lansiranje Philae.

To funkcionira tako da Rosetta
mora biti na točno određenom mjestu

i usmjerena prema kometu
jer je sonda neaktivna.

Sonda se tada otpušta i
usmjerava prema kometu.

Rosetta se trebala okrenuti

kako bi kamere bile usmjerene
prema Philae dok se udaljavala

i kako bi mogle komunicirati.

Slijetanje je trajalo sedam sati.

Napravimo jednostavan izračun:

da je u izračunu Rosettine brzine došlo
do pogreške od 1 centimetra u sekundi,

a sedam sati je 25 000 sekundi,

to bi značilo pogrešku od
252 metra u odnosu na komet.

Tako da smo trebali znati brzinu Rosette

mnogo bolje nego
jedan centimetar po sekundi

i njen položaj u svemiru
preciznije nego 100 metara

na 500 milijuna kilometra od Zemlje.

To nije mala stvar.

Dopustite mi da vas brzo provedem
kroz znanstvenu podlogu i instrumente.

Neću vam dosađivati
detaljima o svim instrumentima,

ali ima sve.

Možemo onjušiti plin,
izmjeriti čestice prašine,

njihov oblik, sastav,

opskrbljena je magnetometrima, svime.

Ovo je jedan od rezultata dobiven
instrumentom koji mjeru gustoću plina

na Rosettinom položaju,

tako da je to plin koji potječe s kometa.

Donji je graf iz rujna prošle godine.

Postoji dugoročno odstupanje
što i nije iznenađujuće,

ali vide se oštri šiljci.

To je dan kometa.

Možete vidjeti utjecaj Sunca
na isparavanje plinova

i činjenicu da se komet rotira.

Dakle, čini se da postoji jedno mjesto

odakle izlazi puno toga.

Sunce ga zagrijava, a onda
se hladi na stražnjoj strani.

Možemo vidjeti i varijacije gustoće.

Ovo su plinovi i organski spojevi

koje smo već izmjerili.

Možete vidjeti da je to zadivljujuća lista

i još će puno, puno toga uslijediti

jer će biti još mjerenja.

Zapravo, u Houstonu se
upravo održava konferencija

na kojoj će biti predstavljen
velik dio ovih rezultata.

Izmjerili smo i čestice prašine.

Vama to neće puno značiti,

ali znanstvenike je ovo oduševilo.

Dvije čestice prašine:

desnu su nazvali Boris
i gađali je česticama tantala

kako bi ju mogli analizirati.

Pronašli su natrij i magnezij.

To nam govori da se radi o
koncentraciji tih dvaju materijala

u trenutku nastanka Sunčevog sustava.

Tako smo naučili koji su
elementi bili prisutni

u vrijeme nastanka planeta.

Naravno, jedna od važnijih stvari
jest dobivanje slika.

Ovo je snimila jedna od kamera na Rosetti,
kamera OSIRIS,

i ta je slika završila na
naslovnici časopisa Science

objavljenog 23. siječnja ove godine.

Nitko nije očekivao da
će ovo tijelo ovako izgledati --

stijene, kamenje --izgleda
kao Half Dome u Yosemiteu

više nego bilo što drugo.

VIdjeli smo i stvari poput ove:

dine i na desnoj strani, čini se,
brazde nastale djelovanjem vjetra.

Znamo za njih s Marsa, ali
ovaj komet nema svoju atmosferu,

tako da je teško stvoriti takvu brazdu.

Možda je to mjestimično
ispuhivanje plinova,

stvari koje odu gore i onda se vrate.

Ne znamo, ostalo je
još puno toga za istražti

Ovdje vidite istu sliku dvaput.

Na lijevoj strani u sredini vidite jamu.

Na desnoj slici, ako pažljivo pogledate,

s dna te jame izbijaju tri mlaza.

Dakle, tako izgleda aktivnost kometa.

Čini se da se na dnu tih jama
nalaze aktivna područja

iz kojih materijal isparava u svemir.

Na "vratu" kometa nalazi se
vrlo zanimljiva pukotina.

