Første Pluto-romfartøy klart til oppskyting

Av Erik Tronstad

For første gang skal det skytes opp et romfartøy, New Horizons, som skal observere Pluto og dens måner på nært hold. Pluto er den eneste av de ni planetene som ennå ikke har vært besøkt av et romfartøy fra Jorden.

New Horizons nærmer seg Pluto og dens tre kjente måner (nede til venstre). (NASA)

Oppskytingen av NASAs New Horizons-romfartøy skal starte tirsdag 17. januar 2006 klokken 19.24 norsk normaltid. Da skal en Atlas 5-bærerakett, med Pluto-romfartøyet på toppen, starte fra oppskytingskompleks 41 ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida, USA.

Flyfoto av oppskytingskompleks 41 ved Cape Canaveral Air Force Station. Da bildet ble tatt 2. november 2005, stod det ingen bærerakett på opp­skyt­ings­platt­formen. Atlas 5-bæreraketten for New Horizons befant seg inni den høye bygningen i bakgrunnen. (NASA)

Oppskytingsvinduet den dagen er på 1 time og 59 minutter. Siste frist for å skyte opp romfartøyet i år er 14. februar 2006. Er det ikke skutt opp senest den datoen, må man vente til 2007. Da har man nye muligheter i perioden 2.-15. februar 2007.

Midt på bildet ses Atlas 5-bæreraketten som skal skyte opp New Horizons. (NASA)

Bæreraketten er en variant av Atlas 5, med fem faststoffmotorer montert rundt sentraltrinnet. På toppen av sentraltrinnet er et Centaur-trinn, som fungerer som bærerakettens andre trinn. Oppå Centaur-trinnet er en faststoffmotor av typen Star 48B. Den skal gi New Horizons det siste dyttet utover i Solsystemet.

Når Star 48B er ferdig med jobben sin, har New Horizons fått en hastighet på 16,2 km/s (58 300 km/h). New Horizons kommer dermed til å sprinte bort fra Jorden raskere enn noen tidligere menneskelaget gjenstand. Bare ni timer etter oppskyting vil romfartøyet passere Månen. Apollo-romfartøyene brukte til sammenlikning vel tre døgn ut dit.

Første dato man kunne ha skutt opp New Horizons var 11. januar 2006, noe som også lenge var målet. I midten av desember 2005 valgte man å utsette oppskytingen til 17. januar 2006. Årsaken var mulige tekniske problemer med en drivstofftank i Atlas 5-bæreraketten.

Høsten 2005 gjorde produsenten av Atlas-bæreraketten, Lockheed Martin, en prøve med en drivstofftank for parafin til bærerakettens kjernetrinn. Prøvetanken ble trykksatt med vann, for å teste den under maksimal belastning med fire eller fem påmonterte faststoffmotorer. Det oppstod da sprekker i tanken. Lockheed Martin mener sprekkene oppstod på grunn av prøver tanken tidligere hadde vært gjennom.

Det første trinnet til Atlas 5-bæreraketten for New Horizons ankom Florida med et russisk transportfly 8. september 2005. Nye undersøkelser av en drivstofftank i dette trinnet førte til utsettelse av oppskytingen av New Horizons. (NASA)

NASA beordret da omfattende undersøkelser av den tilsvarende drivstofftanken i Atlas 5-bæreraketten som skal skyte opp New Horizons. Man ville sikre seg at drivstofftanken ikke har noen sprekker etter tester den har vært gjennom, før den ble innmontert i Atlas 5. Dermed sprakk timeplanen som hadde 11. januar 2006 som oppskytingsdato.

Ankomst Pluto sterkt avhengig av oppskytingsdato

Datoen for når romfartøyet kommer frem til Pluto, avhenger av når det blir skutt opp. Dersom oppskytingen skjer senest 2. februar 2006, vil det foreta en forbiflyvning av Jupiter og få et «dytt» av planetens gravitasjonsfelt. Skjer oppskytingen i perioden 3.-14. februar 2006, blir det ikke mulig med noen forbiflyvning av Jupiter. Passeringen av Pluto og dens måner vil skje en gang mellom juli 2015 og juli 2020, avhengig av oppskytingsdatoen. En eventuell oppskyting i februar 2007 vil gi en direkte ferd til Pluto, uten nærpassering av Jupiter

Prosjektledelsen har et sterkt ønske om å kunne skyte opp New Horizons så tidlig at romfartøyet kan få et gravitasjonsdytt av Jupiter. Det betyr en tidligere ankomst til Pluto, noe som igjen øker sannsynligheten for suksess for prosjektet. Jo mindre tid New Horizons bruker til Pluto, jo mindre er sannsynligheten for at noe skal gå galt med romfartøyet innen det har passert Pluto.

Romfartøyet

Dette er bygd rundt en hovedstruktur som er 2,1 m lang, 2,7 m på det bredeste og 0,7 m høy. På toppen er det montert en 2,1 m stor parabolantenne. Fra strukturen som på undersiden fester New Horizons til bærerakettens øverste trinn og til toppen av midtstrukturen på parabolantennen er det 2,2 m.

