Hur man landar på en komet

Som chef för Rosetta-uppdraget var Fred Jansen ansvarig för den lyckade landningen 2014 av en sond på kometen som kallas 67P/Chyryumov-Gerasimenko. I detta fascinerande och roliga framförande talar Jansen om några av de invecklade beräkningarna som krävdes för att landa sonden Philae på en komet 500 miljoner kilometer från jorden, och visar samtidigt några fantastiska bilder från resan.

Jag skulle vilja visa er
Rosetta-sondens fantastiska uppdrag.

Att landa sonden på en komet,

det har varit min stora passion
de senaste två åren.

För att kunna visa det

måste jag först berätta
om solsystemets ursprung.

För fyra och en halv miljard år sen

fanns det ett moln av gas och stoft.

I kärnan av detta moln bildades vår sol.

Det bildades också vad vi nu kallar
planeter, kometer och asteroider.

Det som hände därefter enligt teorierna,

är att en tid efter
att jorden hade tagit sin form,

störtade kometer på jordytan
och tog med sig vatten till jorden.

De tog förmodligen också med sig
komplext organiskt material,

och detta kan ha varit början
på livet på jorden.

Man kan jämföra detta med
att ha löst ett 250 bitars pussel

och inte ett 2 000 bitars pussel.

De stora planeterna,
som Jupiter och Saturnus,

låg inte på samma plats som idag,

deras gravitationsfält samverkade

och de rensade hela insidan av solsystemet

och det vi idag kallar kometer

kom att forma det så kallade Kuiperbältet,

som är ett bälte som består av kroppar
bortom Neptunus omloppsbana.

Ibland interagerar dessa kroppar,

deras gravitationer
gör att de stöter bort varandra,

och Jupiters gravitation drar dem sedan
tillbaka in i solsystemet.

Då blir de kometerna
som vi ser på himlen.

Det viktiga att notera här
är att under tiden,

i fyra och en halv miljard år,

har dessa kometer funnits
på utsidan av solsystemet,

och har inte förändrats -

djupfrysta versioner av vårt solsystem.

Så här ser de ut på himlen.

Man ser oftast deras svansar.

De har två svansar.

Den ena är stoftsvansen,
som blir bortblåst av solvinden.

Den andra är jonsvansen
som består av laddade partiklar.

Båda följer solsystemets magnetiska fält.

Sen finns koman,

i koman finns kärnan
som är för liten att se här,

och kom ihåg att Rosetta-sonden

finns i den där pixeln i mitten.

Rosetta-sonden är bara
20 till 40 kilometer ifrån kometen.

Vad är viktigt att tänka på?

Kometer består
av det ursprungliga material

som vårt solsystem bildades av,

så de är perfekta
för att studera de komponenter

som var närvarande när jorden
och livet kom till.

Kometer misstänks också
ha transporterat

de nödvändiga byggstenarna
som möjliggjorde uppkomsten av liv.

1983 startade ESA sitt långvariga
Horizon 2000 program,

som hade huvudmål
att skicka en sond till en komet.

Samtidigt lanserades Giotto
som du kan se här,

och 1986 flög Giotto nära Halleys komet
i sällskap med några andra sonder.

Resultatet från det uppdraget
gjorde det klart

att kometer är perfekta att studera
för att förstå vårt solsystem bättre.

Rosetta-uppdraget godkändes 1993,

och först var planen
att den skulle skickas upp 2003,

men ett problem uppstod
med en Ariane-raket.

Vår entusiastiska PR-avdelning

hade redan gjort
1 000 blå porslinstallrikar

med fel kometnamn på.

Det positiva är att jag aldrig
har behövt köpa porslin sen dess.

(Skratt)

När problem var löst,

lyfte vi från jorden 2004

till den nyligen utvalda kometen
Churyumov-Gerasimenko.

vi kunde inte välja vilken komet som helst

för att A, man måste kunna komma till den,

och B, den får inte ha funnits
i solsystemet för länge.

Den här kometen hade varit
i solsystemet sen 1959.

Det var första gången
den blev avledd av Jupiter,

och den kom tillräckligt nära solen
för att börja ändras.

Kometen är alltså fräsch och ny.

Rosetta slog några världsrekord.

Den blev den första satelliten
att passera runt en komet,

den första att ha följt en komet runt
dess omloppsbana genom solsystemet -

den kommer närmast solen,
som vi får se i augusti,

och sen kommer den resa bortåt.