Vidite je na desnoj strani.

Duga je kilometar i
široka dva i pol metra.

Neki ljudi smatraju da će se,

kad dođe blizu Sunca,

komet možda raspoloviti

i u tom ćemo slučaju morati odlučiti

koju polovicu kometa dalje pratiti.

Sonda za spuštanje -- ponovno,
tu je puno instrumenata,

otprilike istih, osim stvari poput
instrumenata za bušenje...

Otprilike je sve isto kao i u Rosetti jer
želite usporediti sve

što nađete u svemiru
s onim što nađete na kometu.

To se zove mjerenje na licu mjesta.

Ovo su slike slijetanja

snimljenje kamerama OSIRIS.

Vidite kako se sonda sve
više i više udaljava od Rosette.

Gore desno, vidite sliku koju je sonda
snimila na 60 metara

od površine kometa.

Ona stijena ondje visoka je
otprilike 10 metara.

To je jedna od zadnjih snimaka koje
smo snimili prije slijetanja na komet.

Ovo je cijeli slijed ispočetka,
ali iz drugog kuta

i vide se tri uvećane snimke,
od donjeg lijevog kuta prema sredini,

sondinog leta iznad površine kometa.

Na vrhu je slika
prije i poslije slijetanja.

Jedini problem sa slikom poslije slijetanja
jest da se na njoj ne vidi sonda.

Ali ako pažljivo pogledate
desnu stranu slike

vidjet ćete da je sonda još
uvijek ondje, ali je odskočila.

Uzletjela je ponovno.

Smiješno je u svemu tome

da je Rosettin izvorni nacrt
predviđao sondu koja odskakuje.

To je odbačeno jer je bilo preskupo.

Mi smo zaboravili, ali sonda nije.

(Smijeh)

Prilikom prvog odraza, magnetometri su

očitali i upisali podatke
u tri osi: x, y i z.

U sredini vidite crvenu liniju.

Ta crvena linija pokazuje promjenu.

Prilikom prvog odraza vjerojatno smo

jednom nogom sonde
negdje pogodili rub kratera

i promijenila se brzina rotacije sonde.

Tako da imamo sreću da smo

tu gdje smo sada.

Ovo je jedna od povijesnih
slika sa Rosette.

Predmet koji je
izradio čovjek, noga sonde,

stoji na kometu.

Za mene je to najbolji prikaz
znanosti u svemiru koji sam ikada vidio.

(Pljesak)

Jedna od stvari koje još uvijek
moramo napraviti jest pronaći sondu.

Znamo da se nalazi na jednome od
ovih područja označenih plavom bojom.

Nismo je još uspjeli naći,
ali potraga se nastavlja,

kao i naši napori da
sonda ponovno proradi.

Slušamo svaki dan

i nadamo se da će se u periodu
od sada do travnja

sonda ponovno probuditi.

Otkrića do kojih smo došli na kometu:

plutao bi u vodi.

Ima upola manju gustoću od vode.

Izgleda kao velika stijena, ali nije.

Porast aktivnosti koji smo vidjeli u
u lipnju, srpnju i kolovozu prošle godine

bio je četverostruk.

Prilikom prolaska kraj Sunca,

komet će ispuštati
100 kilograma po sekundi:

plina, prašine, čega god.

To je 100 milijuna kilograma na dan.

I, konačno, dan slijetanja.

Nikad to neću zaboraviti -- totalno
ludilo, 250 TV ekipa u Njemačkoj.

BBC me intervjuirao,

a druga TV ekipa pratila me cijeli dan

i snimala dok sam davao intervju.

To je tako trajalo cijeli dan.

Ekipa Discovery Channela

uhvatila me dok sam napuštao
kontrolnu sobu.

Postavili su mi pravo pitanje,

i, čovječe, zaplakao sam.
Još uvijek to osjećam.

Mjesec i pol

nisam mogao o razmišljati
o danu slijetanja bez suza

i još uvijek me drži taj osjećaj.

Želio bih završiti
s ovom slikom kometa.

Hvala.

(Pljesak)