Massen av romfartøyet er 478 kg. Av dette utgjør den vitenskapelige nyttelasten 30 kg og drivstoff til banejusteringer og stillingskontroll 77 kg.

Pluto er så langt fra Solen at det er helt håpløst å bruke sol­celle­pa­neler. De måtte vært enorme, noe som ville gjort romfartøyet for stort og dyrt til at et slikt prosjekt ville blitt godkjent. Kilden til strømforsyningen om bord er isteden en termoelektrisk generator basert på radioaktive isotoper, nærmere bestemt radioaktivt plutonium.

New Horizons i et renrom ved Kennedy-romsenteret i Florida, under forberedelse til oppskyting. Den store, svarte sylinderen med kjøleribber til venstre er den termoelektriske generatoren som forsyner romfartøyet med strøm. (NASA)

Om bord i New Horizons er det 11 kg med plutoniumoksid. Den radioaktive nedbrytningen av plutoniumet sender ut elementærpartikler, noe som fører til en oppvarming. Varmen brukes i en termoelektrisk generator. En termoelektrisk generator baserer seg i sin enkleste form på en skjøt mellom to forskjellige metaller. Det ene metallet varmes opp av varmen fra plutoniumet, det andre holdes mest mulig avkjølt. Når det oppstår en temperaturforskjell på hver side av en skjøt av to ulike metaller, settes det opp en elektrisk spenning over skjøten. Slik dannes det elektrisk strøm, som da er kilden til strømforsyningen om bord. Strømmen fordeles til systemene i romfartøyet som en likestrøm med en spenning på 30 V.

Den radioaktive nedbrytningen gjør at mengden med plutonium avtar over tid. Dermed avtar varmeproduksjonen og følgelig den elektriske effekten som produseres. Sistnevnte vil avta med omtrent 3,5 W per år. Idet New Horizons starter fra Jorden, leverer strømforsyningen en effekt på 240 W. Dette vil synke til omkring 200 W innen romfartøyet passerer Pluto, om passeringen skjer i 2015.

Som nevnt har New Horizons en 2,1 m stor parabolantenne. Radiostrålen fra den har en diameter på bare 0,3°. Følgelig må antennen være rettet mot Jorden med svært stor nøyaktighet, når den skal brukes til kommunikasjon med bakken. I tillegg har romfartøyet en middels stor skålantenne med 30 cm diameter. Den kan brukes når kommunikasjonsbehovet er mindre enn at man må bruke den store parabolantennen. Dessuten har New Horizons to rundtstråleantenner, montert på motsatte sider av romfartøyet.

New Horizons i ferd med å omsluttes av nyttelastdekselet som skal beskytte det under oppskytingen. Bakgrunnen i høyre del av bildet domineres av innsiden av den ene halvdelen av nyttelastdekselet. Oppe til venstre ses litt av innsiden på den andre halvdelen. (NASA)

Rundt om på åtte steder på romfartøyet sitter det 16 små rakettmotorer. Åtte av dem anses som hovedmotorer, de andre åtte som reservemotorer. Fire av rakettmotorene har hver en skyvekraft på 4,4 N og skal hovedsakelig brukes til banejusteringer. De øvrige 12 har hver en skyvekraft på 0,8 N og skal brukes til stillingskontroll. Disse skal altså benyttes til å stoppe romfartøyets rotasjon, rette det mot et observasjonsmål og sette det i rotasjon igjen etterpå.

Alle motorene bruker hydrasin som drivstoff, som lagres i en tank av titan. Ved hjelp av heliumgass presses drivstoff ut av tanken og til rakettmotorene.

Under ferden utover i Solsystemet kommer New Horizons til å være spinnstabilisert. Romfartøyet roterer da med fem omdreininger i minuttet for å holde sin stilling i rommet. Når romfartøyet skal passere et legeme og foreta observasjoner, stoppes rotasjonen og det går over til å være treaksestabilisert. Siden det ikke er noen svinghjul om bord, må New Horizons bruke de små rakettmotorene sine til stillingskontroll når det er treaksestabilisert.

Prisen for hele prosjektet, inkludert bærerakett og oppskyting, er 700 millioner dollar.

Vitenskapelige formål

Kameraene i New Horizons skal kartlegge overflatene på Pluto og Kharon med en oppløsning på i gjennomsnitt 1 km. Til sammenlikning har bilder fra Hubble-romteleskopet en oppløsning på 500 km. Instrumenter i New Horizons skal kartlegge sammensetningen av overflatene på Pluto og Kharon. De skal også bestemme sammensetningen og strukturen av Plutos atmosfære, samt hvor fort den lekker ut i verdensrommet. Videre vil man søke å kartlegge overflatetemperaturer på de to legemene og lete etter flere måner rundt Pluto.

Mer konkret har NASA delt opp den vitenskapelige målsettingen med New Horizons i tre kategorier: Mål det er påkrevd å oppnå, mål det er viktig å oppnå og mål det er ønskelig å oppnå. De tre kategoriene har følgende innhold:

Mål det er påkrevd å oppnå:

• Kartlegge geologien og morfologien (landskapsformer og indre struktur) til Pluto og Kharon.
• Kartlegge sammensetningen av overflatene til Pluto og Kharon, det vil si finne hva slags stoffer de består av.
• Kartlegge Plutos atmosfære og hvor mye gass som unnslipper fra den per tidsenhet.

