Fremtidige komet- og asteroidesonder

Av Øyvind Guldbrandsen

Innledning

Den veldige aktiviteten omkring Halleys komets møte med det indre solsystem skaffet oss en stor mengde vitenskapelige data om selve kometen samt kometer generelt. Men man fikk på ingen måte svar på alle de spørsmål man hadde stilt seg om kometer. Dette var konklusjonen etter Heidelberg-konferansen om Halleys komet. Blant de utallige vitenskapelige resultater som ble fremlagt, fant man også planer for NASAs foreslåtte Comet Rendezvous and Asteroid Flyby mission (CRAF).

På en ferd med formasjonsflyvning er banen til sonden beregnet slik at den vil være sammenfallende med banen til kometen, og sonden og kometen kan fly side om side i ubestemt tid. Mens man ved passeringene av kometene Halley og Giacobini-Zinner føk forbi med opptil 70 km/s, og følgelig fikk det veldig travelt med å samle data, vil en sonde i formasjonsflyvning rolig kunne studere en komets utvikling fra et fast «utsiktspunkt». Sonden kunne for eksempel kretse rundt kjernen i gangfart i lav høyde eller skyte en instrumentkapsel (penetrator) inn i kometkjernen og holde seg svevende over landingsområdet mens modersonden samlet inn data.

Planer for CRAF

Foreløpige planer for CRAF, som skal være et samarbeidsprosjekt mellom USA og Vest-Tyskland, går ut på at oppkytning skal skje i februar 1993, mens møtet med kometen Tempel 2 skal finne sted i oktober 1996, når kometen er lengst fra Solen. På ferden ut skal CRAF passere asteroiden 46 Hestia i januar 1995, ta bilder av den og kartlegge dens overflatemineraler i infrarødt lys.

Halley-observasjonene konkluderte med at overflaten til kometen er dekket med en mørk, varmeabsorberende skorpe. Det man derimot ikke fant ut, var hva denne skorpen bestod av. Kanskje er det et mykt lag støv som har falt tilbake til kjernen, eller et porøst, fast stoff hvorfra de flyktige bestanddelene har fordampet? Man fant heller ikke ut hva overflatematerialene er sammensatt av eller hvilke fysiske karakteristika kjernen har.

Mange ting peker i retning av at Halleys kjerne er meget løst sammenpakket. Men ingen av Halley-sondene var i stand til å avsløre kjernens masse på grunn av de høye passeringshastighetene. Nå planlegger man imidlertid å la CRAF gjennomføre flere langsomme passeringer av den inaktive kjernen til Tempel 2. På denne måten vil det kunne la seg gjøre å beregne kjernens masse med en nøyaktighet på mindre enn 0,1 %. I tillegg planlegger man å kartlegge hele overflaten med en oppløsning på 1 m. Når man får nøyaktige data om kjernens størrelse, masse og form, kan man beregne dens tetthet og dermed bestemme om den er en kompakt snøball eller så lett og luftig som nysnø.

For å oppnå en fullstendig kartlegging av kjernen, vil man la CRAFs visuelle og infrarøde spektrometer sveipe over kjernen med en oppløsning på omtrent 10 m. Dette instrumentet vil kunne bestemme fordelingen av forskjellige typer is og mineraler ved å måle strålingen i 320 forskjellige bølgelengdeintervaller i området 0,4-5 mikrometer. Et infrarødt radiometer som er plassert ved siden av kameraene og spektrometeret, kunne kartlegge temperaturer for å avsløre noen av overflatematerialenes fysiske egenskaper. For eksempel burde områder med tynn skorpe være kaldere på grunn av kortere avstand til isen under.

I 1999, når Tempel 2 er nær nok Solen til å bli aktiv, kan disse instrumentene overvåke utviklingen av utstrømninger av gass og støv. Dermed burde vi lettere kunne forstå hvorfor slik utstrømning oppstår enkelte steder på kjernen og ikke på andre.

Tross den intense obsevasjonen av Halleys komet, fikk man ikke avklart de kjemiske og fysiske egenskapene til isene inni kjernen. Enkelte «grunnmolekyler» er enkle å identifisere, slik som vann (H₂O), karbondioksyd (CO₂), karbonmonoksyd (CO) og hydrogencyanid (HCN). Men kometen bestod nesten helt sikkert også av andre flyktige stoffer som er vanskeligere å identifisere. For det første kan de ha for svake spektrallinjer i de bølgelengdeområdene man kan se fra Jorden. Dessuten hadde mange av de gassene som kunne observeres av massespektrometrene om bord på Vega og Giotto samme molekylmasse, noe som også skapte vanskeligheter. En tredje ting er at mange av grunnmolekylene blir spaltet eller ødelagt i kometkomaens indre når kjernen nærmer seg Solen. CRAFs massespektrometer vil derimot studere utstrømmende masser fra kjernen før molekylene blir spaltet av sollyset.

