C/2013 A1 - kometa muskająca ... Marsa

Cztery marsjańskie sondy kosmiczne, nadzorowane przez NASA i ESA, dwa łaziki podróżujące po powierzchni Czerwonej Planety i wiele innych instrumentów badawczych położonych zarówno na Ziemi, jak i w przestrzeni kosmicznej, w drugiej połowie października były skupione na badaniu komety C/2013 A1 (Siding Spring). To pierwsza wizyta tego obiektu pochodzącego z Obłoku Oorta tak blisko Słońca. Szczegółowe obserwacje tego typu ciał są niezmiernie ważne, ponieważ pozwolą odpowiedzieć na pytania o powstaniu Układu Słonecznego i nas samych. Ten sam obiekt  19 października zbliżył się do Marsa na odległość ok. 140 tys. km, notując największe znane ludzkości zbliżenie komety do planety wewnętrznej w naszym układzie.

C/2013 A1 (Siding Spring) została odkryta 3 stycznia 2013 roku przez Roberta McNaughta w położonym na wysokości ponad 1100 m n.p.m. obserwatorium Siding Spring w Australi. Po potwierdzeniu jej istnienia, stała się pierwszą kometą odkrytą w 2013 roku. Wyliczenia jej orbity na podstawie pierwszych danych wskazywały, że istnieje prawdopodobieństwo zderzenia z Marsem. Leonid Elenin z Keldysh Institute of Applied Mathematics oszacował, że może się ona zbliżyć do Czerwonej Planety na ok. 40 tysięcy km. Prawdopodobieństwo kolizji wynosiło mniej niż 1%. Później,wraz z napływem większej ilości obserwacji, oceniono, że odległość od Marsa w momencie zbliżenia będzie wynosiła ok. 140 tys. km.

Warunki do obserwacji C/2013 A1 z naszej szerokości geograficznej nie były zadowalające. Jesienią kometa była widoczna na południowej półkuli jako obiekt nieco jaśniejszy od 10 mag.  Szanse na jej obserwacje z Polski mogły pojawić się kiedy zbliżała się do Marsa, a więc w połowie października. Byłaby wówczas obiektem o jasności ok. 9 mag, święcącym o zmierzchu mniej niż 10 stopni ponad południowo-zachodnim horyzontem w gwiazdozbiorze Wężownika, nieopodal granicy ze Strzelcem. Niekorzystne warunki skutkowały tym, że jej obserwacje z Polski w tamtym okresie były raczej niemożliwe. Później obiekt ten znajdował się już zbyt blisko Słońca – peryhelium miało miejsce 25 października.

Tak bliskie przeloty komet obok planety nie są zjawiskiem częstym. W przypadku C/2013 A1 mieliśmy do czynienia z największym kiedykolwiek obserwowanym przez ludzkość zbliżeniem komety do wewnętrznej planety Układu Słonecznego. Mając na uwadze rzadkość tego zjawiska i jego wagę w badaniach interakcji atmosfery Marsa z przelatującą kometą, NASA przeprogramowała instrumenty badające Czerwoną Planetę tak, aby umożliwić obserwacje C/2013 A1 (Siding Spring) i jednocześnie zabezpieczyć marsjańską aparaturę przed niebezpieczeństwem, jakie może nieść ze sobą kometa. Obserwacje skupiają się przede wszystkim na jądrze komety, jej komie, a także monitorowaniu emitowanych przez nią gazów i pyłów oraz badaniu ich wpływu na atmosferę Marsa.

Mars Reconnaissance Orbiter

Należąca do NASA sonda Mars Reconnaissance Oribter – satelita Marsa, który dotychczas zebrał dla nas najwięcej informacji na temat Czerwonej Planety, również został zaangażowany w obserwacje przelotu komety C/2013 A1 i jego skutków. MRO w momencie największego niebezpieczeństwa ze strony skalistych odłamków jądra komety, znajdował się po drugiej stronie Marsa. W ten sposób uczeni NASA chcieli zapobiec potencjalnemu uszkodzeniu sondy. Łączność z satelitą przebiegała bez zarzutów podczas największego zbliżenia komety Siding Spring do Marsa, a także po tym zdarzeniu.

Jak zapewnia NASA Jet Propulsion Laboratory, MRO wykonał bezbłędnie wszystkie komendy i po odczekaniu momentu największego ryzyka, prowadził obserwacje komety według planów, pozostając przy tym bez szwanku.

Dane zebrane przez sondę podczas przelotu C/2013 A1 (Siding Spring) były zbierane m.in. przez HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment), CRISM (Compact Imaging Spectrometer for Mars) i CTX (Context Camera). Każde z tych urządzeń rejestrowało obraz komety na kilka dni przed jej zbliżeniem do Czerwonej Planety, jak również w ciągu tygodnia po tym wydarzeniu. Z kolei MCS (Mars Climate Sounder), MARCI (Mars Color Imager) oraz SHARAD (Mars Shallow Radar) były odpowiedzialne za badanie możliwych interakcji gazu i pyłu podchodzącego z warkocza komety z atmosferą Marsa.