Mål det er viktig å oppnå:

• Finne ut hvordan overflaten og atmosfæren til Pluto forandrer seg med tiden.
• Ta bilder av overflatene på Pluto og Kharon i stereo.
• Ta bilder med høy oppløsning langs terminator på både Pluto og Kharon. Terminator er grensen mellom den solbelyste og mørke siden av et objekt. Der kommer sollyset meget skrått inn, noe som gir lange skygger som fremhever topografiske trekk på overflaten.
• Kartlegge ionosfæren på Pluto og hvordan denne øvre delen av atmosfæren vekselvirker med solvinden. Det øverste laget i en planetatmosfære inneholder normalt elektrisk ladede partikler, fordi den ultrafiolette delen av sollyset «bryter ned» nøytrale atomer og molekyler.
• Lete etter nøytrale stoffer (inkludert hydrokarboner og nitriler) i Plutos øvre atmosfære.
• Undersøke om Kharon har en atmosfære.
• Kartlegge total refleksjonsevne på alle bølgelengder fra Pluto og Kharon.
• Kartlegge overflatetemperaturene på Pluto og Kharon.

Mål det er ønskelig å oppnå:

• Forbedre verdiene man har for masse, radius, tetthet og bane til Pluto og Kharon.
• Lete etter magnetfelter rundt Pluto og Kharon.
• Lete etter flere måner og eventuelle ringer.
• Kartlegge hvilke energirike partikler (elektrisk ladede) som finnes rundt Pluto og Kharon.

For at NASA skal betegne New Horizons som en suksess, må romfartøyet i hvert fall oppfylle de påkrevde målene. Selvsagt venter forskerne at New Horizons langt skal overgå disse minstekravene og imøtekomme alle målene som er satt opp.

Vitenskapelige instrumenter

Om bord i New Horizons er det syv vitenskapelige instrumenter. Til sammen har de et strømbehov på bare 28 W. Instrumentene er laget spesielt med tanke på å greie de lave temperaturene og svært dårlige lysforholdene ved Pluto. Pluto vil være over 30 ganger lenger fra Solen enn det Jorden er, når New Horizons ankommer planeten. Lysstyrken fra Solen ved Pluto er dermed bare 1/1000 av hva den er ved Jorden.

Data fra instrumentene sendes til den ene av to databanker om bord. Hver databank har plass til 8 GB med data. I dem lagres dataene inntil de kan overføres til Jorden.

• Ralph er «hovedøynene» til New Horizons. Dette er kameraet som til dels med høy oppløsning skal vise oss hvordan det ser ut på overflatene av Pluto, Kharon og de to andre Pluto-månene. I Ralph er det tre pankromatiske («svarthvitt») bildesensorer og fire fargebildesensorer i det multispektrale kameraet MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera). Dessuten er det der et infrarødt spektrometer som skal kartlegge den kjemiske sammensetningen av overflatene det ser. Dette betegnes LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array).
  Disse åtte detektorene er i prinsippet av samme type som de som sitter i dagens digitale konsumentkameraer. Alle detektorene får lys gjennom det samme objektivet, som kan se detaljer som er 10 ganger mindre enn det menneskelige øye kan.
  Man regner med at de beste bildene MVIC kommer til å ta av Pluto og Kharon, vil ha en oppløsning på 250 m per bildepunkt. Kameraet skal ta stereobilder, slik at man kan kartlegge overflatenes topografi. Bilder fra det vil gi bedre banedata om både Pluto og dens måner. Videre skal det se etter eventuelle skyer og dislag i Plutos atmosfære og lete etter flere måner og eventuelle ringer rundt både Pluto og andre legemer i Kuiper-beltet.
  LEISA skal samtidig måle mengdene av nitrogen, metan, karbonmonoksid, vannis og andre materialer, inkludert organiske forbindelser. Det skal instrumentet gjøre både på Pluto, Kharon og objekter i Kuiper-beltet som romfartøyet senere kan komme til å passere. Med LEISA skal man også kartlegge mulige temperaturvariasjoner på overflatene til Pluto og Kharon.
  Ralph har fått navnet etter skikkelsen Ralph Kramden i en amerikansk fjernsynsserie kalt The Honeymooners, og som gikk i 1950-årene.

