Rosetta klar til historisk kometferd

Av Erik Tronstad

Rosetta (nede til høyre) nærmer seg den mørke kjernen til komet Tsjurjumov-Gerasimenko. Oppe til venstre ses Solen som en lys flekk. (ESA/AOES Medialab)

Når ESAs kometromfartøy Rosetta skytes opp fra Kourou-romsenteret i Fransk Guyana i Syd-Amerika, er det begynnelsen på en over 10 år lang ferd i verdensrommet. Starten skjer med en Ariane 5-bærerakett klokken 08.36 norsk tid torsdag 26. februar 2004.

Oppskytingen er den første med en ny variant av Ariane 5, kalt Ariane 5G+. Den har et forbedret øvre trinn og en del komponenter som er lettere enn i originalversjonen av Ariane 5.

Ariane 5G+ og dens øvre trinn skal først plassere Rosetta i en parkeringbane rundt Jorden på 200 km x 4000 km. Festet til det øvre trinnet kommer Rosetta til å gå i den banen i omtrent to timer. Så skal det øvre trinnets motor starte for andre gang, og bringe Rosetta ut av jordbane. Det er første gang Ariane 5s øvre trinn har vært brukt på denne måten, med to brennperioder med en lang pause mellom.

Etter flere runder rundt Solen, skal Rosetta ankomme sin målkomet, Tsjurjumov-Gerasimenko, i mai 2014. Da er kometen omtrent 4,5 ganger lenger fra Solen enn Jorden er.

På sin 10 år lange ferd til komet Tsjurjumov-Gerasimenko kommer Rosetta til å passere nær Jorden tre ganger. (ESA/AOES Medialab)

Underveis til komet Tsjurjumov-Gerasimenko skal Rosetta foreta nærpasseringer av Jorden i mars 2005, november 2007 og november 2009 og av Mars i februar 2007. Minste passeringsavstand under forbiflyvningen av Jorden i 2005 blir et sted mellom 200 km og 14 000 km. Passeringen av Mars i 2007 skjer i bare 200 km avstand.

Hver passering vil gi Rosetta et gravitasjonsdytt og bidra til å endre baneretning og hastighet på en slik måte at romfartøyet er fremme ved målkometen til rett tid.

Gjennom disse gravitasjonsdyttene skal Rosetta etter hvert manøvreres over i nøyaktig samme bane som komet Tsjurjumov-Gerasimenko. Ariane 5 har langtfra den kapasiteten som skal til for å sende Rosetta direkte over i kometens bane, uten hjelp av gravitasjonsdytt fra Jorden og Mars.

Banen Rosetta skal følge, vil to ganger ta Rosetta gjennom asteroidebeltet. Der vil man få muligheter til nærpasseringer av asteroider. Forskerne har allerede en liste over aktuelle asteroider, som Rosetta kan passere. Etter at Rosetta er skutt opp, vil man avgjøre nøyaktig hvilke asteroider Rosetta skal fly forbi. Først da vet man nemlig hvor stor drivstoffreserve Rosetta har.

Fra juli 2011 til januar 2014 kommer Rosetta til å bli plassert i «dvale». I denne perioden vil Rosetta nå sin maksimalavstand fra Solen, på nær 800 millioner kilometer. Nesten alle elektriske systemer blir slått av. Unntakene er datamaskinen om bord, radiomottakerne, kommandodekodere og strømforsyningen. Romfartøyet blir satt i langsom rotasjon, med omtrent én rotasjon per minutt, mens sol­celle­pa­nelene er rettet mot Solen.

Philae har koblet seg løs fra Rosetta (nede til venstre) og er på vei i fritt fall mot kometkjernen. Oppe i bakgrunnen ses Solen. (ESA/AOES Medialab)

Romfartøyet «vekkes» opp i januar 2014, for å forberedes på møtet med målkometen. Når Rosetta ankommer komet Tsjurjumov-Gerasimenko i mai 2014, er de to 675 millioner kilometer fra Solen. Den omtrent 3 km x 5 km store kometkjernen er da ikke aktiv.

Motorer på Rosetta vil bli avfyrt i flere timer, for å redusere den relative hastigheten mellom romfartøyet og kometen til 25 m/s. Manøveren må foretas før Rosetta har begynt å ta bilder av kometkjernen. Følgelig vil man være helt avhengig av svært gode banedata for både Rosetta og komet Tsjurjumov-Gerasimenko beregnet ved observasjoner fra bakken.