Sonda Mars Reconnaissance Orbiter swoją misję rozpoczęła w 2005 roku, startując na pokładzie rakiety Atlas V z Cape Canaveral na Florydzie, już po 3 latach spełniła wszystkie swoje zadania na orbicie Marsa. W czasie swojej służby przesłała operatorom na Ziemi ponad 240 miliardów bitów danych, w tym nagrań HD. Obecnie służy jako stacja przekaźnikowa, wspomagająca komunikację Ziemi z urządzeniami innych marsjańskich misji.

MAVEN

MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) również został przygotowany na możliwe negatywne efekty zbliżenia komety do Marsa. Po jej przelocie komunikacja satelity z Ziemią przebiega poprawnie. Główne zadania sondy podczas przelotu C/2013 A1 obejmują badania oddziaływania materii z warkocza kometarnego na atmosferę planety oraz określenie składu gazu i pyłu emitowanego przez kometę .

Przez okres największego zagrożenia uszkodzeniem satelity przez szybko poruszające się odłamki, pozostawiane przez przelatującą kometę, MAVEN pozostawał zorientowany w pozycji bezpiecznej.  Takie ustawienie wykluczało transmisję danych na Ziemię przez główną antenę, dlatego przez ten czas służyła temu druga antena.

MAVEN to najnowsza sonda krążąca wokół Marsa. Wystartowała 18 listopada 2013 roku rakietą Atlas V z Przylądka Canaveral. Na orbitę Marsa dotarła dopiero 22 września tego roku, rozpoczynając swoją misję. Jej głównym celem są badania atmosfery, klimatu i pogody na Marsie. Sonda ma pomóc zrozumieć nam, w jaki sposób Czerwona Planeta utraciła część swojej atmosfery przed milionami lat. Podstawowa część misji ma trwać około roku ziemskiego.

Mars Odyssey

Amerykańska sonda Mars Odyssey również bez szwanku przetrwała na orbicie okołomarsjańskiej podczas bliskiego przelotu komety Siding Spring. W czasie największego zagrożenia ze strony skalistych odłamków wyrzucanych przez kometę, satelita schronił się po drugiej stronie Marsa. Mimo to MO prowadził obserwacje w czasie całego przelotu komety blisko Marsa. Dane fotograficzne były zbierane przez THEMIS (Thermal Emission Imaging System), natomiast Neutron Spectrometer and High Energy Neutron Detector był odpowiedzialny za badanie wpływu tego wydarzenia na atmosferę Marsa.

Mars Odyssey to najdłużej pracujący satelita Marsa. Swoją misję rozpoczął 7 kwietnia 2001 roku, wynoszony z amerykańskiego kosmodromu przez rakietę Delta II. Po pół roku dotarł do Czerwonej Planety, a na docelową orbitę wszedł w styczniu 2002 r. Głównym zadaniem Mars Odyssey jest poszukiwanie śladów wody na powierzchni Marsa oraz badanie aktywności wulkanicznej. Sonda wykonała główne cele do 2006 roku. Od tego czasu wciąż jest aktywna – nadal zbiera dane naukowe oraz utrzymuje łączność między Ziemią a łazikami Opportunity i Curiosity. 

Mars Express

Pracownicy ESA podjęli działania mające na celu zabezpieczenie sondy Mars Express przed możliwymi niekorzystnymi skutkami zbliżenia komety Siding Spring do Marsa. Wszystkie instrumenty satelity działają poprawnie po tym zdarzeniu. Dzięki HRSC (High Resolution Stereo Camera) udało się zarejestrować moment przejścia komety blisko powierzchni Czerwonej Planety. Inne instrumenty sondy zbierały dane na temat składu chemicznego emitowanych przez nią gazów i pyłów oraz jej wpływu na atmosferę Marsa.

Mars Express Orbiter swoją misję rozpoczął 2 czerwca 2003 roku, startując z kosmodromu Bajkonur na pokładzie rakiety Soyuz. Na początku kolejnego roku sonda osiągnęła orbitę docelową wokół Marsa. Od tego czasu bada atmosferę i obszary biegunowe tej planety. Warto dodać, że w skład misji Mars Express wchodził także lądownik Beagle 2, jednak tuż po jego odłączeniu od sondy, utracono z nim łączność i określono jako stracony.

MER Opportunity

Mars Exploration Rover Opportunity podczas przelotu C/2013 A1, wykonywał zdjęcia marsjańskiego nieba. Amerykańscy naukowcy nadzorujący misję łazika wykorzystali jego detektor Pancam (Panoramic Camera) do fotografowania nieba na ok. 2,5 godziny przed największym zbliżeniem komety do Marsa. Później w miejscu przebywania Opportunity wzeszło Słońce i obserwacje nie były możliwe. Wykorzystanie na potrzeby obserwacji komety instrumentów służących na co dzień do rejestrowania krajobrazów Marsa oddają ludzką perspektywę tego zjawiska. Kamera znajdująca się na pokładzie łazika ma bowiem podobną czułość do ludzkiego oka i sfotografowany przez nią obiekt niebieski wygląda tak, jakbyśmy naocznie widzieli go, przebywając na powierzchni Marsa.