Det är den första landningen
någonsin på en komet.

Vi snurrar runt kometen
med hjälp av en teknik

som vanligen inte används för rymdsonder.

Normalt pekar man på himlen
och vet vart man pekar och var man är.

I det här fallet räcker inte det.

Vi navigerade med hjälp av
landmärken på kometen.

Vi hittade särdrag - stenblock, kratrar -

det är så vi vet var vi är
i förhållande till kometen.

Det är också den första satelliten
som reser bortom Jupiter

med hjälp av solceller.

Detta låter mer heroiskt
än det faktiskt är, för tekniken

att använda radioisotopgeneratorer

var inte tillgänglig i Europa
vid den tiden, så vi hade inget val.

Solpanelerna är emellertid stora.

Här är en vinge, och det här är inte
speciellt utvalda små människor.

De är lika stora som du och jag.

(Skratt)

Vi har två sådana vingar,
det vill säga 65 kvadratmeter.

När vi kom nära kometen upptäckte vi

att 65 kvadratmeter stora segel
nära en kropp som släpper ifrån sig gaser

inte är ett bra val.

Hur kom vi åt kometen?

För att nå Rosettas vetenskapliga mål
var vi tvungna att resa dit

en väg som var fyra gånger så lång
som avståndet mellan jorden och solen -

med en mycket högre hastighet
än vi hade bränsle till,

vi skulle behöva ta med sex gånger
rymdsondens totala vikt i bränsle.

Vad gör man?

Man använder gravitationens slangbella,

där man flyger förbi nära en planet,

på några tusen kilometer höjd,

då får man den planetens hastighet
kring solen utan kostnad.

Så gjorde vi flera gånger.

Med jorden, Mars
och sen jorden två gånger till,

och vi flög förbi två asteroider,
Lutetia och Steins.

2011 reste rymdsonden så långt från solen,
att om den hade stött på problem då

hade vi inte kunnat rädda den.

Vi gick in i viloläge.

Allting förutom en klocka var avstängt.

Här kan man i vitt se vägen vi tog,
och hur det fungerar.

Man kan se att från cirkeln
där vi började,

blir den vita linjen
mer och mer elliptisk.

och sen närmade vi oss äntligen kometen.

2014 började vi använda
så kallade rendezvous-manövrar.

På vägen dit flög vi förbi jorden
och tog några bilder

för att testa kamerorna.

Här stiger månen över jorden.

Det här är vad vi kallar en selfie,

och vid den tiden
fanns inte det ordet. (Skratt)

Det var vid Mars.
Den togs av CIVA-kameran.

Det är en av kamerorna på landaren,

och den tittar ut under solpanelerna,

och man ser planeten Mars
och solpanelen längre fram.

När vi kom ur viloläge i januari 2014,

var vi på ett avstånd

av två miljoner kilometer
från kometen i maj.

Men rymdsondens hastighet var för hög.

Vi behövde bromsa, för att vi åkte
2 800 km/h snabbare än kometen.

Vi var tvungna att göra åtta manövrar,

du kan se här, några av dem var enorma.

Den första manövern innebar för oss

att bromsa in rymdraketen
några hundra km/h,

det skulle göras på under sju timmar,

och det förbrukade 218 kilo bränsle.

Det var sju påfrestande timmar,
för under 2007 fanns det

en läcka i Rosettas framdrivningssystem,

och vi blev tvungna att stänga av en gren,

så framdrivningssystemet
arbetade under ett tryck

som den inte var byggd för.

När vi väl var framme vid kometen,
var dessa bilder det första vi såg.

Kometens sanna rotationsperiod
är 12,5 timmar.

så det här är snabbspolat,

men ni förstår vad ingenjörerna
som var ansvariga för landningen kände,

det kommer inte bli lätt att landa på den.

Vi hade hoppats på
en potatisformad kropp,

som man enkelt kunde landa på.

Vi hade hoppet kvar om
att det skulle vara slätt.

Men nej, det blev inte så heller. (Skratt)

Vid det laget förstod vi
att vi var tvungna

att göra en karta över kroppen
som var så detaljerad som möjligt.

Vi var tvungna att hitta en slät yta
och minst 500 meter i diameter.

Varför just 500 meter?
Det var felmarginalen för att landa.

Vi gjorde klart kartan över kometen.