CRAF vil også medbringe en penetrator som skal sendes mot kometen og trenge vel 1 m inn i kjernen. Dens hastighet på vei gjennom overflaten vil bli målt nøyaktig for dermed å bestemme materialenes styrke i forskjellige dybder. Etter at den har landet, vil penetratorens instrumenter undersøke omgivelsene. Temperaturen skal måles på tre forskjellige dybder, og et gammaspektrometer vil bestemme de relative mengdene av karbon og tyngre grunnstoffer. Et annet instrument skal registrere temperatur og trykk i et forseglet kammer mens en liten prøve av kometmateriale blir varmet opp. På flere stadier i oppvarmingsprosessen vil gasser fra prøven bli ledet til en gasskromatograf for å bestemme sammensetningen av prøven.

Ett av de overraskende resultatene fra Vega- og Giotto-passeringene var oppdagelsen av såkalte CHON-partikler - faste partikler hovedsakelig bestående av karbon, hydrogen, oksygen og nitrogen. På grunn av sondenes høye hastigheter var det for øvrig bare plasmaskyene etter partikkelkollisjonene man fikk undersøkt, etter hvert som partiklene ble ødelagt i kollisjon med sondene. Derfor var det svært lite man fikk vite om hvordan de forskjellige grunnstoffene var satt sammen.

På grunn av CRAFs lave hastighet vil de innsamlede CHON-partiklene forbli inntakte. Analysering inne i sonden vil foregå med et miniatyrelektronmikroskop og ved å undersøke røntgenstråling fra de enkelte partiklene for å kunne skille ut de enkelte grunnstoffene. Et annet instrument vil frigjøre ioner fra støvkornene slik at man kan gruppere molekyler med lik masse. Dessuten vil et tredje instrument varme opp støvprøven for å finne dens kjemiske sammensetning.

For de som er interessert i hvordan livet på Jorden oppstod, gav Halley en indikasjon på at den kanskje inneholder komplekse organiske molekyler. Derfor har CRAFs massespektrometer blitt konstruert slik at det kan analysere organiske molekyler med en molekylvekt på opptil 300, noe som vil inkludere tunge aminosyrer. For øvrig går enkelte teorier ut på at livet på Jorden oppstod da kometkjerner som inneholdt komplekse organiske molekyler, kolliderte med Jorden. CRAF vil kunne styrke eller svekke disse teoriene.

Forbiflygninger og returnering av kometprøver

Selv om en langvarig parallellflygning med en komet vil bringe langt flere data enn bare en passering, regner man med at også passerende kometsonder vil spille en vesentlig rolle i fremtidig kometutforskning. Dette skyldes både lavere kostnader og at en passeringssonde vil kunne besøke mange flere himmellegemer.

NASAs vitenskapsmenn planlegger nå en kombinasjon av en passeringssonde og en sonde som vil returnere med en kometprøve. Den store fordelen med returneringssonder er jo som kjent at undersøkelser av prøver på Jorden vil være langt mer omfattende og mer pålitelige enn de som utføres i en romsonde.

Man tenker seg at to sonder blir skutt opp separat i januar 1994. Den ene skal være en rekognoseringssonde utstyrt med kameraer og diverse vitenskapelige instrumenter, mens den andre vil være en mindre sonde, beregnet på å samle prøver av støv og gass under kometpasseringen. Begge vil følge den samme banen, med rekognoseringssonden et par dager forut for den andre. Man tenker seg at første kometpassering vil finne sted i juni 1994. Kometen Tempel 1 vil bli besøkt først, og ved hjelp av data fra rekognoseringssonden vil det bli mulig å styre den andre dypt inn i komaen, cirka 50 km fra selve kjernen (omtrent 1/10 av avstanden Giotto-Halley).

I februar 1997 vil så begge sondene være tilbake ved Jorden. Rekognoseringssonden vil svinge forbi og legge ut mot nye mål, mens prøvetakingssonden skal benytte seg av rakettmotorer og bremses aerodynamisk for å komme inn i jordbane, innen rekkevidde av romfergen eller romstasjonen.

