Kometprøver er på vei mot Jorden

Av Erik Tronstad

Stardust har Jorden i sikte. (NASA)

Den brune og hvite returkapselen, helt til venstre i seksjonen mellom sol­celle­pa­nelene, settes i rotasjon. (NASA)

Returkapselen er dyttet bort fra mo­der­rom­far­tøyet. (NASA)

Returkapselen raser inn i jordatmosfæren og varmes kraftig opp. (NASA)

Gassene rundt kapselen varmes så kraftig opp at de ioniseres. (NASA)

Pilotskjermen dras ut og fylles med luft. (NASA)

Pilotskjermen har dratt ut hovedfallskjermen. (NASA)

Det amerikanske kometromfartøyet Stardust er på vei mot Jorden. Om bord er støvkorn både fra komet Wild-2 og fra en strøm av interstellart støv som «blåser» gjennom Solsystemet.

Dette blir første gang et romfartøy vender tilbake til Jorden med prøver fra et annet legeme enn Månen. Riktignok samlet Genesis inn partikler fra solvinden og returnerte disse til Jorden 8. september 2004 (se Returkapselen fra Genesis krasjlandet (eRomfart 2004-168)). Partiklene som Genesis hadde med, var imidlertid enkeltatomer og elementærpartikler. I «fangsten» fra Stardust forventer forskerne å finne større partikler, som støvkorn, ikke bare enkeltatomer.

For litt over to år siden, 2. januar 2004, fløy Stardust gjennom komaen til komet Wild 2. En del av støvet fra komaen ble fanget opp av en egen enhet i Stardust. Se mer om dette i artiklene Stardust med vellykket gjennomflyvning av komet Wild 2 (eRomfart 2004-002) og Stardusts Wild 2-passering annerledes enn forventet (eRomfart 2004-009).

Prøvene som Stardust har samlet inn, er i en returkapsel om bord. Den skal snart kobles fra mo­der­rom­far­tøyet og skal lande i Utah, USA førstkommende søndag, 15. januar 2006, klokken 11.12 norsk normaltid.

Strengt tatt er dette ikke første gang forskere får tilgang til å analysere støvkorn fra kometer. Høyt i jordatmosfæren svever en del små støvkorn fra blant annet kometer. De havner i jordatmosfæren når Jorden av og til passerer gjennom områder der kometer tidligere har passert. I USA har man samlet inn slike støvkorn ved å la U-2-fly med eget innsamlingsutstyr fly høyt i jordatmosfæren.

Over tid samles slikt støv også på havbunnen. Forskere har brukt eget utstyr til å hente opp materiale fra bunnen av havdyp på flere kilometer. Fra disse prøvene har de hentet ut støvkorn som har sin opprinnelse utenfor Jorden.

En tredje kilde til interstellare støvkorn er meteoritter. Studier av slike støvkorn viser at de inneholder data om viktige egenskaper ved stjernene som en gang dannet dem, lenge før vårt solsystem ble til.

Disse metodene er omstendelige og fanger opp meget få støvkorn av utenomjordisk opprinnelse. Det er grunnen til at NASA valgte å bruke Stardust til å hente inn slike prøver utenfra. Stardust blir den første menneskelagede gjenstand som bringer prøver fra en komet og av interstellart støv tilbake til Jorden.

Gjennom Solsystemet går en strøm av interstellare partikler. I to perioder strakte Stardust ut en enhet som samlet inn støv fra den strømmen. Første innsamlingsperiode var fra 22. februar 2000 til 1. mai 2000, andre periode fra 5. august 2002 til 9. desember 2002.

Dersom alt går som planlagt, vil returkapselen bli skilt fra mo­der­rom­far­tøyet klokken 06.57 norsk normaltid 15. januar 2006. De to er da 110 728 km fra Jorden, og begge er på kollisjonskurs med Jorden. Idet frakoblingen skjer, settes returkapselen til å rotere med 14-16 rotasjoner per minutt. Det er for å stabilisere kapselen.

Omtrent 15 minutter senere avfyres rakettmotorer i mo­der­rom­far­tøyet for å bringe det bort fra kollisjonskursen med Jorden. Mo­der­rom­far­tøyet bringes dermed inn i en bane rundt Solen.

Returkapselen har ingen rakettmotorer. Etter at den er koblet fra mo­der­rom­far­tøyet, har man ingen mulighet til å endre returkapselens bane. Den må være helt riktig idet frakoblingen skjer.