Mens Rosetta langsomt driver innover mot kometkjernen, vil romfartøyet komme i en stilling der kameraene kan se kometkjernen. De første bildene som da tas, vil gi en enorm forbedring i kometens banedata.

Først vil Rosetta fly ved siden av kometkjernen. Den relative hastigheten mellom de to vil i løpet av tre måneder bli redusert fra 25 m/s til 2 m/s. Etter hvert vil Rosetta bli plassert i bane rundt kometkjernen, med en baneradius på omtrent 25 km.

I flere måneder skal Rosetta foreta en detaljert kartlegging av kometkjernens overflate. Observasjonene vil bli gjort fra avstander helt ned til 2 km.

Med seg har Rosetta et landingsfartøy, kalt Philae. Ut fra bildene Rosetta sender tilbake, vil man først plukke ut fem mulige landingssteder for detaljobservasjoner fra Rosetta. Til slutt vil ett landingssted bli valgt.

I november 2014 vil Philae koble seg fra Rosetta. Når det skjer, er Rosetta og Philae bare 1 km over kometkjernen.

Øverst ses Philae, på vei ned mot landing på kjernen til komet Tsjurjumov-Gerasimenko. Fra et par steder på kometkjernen strømmer det ut gass, fordi overflatematerialet fordamper. (ESA/AOES Medialab)

Philae kommer til å sveve langsomt ned mot kometkjernen og foreta en myklanding, med en landingshastighet på bare omtrent 1 m/s. Gravitasjonskraften fra kometkjernen er bare 3/100 000 av hva den er ved jordoverflaten. Når Philae treffer overflaten, kan instrumentkapselen risikere å rett og slett bare sprette ut og bort fra kometkjernen igjen. For å unngå dette, har Philae en del spesialutstyr.

Hvert av de tre landingsbeina har en støtdemper. Støtdemperne skal absorbere det meste av energien i sammenstøtet. I enden av hvert landingsbein er små pigger, som skal bore seg ned i overflaten idet Philae treffer den. Samtidig avfyrer Philae en liten harpun, som borer seg ned i kometkjernens overflate og forankrer landingsfartøyet. Landingsbeina kan roteres, heves og vippes slik at Philae blir stående i rett stilling på kometkjernens overflate.

I minst én uke skal Philae gjøre observasjoner på kometoverflaten. Landingsfartøyet har med flere kameraer. Bilder vil bli tatt både mens Philae er på vei inn mot landing og etter landing. Blant de ti instrumentene Philae har med, er et lite bor. Med det kan Philae bore over 20 cm ned i overflaten, hente opp prøver derfra og analysere dem om bord. Philae har flere instrumenter som skal analysere kometkjernens fysiske og kjemiske egenskaper og dens sammensetning.

I forgunnen har Philae landet trygt på kometkjernens overflate. Rosetta fortsetter i bane rundt kometkjernen. (Astrium/Erik Viktor)

Selv om såkalt nominell levetid for Philae er én uke, håper man at landingsfartøyet vil være i drift i flere uker, kanskje måneder. Alle data fra Philae vil først bli overført til Rosetta, så fra Rosetta og til bakkestasjoner på Jorden.

Rosetta skal fortsette observasjonene av kometkjernen i minst ett år etter at Philae har landet. I løpet av den tiden beveger komet Tsjurjumov-Gerasimenko seg innover i Solsystemet, stadig nærmere Solen. Den økte solvarmen vil etter hvert føre til økt fordampning av gasser og utsendelse av støv fra kometkjernen. Rundt kometen vil det dannes en koma og kometen vil også få haler av gass og støv.

Fra sin bane rundt kometkjernen kan Rosetta i detalj følge utviklingen av disse prosessene. Kameraene om bord vil kartlegge endringer på kometkjernens overflate. Andre instrumenter vil analysere gass og støv, som sendes ut fra kometkjernen.

Rosetta-prosjektet skal avsluttes i desember 2015. Da er både Rosetta og kometen på vei utover i Solsystemet igjen.

