Európai és magyar űrsiker, tudománytörténeti mérföldkő volt 2014-ben az ESA Rosetta Philae leszállóegységének a 67P/Csurjumov-Geraszimenko-üstökös (67P) magjára történt leszállása, majd a rákövetkező hónapokban a keringő egység méréssorozata.

A tudomány történetében mindeddig páratlan eredmény volt, amikor 2014. november 12-én az ESA Rosetta programja keretében a Philae leszállóegység viszontagságos „pattogó” útja végén viszonylag simán leszállt a 67P magjának felszínére. A jelentős magyar kutató-mérnöki részvétellel készített eszköz mintegy 60 órán keresztül vizsgálta az üstökösmagot műszereivel, mérte az addig ismeretlen égitest felszíni fizikai és kémiai tulajdonságait, amíg az akkumulátorai le nem merültek és minden mérési adatot továbbított a keringő egységnek a Földre továbbítás érdekében. Ezzel egy 30 éves álom vált valóra, hiszen az üstökösök helyszíni vizsgálata még az 1980-as években kezdődött a nevezetes Halley-üstökös több űrszondával történt meglátogatásával. Akkor, majd később több űrszonda repült el üstökösök közelében, de az ESA Rosetta programja minden korábbinal nagyobb ambíciókkat érkezett meg a 67P-hez.

Emlékeztetőül: a Rosetta misszió a nevét a rosette-i kőről kapta, amelynek három nyelvű felirata közül az óegyiptomit Jean-Francois Champollion (1790-1832) francia klasszika-filológus, orientalista, az egyiptológiai tudományok megalapítója fejtette meg. A Philae a Nílus szigete az asszuáni gát fölött, Egyiptomban. Philae templom is egyike azoknak az ókori egyiptomi templomoknak, melyek már nem az eredeti helyükön állnak. A templomot át kellett költöztetni Agilkia-szigetére a Philae-szigetéről, mert a kis asszuáni gát megépítése miatt az eredeti szigetet, és ezáltal a templomot is elöntötte a folyó vize.

A Philae, akár egy svájci bicska, rendkívül gazdag felszereléssel, tudományos műszercsomaggal és kísérleti berendezéssel érkezett meg a jeges-poros, őseredeti égitestre, így sokoldalú mérések, vizsgálatok elvégzésére volt képes.

A Philae leszállóegységének fedélzeti tudományos műszerei (ESA/Rosetta/Philae).

A Philae eredetileg tervezett, az üstökösmag felszínének viszonylag sima leszállóhelye a két összetevőből álló („gumikacsa” alakú) mag kisebbik részén levő Hatmehit területen lett volna, de onnan visszapattant és több ugrás után egy sötét hasadékban állt meg az Abydos területen. A végeleges leszállóhelyet a Rosetta keringő egységének az OSIRIS (Optical, Spectrocopic and Infrared Remote Imaging System) nagyfelbontású kamerája (NAC) 2016. szeptember 2-án megörökítette. A felvételek megerősítették azt, hogy a Philae oldalra fordulva, egyik lábával lefelé szorult be egy felszíni hasadékba.

A Philae végleges leszállóhelye az üstökös kisebbik összetevőjén van (jobb felső kép). A Philae egy mélyedésben landolt, az OSIRIS NAC kamera fotóján a leszállóegység teste és lábai is azonosíthatóak. A bal oldali képen látszik, hogy az üstökösmag felszíne durva, összetömörült, keményebb, kevésbé porózus (ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; ESA/Rosetta/ NavCam).

A Philae sok új tudományos eredménnyel gazdagította ismereteinket a Naprendszer ősi kis égitestéről, a 67P-üstökös magjáról.

Szivacsos szerkezetű, nagy porozitású az üstökösmag

A Philae és a Rosetta-szonda műszerei között volt egy fedélzeti radar is: a CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission ~ üstökösmag rádióhullám-terjedési kísérlet). A CONSERT radarja a Philae és a keringő egység által kibocsátott mintegy 3 méter hullámhosszúságú (90 MHz-es, azaz pl. Budapesten kb. ezen a frekvencián hallgatható a Jazzy rádió) rádióhullámok magon keresztüli terjedésének vizsgálatával végezte a mag tomográfiáját, amellyel meghatározható az üstökösmag belső szerkezete, illetve következtethetünk az összetételére is. Tehát mindkét CONSERT-egység radarjeleket tudott kibocsátani és fogni, ezekkel pedig egymással kommunikáltak is.