Kamerasystemet Ralph fotografert før det ble montert til New Horizons. (NASA)

• LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) er telekameraet om bord. Det er et lite teleskop med en diameter på 0,208 m. Lyset som passerer gjennom det, fokuseres på en pankromatisk bildebrikke.
  De første bildene som New Horizons skal ta av Pluto-systemet, skal LORRI stå for. De vil bli tatt om lag 200 døgn før minsteavstanden passeres. Pluto og dens måner vil bare fremstå som små prikker på disse bildene. Bildene vil imidlertid ha stor verdi som navigasjonshjelpemidler, for å holde New Horizons på rett kurs. Ut fra dem vil forskerne forbedre sine banedata om Pluto og månene rundt den.
  Når det er 90 døgn igjen til minsteavstanden nås, og New Horizons er over 100 millioner kilometer fra Pluto, vil bildene fra LORRI vise flere detaljer enn bilder fra Hubble-romteleskopet. Jordens gjennomsnittsavstand fra Solen er til sammenlikning knapt 150 millioner kilometer.
  Idet New Horizons passerer nærmest Pluto, vil LORRI ta bilder av planetens solbelyste side der man kan se detaljer på ned til 25-50 m utstrekning.
  LORRI har ingen filtre eller bevegelige deler. New Horizons-romfartøyet tar bilder med LORRI ved at det vender hele den siden der LORRI er montert, mot objektet som skal fotograferes.

Ingeniører ved Johns Hopkins University monterer LORRI til New Horizons. (NASA)

• Alice er et bildedannende ultrafiolett spektrometer. Det skal registrere flere viktige typer atomer og molekyler og deres innbyrdes mengdeforhold i Plutos atmosfære. Instrumentet skal kartlegge tettheten og temperaturen i Plutos atmosfære og hvordan disse størrelsene varierer med høyden over overflaten. Alice skal også se om det er en ionosfære rundt henholdsvis Pluto og Kharon. Også Alice har fått navnet sitt etter en skikkelse i den amerikanske fjernsynsserien The Honeymooners, der hun var kona til Ralph.
• SWAP (Solar Wind at Pluto) skal observere vekselvirkningene mellom solvinden og Pluto. Solvinden er en strøm av ladede partikler ut fra Solen. Ute ved Pluto er tettheten atskillig mindre enn i Jordens avstand fra Solen. Derfor er SWAP bygd med en større innsamlingsåpning enn noe tilsvarende instrument som før er laget.
  Pluto har et svakt gravitasjonsfelt, der tyngdens akselerasjon ved Pluto-overflaten er 1/16 av ved jordoverflaten. Plutos svake gravitasjonsfelt greier derfor neppe å holde på alle gassmolekylene i planetens atmosfære. Forskere har gjort beregninger som tyder på at Pluto hvert sekund mister 75 kg med gass fra atmosfæren og ut i verdensrommet. Slik sett oppfører Pluto seg som en komet, selv om Pluto er 100-1000 ganger større enn en typisk kometkjerne.
  Med SWAP håper forskerne å fastslå om Pluto mister gass til verdensrommet og i så fall hvor stort dette tapet er per tidsenhet.
• PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) skal se etter nøytrale atomer som unnslipper Pluto-atmosfæren og som blir elektrisk ladet av solvinden. Dette gjelder stoffer som for eksempel molekyler av nitrogen, karbonmonoksid og metan. Ultrafiolett stråling fra Solen bryter dem ned til ioner og elektroner. Dermed «plukkes de opp» av solvinden og fraktes av gårde med den, ut av Solsystemet og ut i det interstellare rommet.
• SDC (Student Dust Counter) skal registrere mikroskopiske støvpartikler, som svever omkring ute i verdensrommet. Disse støvpartiklene er blitt dannet gjennom kollisjoner mellom asteroider, kometer og legemer i Kuiper-beltet.
  Dette blir første gang at en støvdetektor tas med og er aktiv i avstander på over 18 AE (astronomiske enheter) fra Solen. Instrumentet vil derfor gi helt nye data om hvor støv i Solsystemet stammer fra og hvordan det fraktes rundt her.
• REX (Radio Science Experiment) er et lite kretskort med avansert elektronikk for signalbehandling. Kortet er bygd inn i radiosystemet om bord. Systemet for telekommunikasjon består av to identiske systemer, som er reserve for hverandre. Dermed finnes det også to eksemplarer av REX om bord. Begge kan brukes samtidig, noe som vil gi mer detaljerte data.
  Med REX skal man bruke teknikken med radiookkultasjon til å undersøke Plutos atmosfære og til å se etter en atmosfære rundt Kharon. Dette er en teknikk som har vært brukt mange ganger av tidligere romfartøyer.
  Mens et romfartøy passerer inn bak en planet sett fra Jorden, må radiostrålingen fra romfartøyet passere gjennom ulike deler av planetens atmosfære. Forskjellige forhold og egenskaper i forskjellige lag av atmosfæren vil påvirke radiosignalet på ulike måter. Her nede på bakken observerer man hvordan det mottatte radiosignalet har endret seg i forhold til originalsignalet man vet romfartøyet sendte ut. Ved å analysere disse endringene, kan man får informasjon om gasslagene radiosignalet har passert gjennom. Tilsvarende observasjoner gjøres også når et romfartøy har vært bak en planetskive og kommer ut og frem bak den igjen.
  Tidligere har dette alltid vært gjort ved å sende et signal fra romfartøyet og observere endringene i det mottatte signalet på bakken. Med New Horizons skal man for første gang gjøre det motsatte. Fra bakkeantenner på Jorden skal man sende signaler mot New Horizons, mens romfartøyet passerer inn bak Pluto sett herfra og kommer frem igjen. Om bord i New Horizons vil REX analysere det mottatte signalet og sende resultatene av disse analysene tilbake til Jorden.
  Avstanden til Pluto er så stor at den tidligere måten å gjøre dette på ikke vil fungere så bra. Radiosignalet fra New Horizons vil være for svakt til å gi gode resultater. Fra Jorden kan man sende mye kraftigere signaler til New Horizons enn New Horizons kan sende hit.

