Jak wylądować na komecie

Jako kierownik misji Rosetta, Fred Jansen był odpowiedzialny za udane lądowanie próbnika na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko. W swojej fascynującej i zabawnej prelekcji ujawnia niektóre zawiłe obliczenia, które doprowadziły do wylądowania próbnika Philae na komecie, znajdującej się 500 milionów kilometrów od Ziemi. Możemy też zobaczyć niesamowite zdjęcia, wykonane podczas tej długiej podróży.

Chciałbym was zabrać w niesamowitą
podróż sondy kosmicznej Rosetty.

Dostarczenie próbnika
i wylądowanie nim na komecie:

tylko tym żyłem przez ostatnie dwa lata.

Aby tego dokonać,

najpierw muszę opowiedzieć
o początkach Układu Słonecznego.

Cofnijmy się o cztery i pół miliarda lat,

była tu tylko chmura gazu i pyłu.

W jej centrum powstało
i zaczęło działać Słońce.

Wraz z nim powstały planety,
komety i asteroidy.

Potem, według jednej z teorii,

kiedy Ziemia już trochę ostygła,

komety bez przerwy w nią uderzały,
dostarczając wodę.

Prawdopodobnie przyniosły też
złożony materiał organiczny,

który mógł być iskrą dla powstania życia.

Można to porównać
do układanki z 250 elementów,

a nie z 2000.

Planety giganty, Jowisz i Saturn,

były w innych miejscach niż teraz.

Współdziałały ze sobą grawitacyjnie,

wymiotły całe wnętrze Układu Słonecznego,

a obiekty, znane jako komety,

trafiły do miejsca zwanego Pasem Kuipera.

To przestrzeń obiektów za orbitą Neptuna.

Czasem wpadają na siebie,

przez co grawitacja
zmienia ich trajektorię,

a siła przyciągania Jowisza

wciąga je z powrotem
do Układu Słonecznego.

Stają się kometami,
które widzimy na niebie.

Co ważne, przez cały ten czas,

cztery i pół miliarda lat,

komety przebywały poza Układem Słonecznym,

nie zmieniając się.

Głębokie, zamrożone wersje naszego układu.

Na niebie wyglądają tak.

Kojarzymy je z ich warkoczem.

Właściwie to dwa warkocze.

Jeden to warkocz pyłu,
rozwiewany przez wiatr słoneczny.

Drugi to warkocz jonowy,
naładowane cząsteczki,

które podążają za polem magnetycznym
Układu Słonecznego.

Oto koma, otoczka gazowa
i jądro, zbyt małe by je dostrzec.

Pamiętajcie, że Rosetta,

statek kosmiczny, to ten piksel w środku.

To tylko około 30 kilometrów od komety.

Co jest ważne?

Komety zawierają pierwotny materiał
z czasów formowania Układu Słonecznego,

to idealne obiekty do badania składników,

które były wtedy obecne na Ziemi
i gdy powstawało życie.

Podejrzewa się, że komety

przyniosły pierwiastki,
z których powstało życie.

W roku 1983 ESA rozpoczęła
długoterminowy program Horizon 2000,

którego głównym założeniem
była misja na kometę.

Przygotowano też niewielką misję Giotto,

która w 1986 roku
przeleciała obok komety Halleya

wraz z flotą innych statków.

Wyniki tej misji dowiodły bezsprzecznie,

że komety to idealne obiekty
do badania Układu Słonecznego.

Misję Rosetta zaakceptowano w 1993,

początkowo miała wystartować w 2003,

ale pojawiły się problemy
z rakietą Ariane.

Nasz pełen entuzjazmu dział PR

zdążył już zrobić
1000 ceramicznych talerzy

z nazwą nie tej komety, co trzeba.

Nie musiałem od tego czasu
kupować nowej zastawy, ma to swoje zalety.

(Śmiech)

Po rozwiązaniu problemu,

opuściliśmy Ziemię w 2004 roku

w kierunku nowo obranej komety,
Czuriumow-Gierasimienko.

Została ona specjalnie wybrana,

bo po pierwsze, trzeba móc tam dotrzeć,

po drugie, nie powinna zbyt długo
przebywać w Układzie Słonecznym.

Ta kometa była tam od 1959 roku.

Wtedy po raz pierwszy
przyciągnął ją Jowisz

i znalazła się dość blisko Słońca,
by zacząć się zmieniać.

To bardzo świeża kometa.

Rosetta była pierwsza
pod wieloma względami.

Pierwszy sztuczny satelita
krążący wokół komety,

towarzyszył jej w podróży
przez Układ Słoneczny.