A radarjelek mintegy 250 és 1170 méter közötti távolságok között voltak az üstökösmagon belül, és a felszínközeli legfelső rétegektől kezdve kb. 150 méteres mélységig hatoltak le. A radarjelek elemzéséből az a meglepő eredmény adódott, hogy az üstökösmag felszínétől mintegy 25 méteres mélységig kevésbé porózus, vagyis tömörebb, mint attól mélyebben a test belsejében, ahol 73-76%-os a porozitás, ami nagyon porózus, szinte szivacsos szerkezetet jelent. Ez a nagy porozitás nem azt jelenti, hogy nagyobb üregek vannak az üstökösmag belsejében, hanem a jeges-poros szemcsék között az összes mikroszkopikus üreg térfogata jelentős az egybefüggő szilárd jeges-poros szemcseanyag térfogatához képest.

Az üstökösmag nagy belső porozitása a kialakulási folyamatokra ad majd korlátot, tehát a Naprendszer kialakulási modelljeinek az ilyen nagy belső porozitású kis égitestek formálódási mechanizmusát is meg kell tudni magyarázni. Eredményeivel az ilyen vizsgálatokhoz segített hozzá az egyedülálló Rosetta üstökösprogram.

Frissen hullott hónál is lazább szerkezetű a felszín anyaga

A Philae a frissen hullott hónál is lazább anyagról pattant vissza a történelmi manőver közben. Ugyanis az ESA kutatói bravúros munkával kiderítették, hogy a mini szonda hogyan pattant vissza az üstökösmag felszínén egy meredek falról. Kiderült, hogy belevájt a felszínbe, és ott tejszínhabra emlékeztető laza szerkezetű anyagot talált, ami még a frissen hullott hónál is lazább.

Például a TD2c elnevezésű érintkezés helyén a Philae teste és talpai furcsa, emberi fejre emlékeztető nyomot hagytak, aminek van két „szeme” (a leszállóegység teste és egyik talpa), van „szája” is (egy természetes hasadék), valamint kúpos „süvege, sapkája”, ez utóbbi egy természetes kiemelkedés, kis domb az üstökösmagon. Ezt a felszíni részt mutatja az alábbi animáció.

A Philae leszállóegység rárajzolva a TD2c elnevezésű talajérintési területre az „emberi fej” alakzat felvételére (ESA/Rosetta hírek, 2020. október 28.).

A Philae teste és talpa mintegy 25 cm mélyen hatolt be az üstökösmag felszínébe, ez 12 Pa kompressziós erősségű, vagyis gyenge jeges-poros keverék nyomószilárdságának (nyomási ellenállásának) felel meg, ami a frissen hullott laza szerkezetű porhónál is gyengébb.

Nincs saját mágneses tere az üstökösmagnak

A Rosetta RPC-MAG (Rosetta Plasma Consortium) fluxgate magnetométer, valamint a Philae ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) műszer mágneses mérési adatainak időbeli menetét mutatja az első és az utolsó talajtérés között a következő ábra. A mért értékek nanotesla (nT) egységekben vannak megadva. Az adatok mintegy 10 nT mágneses teret jeleznek, ami beleesik a Naprendszerben a bolygóközi tér 0,1 – 10 nanotesla tartományába. Annak érzékeltetésére, hogy mennyire kicsi mágneses térről van szó: a Föld mágneses mezeje 50 fok szélességen 20 mikrotesla, egy nagy patkómágnesé 1 millitesla, egy napfoltban 0,25 T – 10 T is lehet.

A mag felszíne közelében levő mágneses teret modellezték a napszél által szállított külső mágneses tér, valamint az üstökösmag nagyon gyengének feltételezett saját, belső mágneses terének összegével. Az adódott, hogy egy ilyen kis saját, belső mágneses tér csak az üstökösmag felszínétől számított legfeljebb egy méter magasságig lenne kimutatható és az üstökösmag környezetében a napszél mágneses tere dominál, vagyis csak a külső mágneses teret lehet kimutatni a 67P magja közelében. Ez az egy méteres magasság gyakorlatilag a ROMAP térbeli felbontási határa a mágneses tér mérésében. Mindebből az következik, hogy a 67P magjának a mérési hibahatáron belül nincs saját belső mágneses tere.