Offisielt regner man at returkapselen treffer jordatmosfæren idet den er i 125 km høyde over havoverflaten, noe som skjer klokken 10.57 norsk normaltid 15. januar 2006. Kapselen er da i ferd med å passere inn over stillehavskysten av California i USA, helt nord i delstaten, rett syd for delstatsgrensen til Oregon. Den er omtrent 886 km fra landingsstedet i Utah, USA.

Stardusts returkapsel kommer til å treffe jordatmosfæren med en hastighet på omtrent 12,8 km/s (46 000 km/h). Det er raskere enn noen annen menneskelaget gjenstand tidligere har gjort. Den nåværende rekordholderen er Apollo 10s kommandoseksjon. Med Thomas Patten Stafford, Eugene Andrew Cernan og John Watts Young om bord traff den jordatmosfæren med en hastighet på 11,09 km/s (rundt 39 920 km/h) 26. mai 1969. De tre herrene fortsetter å beholde rekorden for den høyeste hastighet mennesker har vært oppe i.

Under deler av turen gjennom atmosfæren kommer Stardust-kapselen til å bli observert fra bakken og fra spesialfly. Varmeskjoldet er laget av et karbonbasert materiale som vurderes brukt i NASAs neste bemannede romfartøy, Crew Exploration Vehicle (CEV) (se NASAs planer for bemannet retur til Månen (eRomfart 2005-133)). Derfor ønsker man å samle inn data om hva som skjer med kapselen underveis gjennom atmosfæren.

Høyeste varmebelastning for Stardusts returkapsel kommer 52 sekunder etter inntredenen i atmosfæren, når høyden er 61 km. Største retardasjon eller g-belastning blir på 38 g og kommer 10 sekunder senere.

Retardasjonen vil 1 minutt og 56 sekunder etter inntredenen i atmosfæren være nede i 3 g. Da starter en nedtellingsklokke om bord. Om lag 16 sekunder senere avfyres en sprengladning som utløser pilotfallskjermen. Hastigheten er da rundt 1,4 ganger lydens hastighet.

Nede i omtrent 3000 m høyde over havet, eller 1800 m over landingsområdet, kobles pilotskjermen fra og hovedfallskjermen foldes ut. Samtidig begynner en radiosender om bord å sende ut radiosignaler, som skal brukes til å lokalisere kapselen.

Fotsporet til Stardust-kapselen de siste 135 km inn mot landingsstedet i USA. Kapselen passerer over Nord-California, Nord-Nevada og lander helt nordvest i Utah, rett øst for delstatsgrensen til Nevada. Lenger opp ses det tilsvarende fotsporet til Genesis-kapselen. Langs den vertikale aksen er angitt nordlig bredde, langs den horisontale vestlig lengde. (NASA)

Returkapselen skal lande innenfor en ellipse på 76 km x 44 km ved Utah Test and Training Range i Utah, USA, samme område som Genesis-kapselen landet. Nærmere bestemt skal Stardust-kapselen lande ved Dugway Proving Ground, som ligger omtrent 130 km vestsydvest for Salt Lake City.

Med Genesis gikk det ikke helt bra. Paraskjermen foldet seg ikke ut og kapselen krasjlandet, istedenfor å bli plukket opp av et helikopter mens den hang i paraskjermen. (Se Returkapselen fra Genesis krasjlandet (eRomfart 2004-168).)

Årsaken til Genesis-kapselens problemer var at fire små sensorer var montert feil vei. De skulle registrere når kapselens nedbremsing i atmosfæren nådde en viss verdi. Da skulle de starte en nedtellingsklokke om bord. Når nedtellingsklokken kom til null, skulle den ha utløst en pilotskjerm. Den skulle stabilisere kapselen, før paraskjermen ble foldet ut. Feilen med sensorene gjorde at nedtellingsklokken aldri startet. Dermed ble heller ingen av de to skjermene foldet ut.

Stardust-kapselen har tilsvarende sensorer, som skal registrere når kapselens retardasjon har avtatt til 3 g. Man har nøye gjennomgått dokumentasjon fra byggingen av Stardust, blant annet fotografier tatt etter installeringen av de omtalte sensorene. Alt tyder på at sensorene i Stardust er riktig montert.

Systemet med disse sensorene i Stardust ble for øvrig testet på bakken før oppskyting. Da fungerte det helt fint. En tilsvarende test ble ikke gjort med Genesis-systemet. Elektronikken i Genesis, som ble bygd etter Stardust, var mer kompleks. Det gjorde det mer komplisert å utføre en test. Siden alt hadde fungert så fint i testen med Stardust, regnet man med at det også ville fungere for Genesis og hoppet over den testen for Genesis.