Był najbliżej Słońca w sierpniu,

a potem znów na obrzeżach.

To pierwsze w historii
lądowanie na komecie.

Krążymy wokół niej
metodami nie stosowanymi zwykle

przez pojazdy kosmiczne.

Patrząc w niebo, wiemy,
gdzie patrzymy i gdzie jesteśmy.

W tym wypadku, to nie wystarczy.

Nawigowaliśmy, obserwując
punkty orientacyjne na komecie.

Rozpoznaliśmy elementy
takie jak głazy czy kratery,

dzięki czemu wiedzieliśmy,
gdzie jesteśmy w odniesieniu do niej.

To pierwszy satelita za orbitą Jowisza,
używający paneli słonecznych.

Brzmi to heroicznie,

ale metoda radioizotopowych
generatorów termoelektrycznych

nie była jeszcze dostępna w Europie.

Nie mieliśmy wyboru.

Te panele są ogromne.

To jedno ze skrzydeł,
a ludzie obok wcale nie są niscy.

Są podobni do nas.

(Śmiech)

Mamy dwa takie skrzydła
po 65 metrów kwadratowych.

Później, po dotarciu do komety,

widać, że 65 metrów kwadratowych żagla,

w pobliżu ciała, które emituje gazy,
nie jest zbyt poręcznym pomysłem.

Jak dotarliśmy do komety?

Musieliśmy tam dotrzeć
dla celów naukowych Rosetty.

To bardzo daleko, to czterokrotny dystans
od Ziemi do Słońca.

Musieliśmy dotrzeć tam szybciej,
niż pozwala zwykłe paliwo.

Paliwo ważyłoby sześć razy niż sam statek.

Co więc zrobić?

Wykorzystaliśmy grawitację jak procę.

Przelatując w pobliżu planety,
na niskiej wysokości,

zaledwie kilku tysięcy kilometrów,

zabieraliśmy prędkość, z którą planeta
okrąża Słońce, i to za darmo.

Zrobiliśmy tak kilka razy.

Użyliśmy Ziemi, Marsa,
potem znów dwa razy Ziemi.

Przelecieliśmy blisko dwóch asteroid,
Lutecji i Steins.

W 2011 roku byliśmy tak daleko od Słońca,
że gdyby statek wpadł w tarapaty,

nie moglibyśmy już mu pomóc.

Wprowadziliśmy go więc w stan hibernacji.

Wszystko było wyłączone,
oprócz jednego zegara.

Tu na biało widać trajektorię lotu
oraz jak to wszystko działa.

Od okręgu, gdzie zaczęliśmy,

od białej linii, widać że idziemy
po coraz większych elipsach,

aby w końcu dotrzeć do komety.

I w maju 2014 zaczęliśmy
przygotowywać się do spotkania.

Po drodze, przelatując koło Ziemi,
przetestowaliśmy kamery.

To Księżyc wschodzący nad Ziemią,

a to nazywamy teraz selfie.

Wówczas to słowo nie istniało. (Śmiech)

Oto Mars, Zdjęcie zrobiono kamerą CIVA.

To jedna z kamer lądownika,

wygląda zza paneli słonecznych.

Widać Marsa i panel w oddali.

Odkąd wyszliśmy z hibernacji
w styczniu 2014,

dolecieliśmy w maju na odległość

około dwóch milionów kilometrów od komety.

Prędkość statku była o wiele za duża.

Pędziliśmy 2800 km na godzinę szybciej,
niż kometa. Musieliśmy wyhamować.

Zrobiliśmy osiem manewrów,

jak widzicie niektóre były ogromne.

W pierwszym kroku musieliśmy wyhamować
kilkaset kilometrów na godzinę,

trwało to siedem godzin

i zużyło 218 kilogramów paliwa.

To było stresujące siedem godzin,
bo w roku 2007

był wyciek w systemie napędowym Rosetty.

Musieliśmy odciąć jedną gałąź,

więc system operował na ciśnieniu

nie zaplanowanym
i nieprzystosowanym dla statku.

Potem dotarliśmy w pobliże komety,
oto pierwsze widoki.

Okres rotacji komety to 12 i pół godziny.

Obraz jest przyśpieszony.

Widać dlaczego nasi inżynierowie
od dynamiki lotu przewidywali,

że lądowanie nie będzie łatwe.

Mieliśmy nadzieję, że kometa
będzie wyglądać jak ziemniak,

na którym łatwo będzie osiąść.

Mieliśmy nadzieję,
że będzie chociaż równa i gładka.