A kapott mérési eredmények azt jelentik, hogy az üstökös kialakulása helyén nem került be számottevő vas az üstökös poranyagába, amelyből az üstököst felépítő blokkok (kometezimálok) a fagyott gázok jegeivel együtt beépültek. Ebből természetesen nem következik az, hogy a többi üstökös is mágnesezetlen lenne, ezek a mérések csak erre az egy üstökösre adnak konkrét eredményeket. A Naprendszer kialakulásakor a porszemcsék és kisebb építőblokkok összeállását, összetapadását elsősorban az ütközések, a tömegvonzás és a mágneses tér hatása is befolyásolta, de úgy tűnik, hogy ez utóbbinak nem mindig volt szerepe az első két hatáshoz képest, legalábbis makroszkópikus méretekben.

Polimer lánc-molekulák kimutatása

A Philae tömegspektrométerével sikerült polimer lánc-molekulákat kimutatni, amelyek CHO tartalmúak. Ezek a polimerek hasonlóak a Halley-üstökös kómájában kimutatott polimerekhez, amelyek egyébként a felszínen sugárzás hatására polimerizálódtak. A mérések az aromás szénhidrogén vegyületek hiányát jelzik, mint amilyen a benzén, hiányoznak továbbá a kéntartalmú vegyületek. Meg kell jegyezni, hogy a Philae leszállási helye és környéke nem mutatott számottevő aktivitást a mérések idején. A polioximetilén jelenléte az üstökösben magyarázatot adhat az üstökösökben megfigyelhető formaldehid jelenlétére, amely a polimer bomlásával keletkezhet, és közvetlenül az üstökösmag felszínéről kerül a kómába.

Szénben és nitrogénben nagyon gazdag szerves molekulák azonosítása

A Philae egyik műszere a Philae első talajtérése után a mag felszíne felett repülve „szimatolta” a maghoz közeli üstököskómát, és meghatározta a gázanyag kémiai összetételét. A mérések során tizenhatféle szerves anyagot azonosított, köztük szénben és nitrogénben nagyon gazdag molekulákat. A leggyakoribbak az üstökös gázainak fő összetevői, a víz, a szénmonoxid, a széndioxid, és az ezekhez képest kisebb mennyiségben előforduló formaldehid voltak. Négy új molekulát is azonosított, amelyeket eddig még nem mutattak ki üstökösökben, ezek a metil-izocianát, aceton, propionaldehid és acetamid. Fontos, hogy a kimutatott molekulák az élethez szükséges alapvető hozzávalók, amelyek az aminosavak, cukrok és nukleotidek felépítéséhez szükségesek. A formaldehid például a ribóz, illetve a DNS kialakulásához alapvetően szükséges. A 67P-ben talált prebiotikus „építőkockák” jelenléte a Rosetta misszió egyik legfőbb tudományos kérdése volt.

A Philae COSAC műszerével kimutatott molekulák keletkezése. A zöld színnel jelölt vegyületeket az üstökösökben eddig még nem mutatták ki, ezeket a COSAC figyelte meg először, a piros színnel jelölt vegyületek kimutatása még bizonytalan (ESA Rosetta/Philae COSAC, Science 2015. július 31.).

Egyébként a Rosetta keringő egysége ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) műszerével sikerült kimutatni a glicin aminosavat az üstökös kómájában a porszemcsék felületén levő jégrétegből kiszabadult gázban. Az aminosavak a fehérje alapú (pl. földi) élet fontos építőelemei.

A Philae 10 évvel ezelőtti sima leszállása az emberi civilizáció, technika és tudomány jelentős eseménye. Ezzel egyben egy új égitesttípus részletes, közvetlen közeli vizsgálatára nyílt meg a lehetőség, illetve a Naprendszer keletkezése körülményeinek tisztázásához juthatunk közelebb a mintegy 4,5 milliárd évvel ezelőtti, szinte érintetlen, egyszerű felépítésű kis égitest, egy üstökösmag közvetlen „megérintésével”, tanulmányozásával.

Az első leszállás egy üstökösmagon sok érdekes új tudományos eredményt hozott, de sok megválaszolatlan kérdés is maradt. Várható, hogy a jövőben is lesznek az üstökösmagokra leszálló és azokat részletesen tanulmányozó űrszondák, amelyek első, úttörő képviselője a Philae volt.

A hír a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt témaköréhez kapcsolódik.

Források:

ESA (2024.10.12.) SPACE.COM (2024.08.01.)