Hovedkomponentene til New Horizons sett på skrå ovenfra. RTG er en forkortelse for Radioisotopbasert Termoelektrisk Generator. (NASA/Erik Tronstad)

Hovedkomponentene til New Horizons sett på skrå nedenfra. (NASA/Erik Tronstad)

Passering av Jupiter

Dersom New Horizons skytes opp senest 2. februar 2006, vil romfartøyet passere forholdsvis nær Jupiter og få et gravitasjonsdytt fra planeten. Det skjer i februar-mars 2007. Passeringen av Jupiter kommer til å skje med en hastighet på 21 km/s. Jupiters gravitasjonsfelt kommer til å øke romfartøyets hastighet med om lag 4 km/s i retningen bort fra Solen.

New Horizons i nærheten av Jupiter (oppe til høyre). Ute til venstre ser vi Solen og tre av de innerste planetene, fra venstre Mars, Jorden og Venus. (NASA)

En forbiflyvning av Jupiter byr på en glimrende anledning til å observere kjempeplaneten, dens måner, ringer og øvrige omgivelser. New Horizons kommer til å passere tre ganger nærmere Jupiter enn Cassini gjorde i 2000 (se Cassini/Huygens passerte Jupiter (Kortnytt 2000-215) og Cassini/Huygens: Forbi Jupiter i Romfart Ekspress nummer 1, 2001). Mens Cassini passerte 9,7 millioner kilometer fra Jupiter, kommer New Horizons til å passere like utenfor banen til Callisto, 2,27 millioner kilometer fra Jupiter.

Fra sin mindre passeringsavstand vil New Horizons gjøre en rekke observasjoner av Jupiter-systemet som ikke var mulig fra Cassinis større passeringsavstand. Instrumentene i New Horizons skal blant annet observere Jupiter, noen av månene, magnetosfæren og fordelingen av støv langs banen forbi kjempeplaneten.

Fra Jupiter vil data bli overført til Jorden med om lag 38 kbit/s. Det er langt større overføringskapasitet enn man vil ha ute ved Pluto. New Horizons kommer faktisk til å sende mer data tilbake fra Jupiter-observasjoner enn fra Pluto.

Interplanetarisk dvale

Under det meste av turen fra Jupiter til Pluto kommer New Horizons til å bli plassert i «dvale» og «sove». Romfartøyet vil hele denne tiden være spinnstabilisert, med fem rotasjoner per minutt. En slik dvaletilstand vil gjøre driften av romfartøyet billigere, fordi man ikke behøver en stor bakkestyrke som jevnlig og ofte har kontakt med det. Dessuten kan NASA bruke de begrensede ressursene til Deep Space Network til andre romfartøyer. Deep Space Network er tre store bakkestasjoner, hver med store parabolantenner, for kommunikasjon med romfartøyer bortenfor jordbane.

I dvaletilstand vil det meste av elektronikken i New Horizons være avslått. Parabolantennen skal vende mot Jorden. Datamaskinen om bord skal hele tiden overvåke helsetilstanden til systemene om bord. På kommando fra bakken vil den en gang ukentlig sende tilbake et lite kvitteringssignal gjennom den middels store skålantennen med 30 cm diameter. Om alt er vel om bord, kommer New Horizons til å sende et «grønt» kvitteringssignal til bakken. Hvis det er noe problem om bord, og romfartøyet ønsker noen form for hjelp fra bakkekontrollen, kommer det til å sende ett av syv ulike «røde» kvitteringssignaler tilbake.

Med New Horizons er det første gang man plasserer et romfartøy i dvale på denne måten, over lange avstander i rom og tid. Noen av teknikkene som dette krever, ble første gang prøvd ut på Deep Space 1.

En gang hvert år kommer bakkekontrollen til å «vekke» New Horizons opp fra dvaletilstanden. Da skal man sikre seg at romfartøyets antenner er rettet mot Jorden, utføre eventuelle banejusteringer, kalibrere instrumenter, hente ned navigasjonsdata, foreta rutinemessig vedlikehold av ulike systemer og foreta en generell helsekontroll av systemene om bord. Hver av disse årlige kontrollperiodene kommer til å ta om lag 50 døgn. Første kontroll er planlagt foretatt seks måneder etter passeringen av Jupiter.

Forbi Pluto

New Horizons skal ikke inn i bane rundt Pluto. Det ville krevd altfor mye drivstoff og blitt altfor dyrt. Nøyaktig hvor nær Pluto New Horizons skal passere, har forskerne ennå ikke bestemt seg for. For planleggingsformål opererer man med en minsteavstand på omtrent 10 000 km. Månen Kharon vil bli passert med en minsteavstand på om lag 27 000 km. I oktober 2005 ble det kjent at Pluto har ytterligere to, men mye mindre, måner (se Har Pluto tre måner? (eRomfart 2005-150)). Man regner med at også disse to kan bli observert på forholdsvis nært hold.