Rekognoseringssonden vil så foreta en to års ferd gjennom det indre Solsystemet og på veien passere asteroiden 46 Hestia, før den igjen passerer Jorden, i februar 1999. I mellomtiden blir prøvetakingssonden utstyrt med ny oppsamlerenhet, og den blir på ny sendt etter rekognoseringssonden. Det felles målet denne gang vil være kometen Tempel 2, med passering i august 1999. Videre planer for rekognoseringssonden går ut på to nye passeringer av Jorden for å komme inn i riktig bane for passering av Enckes komet i november 2003. Så skal Jorden igjen passeres to ganger før asteroiden Eros blir passert i relativt liten hastighet i november 2005. På grunn av både lavere passeringshastigheter og en forventet mindre gass- og støvaktivitet rundt kometkjernene, burde rekognoseringssonden kunne sende oss bedre bilder enn det Vega- og Giotto-sondene gjorde av Halley.

Nå har imidlertid Comet Observer ikke fått så høy prioritet som CRAF, så det er ikke umulig at den blir utsatt og kanskje får andre oppgaver enn de som her er beskrevet. De to sondene har fått noen felles mål, så det øker muligheten for omlegging av planene. Det må samtidig understrekes at det her kun dreier seg om papirstudier, og at NASA verken har søkt om eller fått penger til å gjennomføre Comet Observer-prosjektet.

Man håper imidlertid på at CRAFs enkelt-kometstudie vil bli supplert av en multi-komet sonde. Ved å sammenlikne data fra slike sonder burde man bli i stand til å besvare de mange spørsmål som ble stående ubesvarte etter passeringen av Halleys komet: Hvordan kan fast stoff klumpe seg sammen og danne kometkjerner i det interstellare rommet eller i gass-skyene under dannelsen av nye stjerner? Hvilke blandinger av grunnstoffer og isotoper befant seg rundt Solen da Solsystemet ble dannet? Hvordan er fordelingen av organiske molekyler? Hva er mulighetene for liv i Universet? Hvordan har kometene innvirket på livets utvikling på Jorden?

Vi har sendt romsonder til nesten samtlige planeter i Solsystemet. Det burde nå være på tide å se nærmere på kometene og asteroidene.

Vil NASA få penger til CRAF?

Selv om NASA lenge har studert CRAF, har man ennå ikke fått penger til å gjennomføre planene omtalt ovenfor.

NASA besluttet sent i 1985 ikke å søke om penger på 1987-budsjettet til å starte CRAF-prosjektet. Tidlig i 1987 søkte imidlertid organisasjonen om 25 millioner dollar til dette på 1988-budsjettet, men fikk «nei» fra Reagan-administrasjonen. Samtidig avslo Reagan-administrasjonen å bevilge penger til å starte opp et annet, stort romvitenskapelig prosjekt, Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF).

AXAF er en meget avansert satellitt for røntgenobservasjoner, av og til omtalt som «røntgenområdets Hubble-romteleskop». I slutten av 1970-årene hadde NASA stor suksess med de to røntgensatellittene High Energy Astronomy Observatory 1 og 2, og mange ønsker å følge dette opp med AXAF, som kan gi langt bedre og mer detaljerte observasjoner enn forgjengerne.

CRAF vil måtte konkurrerer med AXAF også på 1989-budsjettet. Slik praksis har vært de siste årene, kan NASA høyst regne med å få starte ett nytt romvitenskapelig prosjekt i hvert budsjettår, og mange ganger ingen. Siden AXAF er tenkt som et observatorium med 10-15 års levetid og med vedlikehold fra romfergen og/eller romstasjonen, som for Hubble-romteleskopet, er det klart at CRAF kommer til å få meget hard konkurranse når NASAs 1989-budsjett skal settes opp.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Slik vil CRAF ta seg ut mens den foretar nærobservasjoner av en kometkjerne. (NASA) Fra en viss avstand observerer her CRAF kjernen til en komet mens den er mest aktiv, noe som skjer rundt perihel. (NASA)

CRAF vil benytte både Jordens og Venus' gravitasjonsfelt for å kunne akselereres ut til Tempel 2s bane. CRAF vil fly ved siden av Tempel 2 fra kometens aphel til etter perihel.

På dette diagrammet ser man Comet Observers planlagte ferd i Solsystemet sett relativt i forhold til en fast Jord-Sol-posisjon. Over en periode på 12 år regner man med 6 passeringer av Jorden, 3 av kometer, 2 av asteroider og 3 banemanøvrer ved hjelp av rakettmotorer og Jordens gravitasjonsfelt.

Ferdplan for foreslått kometsonde.