Niestety, tak też nie było. (Śmiech)

Nie było wyjścia:

musieliśmy zrobić
jak najdokładniejszą mapę,

żeby znaleźć płaskie miejsce
o średnicy 500 metrów.

Dlaczego akurat 500? To margines błędu,
który ma sonda przy lądowaniu.

Zrobiliśmy więc dokładną mapę.

Użyliśmy techniki zwanej fotokinemetrią.

Użyliśmy cieni rzucanych przez Słońce.

Tutaj mamy kamień na powierzchni komety,

Słońce oświeca go od góry.

Wnioskując po kształcie cienia,

można z grubsza określić kształt kamienia.

Można to wprowadzić do komputera.

Po opracowaniu całej komety
dostajemy mapę.

W tym celu w sierpniu zaczęliśmy
latać specjalnymi trajektoriami.

Najpierw po trójkącie,
po 100 km na każdy bok,

w odległości 100 km od komety.

Potem powtórzyliśmy to w odległości 50 km.

Przez ten czas widzieliśmy ją
pod wszystkimi kątami

i użyliśmy wspomnianej techniki
do zrobienia mapy.

Wybraliśmy potem kilka miejsc lądowania.

Od rozpoczęcia tworzenia mapy komety

do znalezienia właściwego miejsca
minęło 60 dni.

Nie mieliśmy więcej.

Dla porównania, przeciętna misja na Marsa

angażuje setki naukowców przez lata.

Spotykają się i wybierają
miejsce docelowe.

My mieliśmy tylko 60 dni.

Wybraliśmy ostatecznie
miejsce do lądowania,

przygotowaliśmy komendy dla Rosetty,
żeby wystrzeliła lądownik Philae.

Aby wszystko zadziałało,
Rosetta musiała być we właściwym miejscu,

nacelowana na kometę,
ponieważ lądownik jest pasywny.

Został po prostu wystrzelony
w stronę komety.

Rosetta musiała się obrócić,

żeby ustawić kamery
prosto na odlatującego Philae,

by móc się z nim porozumiewać.

Lądowanie miało zająć siedem godzin.

Kilka prostych obliczeń:

jeżeli prędkość Rosetty
spada o centymetr na sekundę,

siedem godzin to 25 000 sekund,

To oznacza 252 metrów różnicy
względem komety.

Musieliśmy znać prędkość Rosetty

znacznie dokładniej
niż centymetr na sekundę,

a jej położenie dokładniej
niż do 100 metrów

w odległości 500 milionów km od Ziemi.

To nie lada wyczyn.

Pokażę wam krótko,
jak działają te instrumenty.

Nie będę was zanudzał szczegółami,

ale mamy tutaj wszystko.

Możemy wyczuć gazy,
mierzyć cząsteczki pyłu,

ich kształt i skład.

Są tam magnetometry, wszystko.

To jeden z pomiarów wykonanych
przez instrument badający gęstość gazów

w lokalizacji Rosetty.

To gaz, który opuścił kometę.

To wykres z października zeszłego roku.

Widzimy długie wahania,
co nie jest zaskakujące,

ale widać też ostre maksima.

To dzień komety.

Widzimy wpływ Słońca na emisję gazów

i widać w tym rotację komety.

Jest jedno miejsce na komecie,

z którego ulatnia się dużo rzeczy.

Nagrzewa się w słońcu
i ochładza po drugiej stronie.

Widzimy gęstość tych wahań.

To gazy i składniki organiczne,

które dotąd zmierzyliśmy.

Jak widać, to imponująca lista,

a do odkrycia jest wiele, wiele więcej,

bo mamy więcej pomiarów.

W Houston odbywa się właśnie konferencja,

gdzie przedstawiamy wiele z tych wyników.

Zbadaliśmy też cząsteczki pyłu.

Może nie wygląda to zbyt imponująco,

ale naukowcy poczuli dreszcz emocji.

Dwie cząsteczki pyłu:

tę po prawej nazwali Borys,
zestawili jej zdjęcie z tantalem,

aby móc ją poddać analizie.

Odkryliśmy sód i magnez.

To mówi nam o stężeniu tych pierwiastków

w czasie powstawania Układu Słonecznego.

Dowiadujemy się, co było obecne

w czasie powstawania planet.

Jedną z najważniejszych rzeczy
jest fotografia.

To jedna z kamer Rosetty, OSIRIS.

To zdjęcie było
na okładce magazynu "Science"

23 stycznia tego roku.

Nikt nie spodziewał się,
że kometa będzie tak wyglądać.

Głazy, kamienie - wygląda niczym
Half Dome w Parku Narodowym Yosemite.

Widzieliśmy też wydmy,

po prawej stronie wygląda to
jak ślady ukształtowane przez wiatr.