New Horizons kommer til å starte observasjonene av Pluto fem måneder før minsteavstanden passeres. Når romfartøyet to måneder senere er om lag 100 millioner kilometer fra Pluto, kan det ta bilder med samme oppløsning som Hubble-romteleskopet tar fra jordbane.

Pluto og Kharon roterer rundt sine egne akser med en rotasjonsperiode på 6,4 døgn. De bruker akkurat like lang tid på ett omløp rundt hverandre. I de siste fire Pluto-døgnene (26 jorddøgn) før minsteavstanden passeres, vil man to ganger daglig fremstille kart og gjøre spektroskopiske observasjoner av Pluto og Kharon. Ved å sammenlikne kart fra ulike tider, kan man se om det skjer noen endringer på overflaten eller i atmosfæren på Pluto.

Den mest hektiske perioden i passeringen av Pluto og Kharon vil ta om lag 24 timer, fra 12 timer før til 12 timer etter passering av minsteavstanden. Både Pluto og dens tre kjente måner vil bli fotografert i løpet av dette døgnet. Forskerne regner med at New Horizons kommer til å passere gjennom gasser som strømmer ut fra Plutos atmosfære. Instrumenter om bord vil da observere disse gassmolekylene direkte, i tillegg til at det vil bli gjort mange fjernobservasjoner av atmosfæren.

Passeringshastigheten forbi både Pluto og Kharon blir høy, om lag 14 km/s (vel 50 000 km/h). Derfor er det meget viktig at alt klaffer for New Horizons. Siden romfartøyet bare raser forbi Pluto-systemet, får det ingen ny sjanse til å observere objektene der, om noe går galt.

New Horizons passerer nær Pluto og Kharon. Solen er milliarder av kilometer borte. (NASA)

Dersom forbiflyvningen av Pluto skjer i juli 2015, kommer planetens sydlige halvkule til å være solbelyst, mens nordpolkalotten ligger i mørke.

I løpet av den halvtimen der New Horizons passerer nærmest Pluto og Kharon, vil det bli tatt bilder både i synlig lys og i nær-infrarødt. De beste bildene av Pluto regner man med vil vise detaljer ned til en utstrekning på 25-50 m.

Etter at Pluto og dens måner er passert, kommer New Horizons til å snu se og se tilbake på disse objektene. Observasjoner av den i hovedsak mørke siden av Pluto er den beste måten å se etter eventuelle dislag i atmosfæren på, se etter ringer og avgjøre om overflatene på Pluto og Kharon er forholdsvis slette eller mer ruglete.

New Horizons skal også passere gjennom skyggene som Pluto og Kharon kaster utover bak seg i rommet. Sett fra romfartøyet vil både Jorden og Solen forsvinne bak henholdsvis Pluto og Kharon og komme frem igjen. Pluto og Kharon okkulterer da henholdsvis Jorden og Solen. Radiostråling fra Jorden må da passere gjennom Plutos atmosfære før den når New Horizons. Radioutstyret om bord har spesielle elektroniske kretser for å analysere variasjoner i den radiostrålingen, etter at den har passert gjennom Pluto-atmosfæren. Det vil gi viktige data om forholdene i atmosfæren. Det samme vil observasjoner av Solen, når den forsvinner bak og kommer frem fra henholdsvis Pluto og Kharon, sett fra New Horizons.

Omtrent slik vil geometrien bli, om New Horizons passerer Pluto-systemet i juli 2015. Vinkelen mellom retningene til Solen og Jorden er bare 0,24°. Sett fra New Horizons står de to nesten helt inntil hverandre på himmelen. (NASA/Erik Tronstad)

Tilsvarende observasjoner som de New Horizons skal gjøre, har tidligere vært gjort når Mariner-, Pioneer- og Voyager-romfartøyer har fløyet forbi planeter og måner. New Horizons har imidlertid langt mer avanserte instrumenter om bord enn dens forløpere. Det er instrumenter og elektronikk som er basert på teknologier som rett og slett ikke fantes da Mariner-, Pioneer- og Voyager-romfartøyene ble bygd.

Dersom New Horizons passerer Pluto alt i juli 2015, vil planeten være omtrent 4,92 milliarder kilometer fra Jorden, om lag 32 ganger gjennomsnittsavstanden Solen-Jorden. Denne avstanden øker med omtrent 1 % per år for senere ankomster. I juli 2015 vil lys bruke 4 timer og 25 minutter fra Pluto til Jorden. Dette øker med litt under to minutter per år for senere ankomster.

Med en så stor kommunikasjonsforsinkelse er det selvsagt helt utelukket at man kan ha noen form for direkte kontakt med New Horizons under Pluto-passeringen. Alle observasjoner som romfartøyet da skal gjøre og alle bevegelser det må gjøre for å rette instrumentene sine mot de forskjellige målene som skal observeres, må være innprogrammert på forhånd.