Philae har et redskap som kan ta prøver av overflaten på kometkjernen. Prøvene skal analyseres av instrumenter om bord i Philae. (ESA/AOES Medialab)

Komet Tsjurjumov-Gerasimenko går i en avlang bane rundt Solen. På det nærmeste er kometen 194 millioner kilometer fra Solen, på det fjerneste 858 millioner kilometer fra. Omløpstiden er 6,6 år. Til sammenlikning er Jordens middelavstand fra Solen knapt 150 millioner kilometer. Kometen ble oppdaget i 1969 av Klim Tsjurjumov (Universitetet i Kiev, Ukraina) og Svetlana Gerasimenko (Institutt for astrofysikk i Dushanbe, Tajikistan). Selve oppdagelsen ble gjort av Tsjurjumov, på bilder tatt av Gerasimenko.

Kometen har en noe uvanlig forhistorie. Frem til 1840 var dens periheliumavstand 4,0 AE og kometen kunne ikke ses fra Jorden. (1 AE er én astronomisk enhet, som er lik Jordens gjennomsnittsavstand fra Solen, knapt 150 millioner kilometer.) En nokså nær passering av Jupiter det året endret kometbanen slik at perihelium kom inn til 3,0 AE. I løpet av det neste århundret avtok minsteavstanden til Solen til 2,77 AE. En ny nærpassering av Jupiter i 1959 reduserte perihelium til 1,29 AE, som det nå er.

Rosetta blir det første romfartøy som går inn i bane rundt en kometkjerne. Videre blir Rosetta det første romfartøy som flyr sammen med en kometkjerne, mens den beveger seg innover i Solsystemet og blir stadig mer aktiv. Philae blir det første romfartøy som lander på en kometkjerne, og det første som gjør observasjoner på og analyser på stedet av en kometkjerne.

Selve kroppen på Rosetta er på 2,8 m x 2,1 m x 2,0 m. De 11 vitenskapelige instrumentene sitter på «toppen», andre delsystemer er i en egen modul. På en side av kroppen sitter den 2,2 m store parabolantennen, som kan dreies i forskjellige retninger. Philae sitter på motsatt side, i forhold til parabolantennen.

Inkludert 1670 kg med drivstoff veier Rosetta og Philae omtrent 3000 kg. De vitenskapelige instrumentene på Rosetta veier 165 kg. Philae veier 100 kg, hvorav instrumentene om bord veier 21 kg.

Til stillingskontroll, banejusteringer og nedbremsing for å gå inn i bane rundt kjernen i komet Tsjurjumov-Gerasimenko har Rosetta 24 små rakettmotorer. Hver yter en skyvekraft på 10 N.

Rosetta har de største sol­celle­pa­nelene som noen gang er brukt på et europeisk romfartøy. Avstanden mellom ytterkantene («vingespennet») er hele 32 m, arealet 64 m². Panelene kan roteres over en vinkel på 180° hver vei, for å kunne rettes mot Solen delvis uavhengig av stillingen til romfartøyets kropp.

Hovedårsaken til de store sol­celle­pa­nelene er at Rosetta møter komet Tsjurjumov-Gerasimenko så langt fra Solen som 675 millioner kilometer. Det er, som nevnt, 4,5 ganger lenger fra Solen enn Jorden er. Intensiteten av solstrålingen så langt fra Solen er mindre enn 1/20 (under 5 %) av hva den er i Jordens avstand fra Solen. For at sol­celle­pa­nelene så langt ute skal produsere nok strøm til systemene om bord, må de være store.

Aldri før har et romfartøy med sol­celle­pa­neler som strømkilde vært så langt fra Solen, som Rosetta skal. Den nåværende rekordholderen på dette feltet er det amerikanske kometromfartøyet Stardust. Det var 2,72 astronomiske enheter (407 millioner kilometer) fra Solen 19. april 2002 (se Avstandsrekord for solcelledrevet romfartøy (eRomfart 2002-050)). På det fjerneste kommer Rosetta til å være nesten 790 millioner kilometer (5,25 AE) fra Solen. Til sammenlikning er Jupiters gjennomsnittlige solavstand 5,20 AE og Mars' er 1,52.

Når Rosetta møter komet Tsjurjumov-Gerasimenko 675 millioner kilometer fra Solen, leverer sol­celle­pa­nelene en effekt på 440 W med elektrisk strøm. Der Rosetta er lengst fra Solen, leverer sol­celle­pa­nelene 395 W. Mot slutten av Rosettas oppdrag er Rosetta og kometkjernen knapt 200 millioner kilometer fra Solen. Da leverer sol­celle­pa­nelene hele 8000 W. I strømforsyningssystemet inngår fire batterier, hvert på 10 Ah. De skal levere strøm til Rosetta når romfartøyet er i skyggen av komet Tsjurjumov-Gerasimenko.