Łazik Opportunity, przemierzający marsjańskie tereny od stycznia 2004 roku jest rekordzistą. Żadnemu innemu pojazdowi kołowemu nie udało się przebyć takich odległości poza Ziemią, jak temu łazikowi. W tym roku przekroczył on już na swoim liczniku 40 km i pracuje nadal. Głównymi założeniami jego misji są badania geologiczne Marsa, poznawanie przeszłości planety i poszukiwanie dowodów na istnienie tam wody w przeszłości.

MSL Curiosity

Łazik Mars Science Laboratory Curiosity również miał możliwość obserwacji marsjańskiego nieba podczas przelotu komety C/2013 A1 (Siding Spring). Wykonał kilka ujęć tego zjawiska, lecz szczegółowe informacje dotyczące danych zebranych przez Opportunity i Curiosity zostaną opublikowane 18 grudnia 2014 r. na zebraniu American Geophysical Union. Zbliżenie komety do Marsa nie stanowiło niebezpieczeństwa dla znajdujących się na jego powierzchni łazików. 

Curiosity to najbardziej zaawansowany technologicznie łazik marsjański. Został wyniesiony z Ziemi w listopadzie 2011 roku, a 6 sierpnia następnego roku wylądował w kraterze Gale na Marsie.

Co już wiemy?

W historii jeszcze żaden satelita nie uzyskał tak wysokiej rozdzielczości przy fotografowaniu komety jednopojawieniowej jak Mars Reconnaissance Orbiter. Inne instrumenty wykonywały zdjęcia w dużo lepszej rozdzielczości kometom o krótkich okresach orbitalnych, a  ciała pochodzące z obrzeży Układu Słonecznego były zwykle fotografowane z dużej odległości, inaczej niż w przypadku zbliżenia się C/2013 A1 do Marsa i jej uchwyceniu przez marsjańskiego satelitę. Według danych, jakie zebrała kamera HiRIS, znajdująca się na tej sondzie kosmicznej, jądro komety Siding Spring jest mniejsze od wcześniejszych założeń. Zgodnie z obserwacjami teleskopowymi, naukowcy spodziewali się, że jego średnica będzie bliska 1 km. Weryfikacja dokonana przez MRO pozwala twierdzić, że wartość rzeczywista jest mniejsza nawet o połowę.

Dane zebrane przez trzy sondy kosmiczne: MAVEN, MRO i europejskiego orbitera Mars Express mówią, że przelatująca blisko Czerwonej Planety kometa pozostawiła w jonosferze Marsa nową warstwę jonów. Pył kometarny wprowadzony do jego atmosfery spalał się w górnych jej warstwach, tworząc okazały deszcz meteorów, z którym nie mogą się równać żadne noce „spadających gwiazd”, jakie mieliśmy okazję obserwować na Ziemi. Dzięki aparaturze sondy MAVEN zaobserwowano silny wzrost promieniowania ultrafioletowego, co było skutkiem obecnych w składzie warkocza komety magnezu i jonów żelaza. W badaniach składu chemicznego pyłu pozostawionego przez kometę wykonanych przez tę sondę, zidentyfikowano osiem różnych rodzajów jonów.  Z kolei europejski Mars Express odnotował zwiększoną liczbę elektronów w jonosferze Marsa kilka godzin po zbliżeniu komety

Zadaniem sondy MAVEN na najbliższe miesiące będzie obserwowanie skutków zbliżenia komety Siding Spring do Marsa. Wciąż nie wiadomo, czy w rezultacie tego wydarzenia pozostaną jakieś stałe lub długotrwałe zmiany w atmosferze Czerwonej Planety. Zjawiska zaobserwowane przez te dwie sondy kosmiczne najprawdopodobniej są skutkiem spalania się cząstek komety w atmosferze. Według danych z MRO, liczba elektronów w jonosferze planety była w tamtym czasie nawet do 10 razy większa niż zwykle.

Podróż trwa nadal …

C/2013 A1 (Siding Spring) jest kometą jednopojawieniową, która odwiedziła nas po raz pierwszy i najpewniej ostatni. Jej okres obiegu należy liczyć w milionach lat. Jej podróż nie zakończyła się wraz z przelotem obok Marsa, ani z największym zbliżeniem do Słońca, które miało miejsce 25 października. Ona już zmierza w drogę powrotną w odległe zakątki Układu Słonecznego, skąd przybyła. Żadne inne statki kosmiczne nigdy nie zbliżyły się do komety o tak dużym okresie orbitalnym na tak małą odległość jak satelity Marsa. Mars Reconnaissance Orbiter wykonał pierwsze w historii ludzkości zdjęcie jądra komety jednopojawieniowej, a wywołany przez tę kometę deszcz meteorów na Marsie był największym znanym człowiekowi.

Artykuł pochodzi z Biuletynu Sekcji Obserwatorów Komet PTMA "Komeciarz" Nr 46. - listopad 2014

Pełna wersja "Komeciarza" znajduje się TUTAJ