Znamy to z Marsa, ale przecież
kometa nie ma atmosfery.

Ciężko więc stworzyć tam ślady
ukształtowane wiatrem.

To może być miejscowa emisja gazów,

substancje wylatują i wracają.

Nie wiemy, jest wiele do zbadania.

Tu widać ten sam obraz dwa razy.

Po lewej widzimy w środku jamę,

po prawej, po bliższym zbadaniu,

widać, że coś z niej wylatuje.

To aktywność komety.

Dno tych jam to aktywne regiony,

z których materiał wyparowuje
do przestrzeni kosmicznej.

Jest też intrygujące pękniecie
w przesmyku komety.

Widać je po prawej.

Ma kilometr długości
i dwa i pół metra szerokości.

Niektórzy sugerują,

że po zbliżeniu się do Słońca

kometa się przepołowi,

a wtedy trzeba będzie zdecydować,

którą wybrać.

Lądownik jest pełen instrumentów,

w większości porównawczych,

oprócz tych, które kują i wiercą grunt.

Rosetta ma podobny sprzęt,
bo chcemy porównywać to,

co znajdziemy w kosmosie,
z tym, co znajdziemy na komecie.

To są tak zwane prawdziwe pomiary gruntu.

To zdjęcia z opadania na kometę,

wykonane kamerą OSIRIS.

Lądownik oddala się od Rosetty.

Na górze po prawej widać zdjęcie
zrobione na 60 metrach,

60 metrów od powierzchni komety.

Ten głaz ma około 10 metrów.

To jedno z ostatnich zdjęć
przed lądowaniem.

Tu widać znów tę samą sekwencję,
ale z innej perspektywy,

i trzy zbliżenia z lewej strony
od dołu do środka.

To przelot lądownika
nad powierzchnią komety.

Na górze widać zdjęcia wykonane
przed i po lądowaniu.

Niestety na tym drugim
nie widać lądownika.

Po uważnym zbadaniu prawej strony zdjęcia

widać lądownik, który niestety się odbił.

Znowu odleciał.

Co śmieszniejsze,

początkowo zaprojektowano go tak,
żeby się odbijał.

Zrezygnowano z tego pomysłu,
bo był zbyt drogi.

Zapomnieliśmy o tym,
ale on wiedział swoje.

(Śmiech)

Podczas pierwszego odbicia,
magnetometry wykazały różne dane,

na osiach x, y oraz z.

W połowie widać czerwona linię.

Ta linia to zmiana.

Co się stało podczas pierwszego odbicia?

Lądownik uderzył nogą o krawędź krateru,

przez co zmienił prędkość obrotu.

Mieliśmy dużo szczęścia,

że dotarliśmy tam, gdzie jesteśmy.

To jedno z najpopularniejszych
zdjęć Rosetty.

Obiekt zbudowany przez człowieka,
nóżka lądownika,

stojąca na komecie.

To jedno z najlepszych zdjęć
astronomicznych, jakie widziałem.

(Brawa)

Teraz musimy jeszcze odnaleźć lądownik.

Ten niebieski obszar to miejsce,
gdzie ma się znajdować.

Jeszcze go nie znaleźliśmy,
ale poszukiwania trwają.

Staramy się go znów uruchomić.

Codziennie słuchamy,

mamy nadzieję że do kwietnia

lądownik znów się obudzi.

Co odkryliśmy na komecie?

Mogłaby unosić się w wodzie,

jej gęstość to połowa gęstości wody.

Wygląda jak duży kawałek skały,
ale nim nie jest.

Jej aktywność z czerwca,
lipca i sierpnia zeszłego roku

zwiększyła się aż czterokrotnie.

Zanim dotrze do Słońca,

będzie tracić 100 kilogramów na sekundę.

To gazy, pyły, cokolwiek.

To 100 milionów kilogramów dziennie.

W końcu dzień lądowania.

Nigdy tego nie zapomnę,
250 ekip telewizyjnych w Niemczech.

Udzielałem wywiadu BBC

i innej ekipie telewizyjnej,
która towarzyszyła mi cały dzień,

filmując mnie i zadając pytania.

Tak było cały dzień.

Ekipa Discovery Channel

przyłapała mnie
na opuszczaniu sali kontroli

i zadała mi właściwe pytania.

Wtedy się popłakałem, wciąż to czuję.

Przez półtora miesiąca

nie mogłem myśleć o lądowaniu
bez ronienia łez.

Wciąż jest we mnie wiele emocji.

Chciałbym was opuścić
z tym oto zdjęciem komety.

Dziękuję.

(Brawa)