Med Hubble-romteleskopet har man observert og studert størrelsen på, formen på og rotasjonsperioden til komet Tsjurjumov-Gerasimenko. Fra disse observasjonene har man laget seg disse modellene av kometkjernen. Øverst vises den sett rett ovenfra rotasjonsaksen, nede vises den sett fra siden og «forfra». (NASA, ESA og Philippe Lamy (Laboratoire d'Astronomie Spatiale))

Rosetta skulle opprinnelig vært skutt opp i januar 2003. En mislykket Ariane 5-oppskyting 11. desember 2002 (se Fiasko for ny versjon av Ariane 5 (eRomfart 2002-154) og Mer om den mislykkede Ariane 5-oppskytingen (eRomfart 2002-155)) ødela den planen. Selv om det var en annen Ariane 5-versjon som mislyktes enn den som Rosetta skulle ha brukt, tok ESA ingen sjanser. I midten av januar 2003 valgte ESA å utsette Rosetta-ferden på ubestemt tid (se Oppskytingen av Rosetta utsatt/avlyst (eRomfart 2003-012)).

Ifølge den opprinnelige planen skulle Rosetta vært sendt til komet Wirtanen og kommet frem til den kometen i slutten av 2011. Da det ble klart at Rosetta ikke kunne benytte oppskytingsvinduet i januar 2003, mistet man også muligheten for å fly til komet Wirtanen. ESA måtte da finne en ny målkomet for Rosetta. Det ble altså komet Tsjurjumov-Gerasimenko (se Ny målkomet for Rosetta (eRomfart 2003-050)).

Kometkjerner antas å inneholde materiale fra Solsystemets dannelse, for 4,6 milliarder år siden, og som er uendret siden den gang. De beskrives som de mest primitive objektene i Solsystemet, nettopp i den forstand at de har holdt seg uendret siden de ble til. Forskerne forventer derfor at kometkjerner kan gi viktige data om hvordan Solsystemet ble dannet.

Prosjekt- og romfartøynavnet Rosetta er hentet fra Rosetta-steinen. Steinen, som nå oppbevares ved British Museum i London, ble oppdaget av noen av Napoleons soldater i 1799, nær byen Rosetta (nå Rashid) i Egypt. På den flate steinen er det hogd inn en tekst med to typer hieroglyfer og på gresk. Den gangen var det ingen som kunne tyde og forstå hieroglyfer. En eller annen gang etter at tekstene på steinen ble hogd inn rundt 200 f.Kr., forsvant hieroglyfene ut av bruk. Med det forsvant også menneskers kunnskap om hva de betød og hvordan de kunne og skulle leses.

Briten Thomas Young kom et stykke på vei med å løse hieroglyfenes gåte, ved hjelp av Rosetta-steinen. Hele grunnlaget for dette var antakelsen om at det var samme tekst, som på steinen var hogd inn både på gresk, som man kunne, og med de to typene hieroglyfer. Det var imidlertid franskmannen Jean Francois Champollion som stod for det store gjennombruddet. Hovedsakelig ved hjelp av tekstene på Rosetta-steinen greide han i årene 1821-1823 å løse hieoroglyfenes gåte. For første gang på nesten 1500 år kunne mennesker igjen lese tekster skrevet med hieroglyfer. (Man kjenner til tekster skrevet med hieroglyfer så sent som 394 e.Kr.)

Navnet Philae på landeren ble valgt etter en navnekonkurranse. Det vinnende forslaget kom fra 15 år gamle Serena Olgas Vismara fra Arluno, nær Milano i Italia. Filae (engelsk Philae) er en øy (nå neddemmet) i Nilen nær Aswan i Egypt. Der var en obelisk med tekster hugget inn på to språk. Tekstene ga Champollion de siste bitene han trengte i puslespillet for å forstå hieroglyfene på Rosetta-steinen.

På samme måte som Rosetta-steinen førte til løsningen av hieroglyfenes gåte, håper forskerne at Rosetta-romfartøyet skal gi svar på mange spørsmål om hvordan kometene og Solsystemet ble dannet.