Under passeringen må altså romfartøyet stadig endre stilling i rommet. Parabolantennen om bord kommer derfor ikke til å være rettet mot Jorden under hele passeringen. Dermed vil det heller ikke bli sendt en kontinuerlig strøm av signaler til Jorden under passeringen, for mottak her 4 timer og 25 minutter senere.

Hva New Horizons kommer til å observere på Pluto, vet man ennå lite om. Her har tegneren latt seg inspirere til å tegne inn skyer (nede til venstre) og geysirer som spyr ut mørkt støv (nede til høyre). Slike geysirer observerte Voyager 2 i 1989 på Neptuns måne Triton. (NASA)

Som nevnt vil New Horizons sende data med en kapasitet på 38 kbit/s fra Jupiter. Pluto er mye lenger borte, så overføringskapasiteten derfra er tilsvarende lavere. Ifølge en NASA-kilde kan New Horizons fra Pluto overføre data med bare 300-600 bit/s (en annen sier 600-1200 bit/s). Med en kapasitet på 300 bit/s vil det ta nesten 12 timer å overføre selv ett eneste bilde fra telekameraet LORRI.

Alle observasjonene som New Horizons gjør under passeringen av Pluto, forventes å gi en datamengde på omtrent 10 Gbit (i overkant av 1 GB). Om alle disse dataene skulle vært overført på en gang, ville det tatt nesten 40 døgn med sammenhengende kommunikasjon, med en kapasitet på 300 bit/s.

Deep Space Network har mange andre romfartøyer enn New Horizons som skal betjenes i årene fremover. Følgelig er det umulig å avsette antenner der i 40 sammenhengende døgn bare til New Horizons.

Etter at New Horizons har passert Pluto, kommer man derfor først til å overføre en sterkt komprimert versjon av dataene til Jorden. Dataene kommer til å bli komprimert med en faktor 20 og overført over en periode på 10 døgn. Med så kraftig komprimering vil noen av originaldataene gå tapt.

Her nede vil forskerne gå grundig gjennom disse reduserte dataene. Ut fra den gjennomgangen vil de sette opp en nøye prioriteringsliste for i hvilken rekkefølge originaldataene så skal overføres. Deretter vil man starte en komplett overføring av alle originaldataene. Også i den overføringen vil man bruke datakompresjon, men nå en tapsfri kompresjon. Det innebærer at komprimeringen ikke på noen måte reduserer kvaliteten på dataene. Denne komplette overføringen av originaldataene kommer til å ta om lag ni måneder.

Ut i Kuiper-beltet

Astronomene omtaler gjerne Kuiper-beltet som «den tredje sonen» i Solsystemet. Beltet strekker seg fra om lag 30 AE til 50 AE fra Solen. Det antas å inneholde rundt 100 000 objekter med diametre på over 100 km. Den første sonen er den med de fire innerste planetene, Merkur, Venus, Jorden og Mars. De domineres av tyngre grunnstoffer og har faste overflater. I den andre sonen kommer de store planetene Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, som i noen sammenhenger omtales som gassplanetene.

Forskerne håper jo at alt går bra med New Horizons og at NASA bevilger penger til å forlenge driften av romfartøyet etter passeringen av Pluto-systemet. Da håper man å kunne styre New Horizons forbi ytterligere ett eller to objekter i Kuiper-beltet, hvert på over 50 km diameter. Det vil i så fall skje i løpet av en periode på 5-7 år etter passeringen av Pluto. (Pluto og dens måner er alle objekter i Kuiper-beltet.) Per i dag har NASA bevilget penger bare frem til passeringen av Pluto og dens måner.

I dag kjenner astronomene banene til om lag 1000 objekter i Kuiper-beltet. Innen New Horizons er fremme ved Pluto, har de sannsynligvis oppdaget ytterligere mange hundre. Særlig vil man lete etter nye objekter langs den banen New Horizons i utgangspunktet kommer til å følge etter passeringen av Pluto. Man behøver ikke å bestemme hvilket objekt i Kuiper-beltet som New Horizons skal besøke, før like før Pluto-passeringen. Følgelig har man god tid på den beslutningen.

New Horizons passerer et objekt i Kuiper-beltet (til høyre). (NASA)

Om NASA velger å sende New Horizons forbi et annet objekt i Kuiper-beltet, må romfartøyet foreta en banejustering innen to uker etter Pluto-passeringen. I løpet av to-tre år regner man med at New Horizons passerer det objektet.

Observasjonsprogrammet ved en passering av et objekt i Kuiper-beltet vil i grove trekk bli likt det man legger opp til for Pluto og dens kompanjonger.

Pluto blir ikke det første objektet med opprinnelse i Kuiper-beltet som besøkes av et romfartøy. To ganger har romfartøyer fra Jorden med stor sannsynlighet passert objekter som stammer fra Kuiper-beltet. Første gang var 25. august 1989, da Voyager 2 passerte Neptuns store måne Triton (se Voyager 2s oppdagelser ved Triton i Nytt om Romfart nummer 73, 1990, sidene 19-25). Triton er noe større enn Pluto, men de to har betydelige likheter i sine fysiske egenskaper. Andre gang var da Cassini passerte Saturn-månen Phoebe 11. juni 2004 (se Phoebe er et fossil fra Solsystemets dannelse (eRomfart 2004-139)).