Tekniken vi använde
heter fotoklinometri.

Man använder skuggor
som kastas av solljuset.

Här syns en sten som ligger på kometen.

solen skiner från ovan.

Utifrån skuggan kan vi med våra hjärnor

instinktivt bestämma
ungefär vilken form stenen har,

Man kan programmera
den instinkten i en dator,

sen täcker man hela kometen
och gör en karta över den.

För att göra det fick vi flyga
i speciella banor med början i augusti.

Först, en triangel med en sida på 100 km,

100 km bort,

sen gjorde vi samma sak
på 50 km avstånd.

Vid det laget hade vi sett kometen
ur alla möjliga vinklar,

sen kunde vi använda tekniken
och göra klart kartan.

Vi fick välja på några landningsplatser.

Allt det här skulle vi göra,
från att kartlägga kometen

till att faktiskt välja landningsplatsen,

tog 60 dagar.

Mer tid hade vi inte.

Jämför det med ett uppdrag till Mars

där det krävs att hundratals vetenskapsmän
träffas under många år

för att svara på frågan: Vart ska vi?

Vi hade bara 60 dagar, inte mer.

Vi valde till slut en landningsplats,

förberedelserna gjordes för att Rosetta
skulle sätta ner landaren - Philae.

Det viktiga är att Rosetta
befinner sig på rätt position i rymden,

och siktar på landningsplatsen,
för Philae är passiv.

Landaren trycks sen ut
i kometens riktning.

Rosetta fick vända sig om

för att rikta sina kameror
mot landaren när den for iväg

och för att kunna kommunicera med den.

Det tog sju timmar
från avgång till landning.

Låt oss göra några beräkningar:

Om vi hade beräknat hastigheten fel
med en centimeter per sekund,

i sju timmar, eller 25 000 sekunder.

Det innebär en avvikelse
på 252 meter på kometen.

Vi var tvungna att veta Rosettas hastighet
med en exakthet mycket bättre

än en centimeter per sekund,

och också känna till dess exakta position
med 100 meters marginal från jorden,

då den är 500 miljoner km från jorden.

Det är ingen dålig bedrift.

Låt oss gå över vetenskapen
och instrumenten som användes.

Jag ska inte tråka ut er
med instrumenternas detaljer,

Men sonden har allting.

Vi kan sniffa gas, vi kan se
data över stoftpartiklar,

deras form, sammansättning,

den har magnetometrar, allting.

Här är resultatet från ett instrument
som mäter gasdensitet

runtom Rosettasonden,

alltså gas som har lämnat kometen.

Den nedre grafen är från september i fjol.

Man ser en långsiktig variation,
vilket är som är förväntat,

men de skarpa ned- och uppgångarna

visar kometens dagar.

Man kan se hur solen
påverkar förångningen av gas

och att kometen faktiskt roterar.

Det finns tydligen ett ställe

som det kommer en massa saker från,

som blir upphettade av solen,
och sedan svalnar på baksidan.

Man kan se variationerna i densitetet.

Det här är de gaser
och organiska föreningar

som vi redan har upptäckt.

Det är en imponerande lista,

och listan kommer att bli mycket längre,

för att det finns fler mätningar.

Just nu hålls det en konferens i Houston

där många av dessa resultat presenteras.

Vi har också mätt stoftpartiklar.

För er kanske det här
inte verkar väldigt imponerande,

men vetenskapsmännen
rös av spänning när de såg detta.

Två stoftpartiklar:

den högra är kallad Boris,
de sköt den med tantal

i syfte att kunna analysera den.

Det vi hittade var natrium och magnesium.

Det innebär att detta var
koncentrationen av dessa två material

när solsystemet bildades,

vi har på så vis fått kunskap om
vilka material som fanns närvarande

när planeterna bildades.

En av de viktigare aspekterna
med uppdraget är bilderna.

Bilden är tagen av en av Rosettas kameror,

OSIRIS-kameran, och den fanns
på omslaget av tidskriften Science

23 januari i år.

Ingen hade förväntat sig
att kometen skulle se ut så här.

Stenblock, stenar - det liknar
mer halvkupolen i Yosemite

än något annat.

Vi såg också saker som det här:

dyner och vad som ser ut som,
till höger, skuggor av vind som blåst.

Sådana finns på Mars,
men kometen har ingen atmosfär,

då blir det svårare för vindar
att blåsa och bilda skuggor.