Stardust-kapselen skal for øvrig ikke plukkes opp fra et helikopter mens den svever ned mot bakken, men skal lande på bakken.

Omtrent klokken 11.12 norsk normaltid (03.12 lokal tid på landingsstedet i Utah) 15. januar 2006 skal Stardust-kapselen treffe bakken. Landingshastigheten skal være om lag 4,5 m/s (vel 16 km/h). Idet kapselen treffer bakken, kuttes fallskjermsnorene. Det er for at fallskjermen ikke skal trekke kapselen med seg etter landing, om det er vind i området.

Et helikopter nærmer seg Stardust-kapselen, etter en vellykket landing. (NASA)

I de siste døgnene av Stardusts ferd mot Jorden vil bakkekontrollen nøye overvåke romfartøyets bane. Om man oppdager at noe ikke er som det skal, kan man velge å ikke koble returkapselen fra mo­der­rom­far­tøyet. Stardust vil da avfyre motorer om bord og endre banen sin. Romfartøyet, med returkapselen, vil gå inn i en bane rundt Solen. Om 3,5-4 år vil det igjen komme tilbake til Jorden. Da kan man gjøre et nytt landingsforsøk.

Med helikopter flyr bakkebesetningen umiddelbart til der kapselen har landet. Tre personer vil sammen rett og slett bære den 43 kg tunge og 0,81 m store kapselen bort til helikopteret. Temperaturen på utsiden av varmeskjoldet kan være opptil 60 °C, forutsatt en normal landing. De som skal håndtere kapselen, må derfor ha spesialhansker på hendene sine.

Helikopteret flyr kapselen til en hangar ved Michael Army Air Field. En stor lastebil frakter så kapselen videre til en bygning i nærheten. Der venter forskere og teknikere i et midlertidig renrom. Temperaturen på utsiden av varmeskjoldet skal nå være nede i 25 °C.

I dette renrommet vil beholderen med prøvene som Stardust har samlet inn, bli tatt ut av kapselen. Beholderen kobles umiddelbart til et system som blåser ultraren nitrogen gjennom den. Deretter klargjøres kapselen, beholderen med prøvene og tilhørende utstyr for frakt med fly til NASAs Johnson Space Center (JSC) ved Houston i Texas, USA.

Ved JSC er det bygd opp et eget laboratorium som skal brukes til å håndtere Stardust-prøvene. Der er det blant annet et renrom av klasse 100. Det betyr at i en hvilken som helst del av atmosfæren i rommet, skal det innenfor én kubikkfot (et volum på vel 28 liter) ikke være mer enn 100 partikler som er større enn 0,0005 mm. Til sammenlikning er kravet til en vanlig operasjonsstue ved et sykehus at den er et renrom av klasse 10 000. Dette laboratoriet er i samme bygg som der blant annet måneprøver fra Apollo og solpartikler fra Genesis oppbevares.

Forskerne regner med at de største partiklene som Stardust har samlet inn, er omtrent 1 mm store. De fleste vil imidlertid være mindre enn tykkelsen på et hårstrå fra et menneske. Totalt har Stardust antakelig samlet inn noen millioner partikler. Samlet masse av alt dette materialet forventes likevel å være bare 0,001 g.

For forskerne er dette en overdådig stor mengde med grunnlagsmateriale. En 0,1 mm (100 mikron) stor partikkel kan være en samling av millioner av enkeltpartikler fra det interstellare rommet. Dataene forskerne leter etter, ligger i partikler på bare 1 mikron. Selv partikler med en utstrekning på 10 mikron regnes som store, så store at de vil bli skåret ned til mindre enheter.

Kometer er etterlevninger fra de ytterste delene av den skiven av gass og støv som Solsystemet ble dannet fra, for omtrent 4,6 milliarder år siden. Forskerne antar at de inneholder materiale fra den tiden, som senere ikke er blitt endret. Dette i motsetning til for eksempel Jorden, der geologiske prosesser flere ganger har nydannet jordskorpen etter at Jorden ble dannet.

Prøvene som Stardust har med vil derfor gi informasjon om forholdene i tåken som Solsystemet ble dannet fra. Gassen og støvet i den kommer fra stjerner som eksisterte før Solen ble dannet. Støvet fra Stardust forventes også å gi informasjon om forhold og prosesser i de stjernene.

Du finner mer stoff om Stardust og Stardusts passering av komet Wild 2 i artiklene Stardust klar for gjennomflyvning av komet Wild 2 (eRomfart 2003-203), Nye Stardust-bilder (eRomfart 2004-084) og Flere resultater fra Stardusts passering av komet Wild 2 (eRomfart 2004-137).