Polacy badają komety

Artystyczna wizja teleskopu Herschela

?Kosmiczne Obserwatorium Herschela to największy teleskop działający w przestrzeni kosmicznej. Zbudowany w układzie Cassegraina (ognisko może być wyprowadzone za zwierciadło główne), został wyposażony w zwierciadło o średnicy 3,5 m. Urządzenia detekcyjne teleskopu rejestrują mikrofale i pracują w temperaturze bliskiej zera bezwzględnego, co umożliwia obserwację bardzo chłodnych obiektów kosmosu. Teleskop Herschela prowadzi badania galaktycznego ośrodka międzygwiazdowego, ewolucji gwiazd i miejsc ich narodzin oraz obserwuje obiekty Układu Słonecznego. W analizie danych obserwacyjnych z komety 10P/Tempel 2 uczestniczy zespół naukowców z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Tematyka badań związana z Układem Słonecznym obejmuje pomiary różnych cząsteczek w atmosferach planet-olbrzymów i Marsa oraz w otoczkach gazowych komet, czyli w komach kometarnych. ?Dzięki Herschelowi możemy prowadzić pomiary na długościach fal elektromagnetycznych obejmujących przejścia rotacyjne cząsteczek wody w zakresach, które wcześniej nie były obserwowane. Z Ziemi takie pomiary nie są możliwe, bo atmosfera jest w tych przedziałach fal nieprzezroczysta?, mówi dr Sławomira Szutowicz z Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK PAN). W pracach misji Herschel uczestniczy zespół naukowców z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (CAMK) oraz Centrum Badań Kosmicznych PAN. Naukowcy z Pracowni Dynamiki Układu Słonecznego i Planetologii CBK PAN koncentrują się obecnie na analizie danych z obserwowanej w lipcu zeszłego roku krótkookresowej komety 10P/Tempel 2. ?HIFI, czyli instrument teleskopu przeznaczony do obserwacji spektroskopowych z wysoką rozdzielczością, pozwala nam monitorować profile linii emisyjnych wody. Na tej podstawie staramy się wyznaczyć kluczowe parametry opisujące komę kometarną, takie jak rozkład temperatury czy prędkość ekspansji gazu. Określamy też tempo produkcji gazu i jego anizotropowy rozkład?, opisuje dr Szutowicz. Zazwyczaj jądra komet są bryłami rozmiarów do kilkunastu kilometrów, złożonymi w połowie z pyłu, a w połowie z lodu, którego dominującą część stanowi woda. Gdy kometa zbliża się do Słońca, lody sublimują, często tworząc wyraźne strugi. W skali miesięcy i lat działają one jak słabe silniki odrzutowe i zmieniają orbitę komety. Z powodu takich niegrawitacyjnych zaburzeń orbity komet można przewidywać z powodzeniem jedynie w zakresie kilkuset lat. Dane zebrane dla komety 10P/Tempel 2 pozwolą zweryfikować poprawność modeli teoretycznych opisujących zachowanie cząsteczek wody w jej najbliższym otoczeniu, umożliwią stworzenie mapy rozkładu przestrzennego i dynamiki zmian gęstości cząsteczek wody w komie oraz wyznaczenie położenia obszarów aktywnych na powierzchni jądra komety. Kluczowym celem badawczym międzynarodowego kometarnego zespołu badawczego misji Herschel jest krótkookresowa kometa 103P/Hartley 2. Szczególnie istotny będzie tutaj pomiar proporcji między ilością wodoru i deuteru. ?Istnieją teorie zakładające, że część wody została przetransportowana na Ziemię przez komety. Jeśli proporcje wodoru i deuteru na kometach okażą się różne od występujących w ziemskiej wodzie, te hipotezy mogą upaść?, wyjaśnia dr Szutowicz. Badania mogą dostarczyć także odpowiedzi dotyczących ewolucji Układu Słonecznego. Obecnie przypuszcza się, że komety krótkookresowe pierwotnie uformowały się dość daleko od Słońca, w Pasie Kuipera, do którego należy m.in. planeta karłowata Pluton. Z kolei komety długookresowe, choć dziś nadlatują z peryferii Układu Słonecznego, z odległości rzędu kilkudziesięciu tysięcy jednostek astronomicznych, powstawały prawdopodobnie dość blisko, w obszarze wielkich planet, gdzie dziś znajdziemy Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. ?Zgodnie z tym przypuszczeniem, jądra komet długookresowych uformowały się bliżej Słońca i powinny zawierać inną ilość deuteru niż komety krótkokresowe. Czy tak jest naprawdę, przekonamy się już niedługo?, mówi dr Szutowicz. Grupa naukowców z Centrum Badań Kosmicznych PAN, zajmująca się danymi z obserwacji komet oraz atmosfer planet-olbrzymów i Marsa, wchodzi w skład międzynarodowego zespołu Herschel Solar System Observations (HssO). HssO ma zagwarantowane 294 godziny obserwacyjne, przy czym naukowcom z CBK PAN oddano do dyspozycji 20 godzin. Przyznanie tak dużej ilości czasu obserwacyjnego było wyrazem uznania za wkład CBK PAN w budowę ważnego bloku elektroniki teleskopu, LCU. Moduł ten zapewnia poprawną pracę heterodyny HIFI, głównego instrumentu Herschela, wyposażonego w dwa spektrografy o dużej czułości i rozdzielczości, rejestrującego najważniejsze dla misji częstotliwości ? od 480 do 1910 GHz. LCU, czyli Local Oscillator Control Unit, to jednostka kontrolna lokalnego oscylatora instrumentu HIFI teleskopu Herschela, zbudowana w całości w CBK PAN. Ważąca ok. 17 kg skrzynka zawiera 28 modułów elektronicznych o wysokiej odporności na radiację. Zadaniem LCU jest zasilanie, sterowanie i kontrolowanie układów powielaczy mikrofalowych oraz syntetyzera częstotliwości instrumentu HIFI. Urządzenie monitoruje parametry elektryczne w ponad 150 punktach oscylatora oraz stabilizuje temperaturę powielaczy. Wielostopniowy system zabezpieczeń sprzętowych i programowych, zaproponowany przez CBK PAN i zrealizowany w kooperacji z Max-Planck-Institut für Radioastronomie z Bonn, zapewnia ochronę bardzo czułych elementów mikrofalowych teleskopu. W prace nad LCU było zaangażowanych 17 pracowników CBK PAN. Projektem, realizowanym w latach 1999 - 2008, kierował dr Piotr Orleański. Kosmiczne Obserwatorium Herschela zostało wystrzelone w maju 2009 roku za pomocą europejskiej rakiety Ariane 5 i krąży obecnie wokół punktu równowagi L2, w odległości 1,5 mln km od Ziemi. Teleskop jest chłodzony ciekłym helem, którego zapas wystarczy na minimum trzy lata. Źródło; Centrum Badań Kosmicznych PAN Fot źródło: ESA/AOES Medialab;NASA/STScI).