Ut av Solsystemet

New Horizons kommer etter hvert til å passere ut gjennom hele Kuiper-beltet og forlate Solsystemet. Romfartøyet kommer til å fortsette på en evig ferd ut i det interstellare rommet. Etter de to Pioneer- og de to Voyager-romfartøyene blir New Horizons den femte gjenstand laget av mennesker som legger ut på en slik vandring i rommet mellom stjernene.

Den røde kurven angir banen til New Horizons ut gjennom Solsystemet. Den gule ellipsen markerer Plutos bane. Videre innover angir de hvite ellipsene banene til henholdsvis Neptun, Uranus, Saturn og Jupiter. I denne målestokken er Solen tegnet større enn hele jordbanen. Tettheten av objekter i Kuiper-beltet (den lysende «skyen» utenfor Plutos bane) er mildt sagt sterkt overdrevet her. (NASA)

Alle de nevnte Pioneer- og Voyager-romfartøyene hadde med egne plaketter og skiver med materiale fra Jorden. I eller på New Horizons er det ikke noe tilsvarende. Prosjektledelsen mente det ville bli for tidkrevende og byråkratisk å gå gjennom den prosessen som skal til, for å få laget noe tilsvarende.

Om bord i New Horizons er det derimot materiale til minne om Clyde Tombaugh, mannen som oppdaget Pluto i 1930. Videre er det med en liten bit av Burt Rutans SpaceShipOne og en CD med over 435 000 navn som folk har meldt inn via Internett (se Send navnet ditt til Pluto (eRomfart 2005-082)).

Pluto

Siden Pluto ble oppdaget i 1930, har kloden vært regnet som den niende planeten i Solsystemet. Pluto er et av tusenvis av islegemer i baner utenfor Neptuns bane, i et belte av legemer som kalles Kuiper-beltet.

De siste årene er det blitt oppdaget legemer i Kuiper-beltet utenfor Pluto som er kommet stadig nærmere Pluto i størrelse. I juli 2005 meldte så astronomer at de mente å ha funnet et legeme som er større enn Pluto, og som går i bane lenger fra Solen (se Klode større enn Pluto funnet i bane rundt Solen (eRomfart 2005-101)). Disse astronomene betegner selv den nye kloden som «den tiende planeten». Mange astronomer har lenge stilt spørsmål ved om det er riktig å betegne Pluto som en planet.

Pluto og Kharon. (ESO)

International Astronomical Union (IAU) er det organet som formelt fastsetter navn og betegnelser på himmellegemer. IAU har nedsatt en arbeidsgruppe som skal vurdere definisjonen av hva som skal kalles en planet. Det skal visstnok være betydelig uenighet innen arbeidsgruppen, så noen snarlig konklusjon i saken ventes ikke.

Uansett hva dette ender med, er en ting sikkert: Var Pluto blitt oppdaget i dag, ville den ikke fått betegnelsen planet. Da ville Pluto blitt regnet som et Kuiper-belte-objekt.

Pluto har tre måner. Den klart største, Kharon, ble oppdaget i 1978. De to mindre Pluto-månene ble oppdaget i 2005 (se Har Pluto tre måner? (eRomfart 2005-150)). Kharon har en diameter på omtrent 1200 km. Den går i en bane med en radius på 19 636 km.

Både Pluto og Kharon har rotasjonsperioder på 6,4 døgn. Kharon går strengt tatt ikke i bane rundt Pluto. Begge går i baner rundt deres felles tyngdepunkt, som ligger utenfor Pluto. Tiden som de to bruker på å sirkle rundt hverandre er 6,4 døgn, identisk med tiden hver av dem bruker på å rotere om egen akse. Siden de har identiske omløps- og rotasjonstider, vender begge hele tiden samme halvkule mot hverandre.

Pluto og Kharon tegnet med riktig innbyrdes størrelse, med et kart av det kontinentale USA bak. (NASA)

Fordi deres felles tyngdepunkt ligger utenfor begge legemene, regnes de som en dobbeltplanet. Dette er den eneste dobbeltplaneten i Solsystemet. Det er ingen andre planet/måne-systemer i Solsystemet som er i en slik situasjon. Derimot kjenner astronomene til mange dobbeltlegemer i Kuiper-beltet og til mange dobbeltasteroider.

Pluto har en diameter på 2360 km, med en usikkerhet på 50 km. Planeten har en svært tynn atmosfære. Trykket ved overflaten er omtrent 100 000 ganger mindre enn ved jordoverflaten. Temperaturen ved overflaten er -233 °C.

På Jorden er det én gass som veksler mellom å være i fast form og gassform: vanndamp. Pluto har tre gasser med denne egenskapen: nitrogen, karbonmonoksid og metan.

Logoen til New Horizons-prosjektet. Innfelt nederst er logoene til de viktigste deltakerne i prosjektet. (NASA)