De kan ha bildats av lokala gaser,

vilket är något som lyfter
och kommer tillbaka.

Vi vet inte, det är
mycket kvar att utreda.

Här ser ni samma bild två gånger.

På vänstra bilden ser ni en grop i mitten.

Om ni tittar noggrant på den högra

kan du se att tre strålar
kommer upp från botten av gropen.

Det orsakas av kometens aktivitet.

De aktiva regionerna
är på botten av dessa gropar,

och det är därifrån
material förångas ut i rymden.

Det finns en fascinerande spricka
på kometens hals.

Du ser den på högra bilden.

Den är en kilometer lång
och två och en halv meter bred.

Vissa menar att

när kometen kommer nära solen,

kommer den att delas i två bitar,

och då får vi välja,

vilken komet håller vi oss till?

Landaren - den med en massa instrument,

mestadels jämförbar, förutom hammaren
i jorden och borren, och så vidare.

Men nästan samma instrument
som Rosetta har, för att kunna jämföra

vad man mäter i rymden
och vad man hittar på kometen.

De kallas ground truth-mätningar.

Detta är bilder på nedgången

som togs av Rosettas OSIRIS-kamera.

Landaren åker längre
och längre ifrån Rosetta.

Längst upp till höger syns en bild
som tagits av landaren 60 m ifrån kometen,

60 meter ovanför kometens yta.

Stenblocken där är ungefär 10 m.

Det här är en av de sista bilderna vi tog
innan vi landade på kometen.

Här ser man hela serien igen,
men från annat perspektiv,

Längre ner från vänster upp till mitten
ser man 3 förstoringar på landaren

som rör sig över kometens yta.

Högst upp ser man två
före-och-efter-bilder på landningen.

Det enda problemet med efter-bilden
är att landaren inte syns.

Men om man kollar noggrant
på högra sidan av den här bilden,

kan man se landaren där,
men den har studsat.

den har hoppat upp och ned igen.

Det komiska här är att,

Rosetta ursprungligen var byggd för
att ha en studsande landare.

Det avvisades för att det var dyrt.

Vi glömde, men landaren visste.

(Skratt)

I magnetometern, under första studsen,

ser man data från dem,
från de tre axlarna x, y och z.

Halvvägs igenom ser man en röd linje,

och på den finns det en förändring.

Det som visade sig ha hänt,
är att vi under den första studsen

hade träffat kanten av kratern
med en av landarens ben,

och rotationshastigheten
hos landaren ändrades.

Vi har alltså haft en väldig tur

att vi har kommit dit vi är.

Den här är en av de mest slående
bilderna på Rosetta.

Det är ett tillverkat objekt,
landarens ben,

som står på en komet.

För mig är den här en av de bästa bilderna
inom rymdvetenskap som någonsin tagits.

(Applåder)

En sak som vi fortfarande måste göra
är att hitta landaren.

Den blå regionen är var den måste vara.

Vi har inte hittat den än,
men sökandet fortsätter,

precis som våra ansträngningar
att få landaren att fungera igen.

Vi lyssnar varje dag,

och hoppas att landaren kommer vakna igen

innan slutet av april.

De saker vi upptäckte om kometen:

Den kan flyta på vatten.

Dess densitet är
hälften så hög som vatten.

Så den ser ut som en jättestor sten,
men det är det inte.

Den ökande aktiviteten vi mätte
i juni, juli och augusti förra året

var en fyrfaldig ökning i aktivitet.

När vi kommer nära solen,

kommer 100 kg massa
att lämna kometen varje sekund:

gas, stoft, allt möjligt.

Det innebär 100 miljoner kg per dag.

Och slutligen, landningsdagen.

Jag kommer aldrig att glömma det -
absolut galenskap, 250 TV-team i Tyskland.

BBC höll på intervjua mig,

och annan TV-team
hängde efter mig hela dagen,

de filmade mig medan jag blev intervjuad,

och så var det hela dagen.

The Discovery Channel-teamet fångade mig

när jag lämnade kontrollrummet,

och ställde den rätta frågan,

och då blev jag gråtfärdig,
och känner fortfarande så.

I en och en halv månad
kunde jag inte tänka på landningsdagen

utan att gråta,

och jag har fortfarande känslorna i mig.

Jag skulle vilja lämna er
med den här bilden av kometen.

Tack så mycket.

(Applåder)