Записки дилетанта: Марсіанська армада та комета Siding Spring

субота, 7 березня 2015 р.

Марсіанська армада та комета Siding Spring - 2014

В жовтні 2014 відбулася подія із класу феноменального везіння. 19 жовтня 2014 поруч із Марсом пролітала комета Siding Spring (C/2013 A1) з хмари Оорта. В чому везіння? -- ту ж "Розетту" згадуючи? Комети, такі як Чурюмова-Герасименко -- короткоперіодичні, вони "тусуються" біля Сонця давно, вже ґрунтовно "просмажені" ним. Зате планувати місії до них відносно просто -- вони постійно тут. А комета Siding Spring (C/2013 A1) прилетіла до нас здалеку, навряд чи раніше бувала так близько до Сонця і повернеться не скоро -- після проходження перигелію період буде порядку мільйона років. Трагедія із такими, майже міжзоряними, гостями, в тому, що спланувати до них спеціалізовану експедицію майже неможливо -- від моменту виявлення залишається замало часу. Наприклад, дану відкрили 3 січня 2013 року, менше ніж за рік до прольоту попри Марс.

Як би там не було, цього разу така комета сама прилетіла в мацаки земних станцій. Правда, марсіанських -- не спеціалізованих для дослідження комет, але це все рівно бааагато краще, ніж нічого!

Хмара Оорта та пояс Койпера. Взято тут.

Підготовці цієї зустрічі присвячено помітну частину "Додатоку до огляду Curiosity -- 8", а зараз глянемо, що ж наші емісари змогли роздивитися. [Інформація нижче -- в основному, станом на листопад 2014. Все та ж причина -- руки не доходили дописати... Конференцій тематичних з того часу ще не було -- явно буде якесь оновлення.]

Траєкторія Siding Spring. Швидкість відносно Марсу в момент прольоту -- 56 км за секунду.
Взято тут.

Зразу скажу, жодна станція не постраждала, як і очікувалося, тому тут особливо говорити немає про що. Практично всі змогли зловити комету своїми приладами. Однак, комета крихітна -- виявилося, менше кілометра, можливо, всього лише пару сотень метрів діаметром. Тому фото зовсім не ефектні -- аматорські фото з Землі вийшли кращими. Але апаратура станцій не обмежується камерами.

Любительське фото із Землі. Комета по центру, Марс -- ото велике, яскраве, праворуч зверху. 18 жовтня 2014 р. 10:25 UTC, 32 години до найбільшого зближення із Марсом. Фото зроблене в Австралії, автор: James Willinghan. Більше любительських фото див. тут.

Найбільшу роздільність із марсіанських камер має HiRISE на борту MRO. Насправді, вона змогла побачити камеру за 12 днів до максимального наближення, давши важливу навігаційну інформацію для наведення всіх інших приладів.

Пара зображень комети Siding Spring від MRO (HiRISE). 19 жовтня 2014, 17:00 UTC. (Найменша віддаль була о 18:27)
Верхні кадри показують повний динамічний діапазон, нижні "підтягнуті", щоб показати зовнішню кому, але ядро при тому сильно пересвічене. Між фото ліворуч і праворуч приблизно 9 хв.
(c) NASA / JPL / UA

Зображення не особливо вражає. Але містить купу важливої інформації. Отак, сходу -- комета виявилася меншою, ніж очікувалося. Тобто, ймовірно, її альбедо вище, ніж у типових вже досліджених зблизька комет (які дуже тьмяні -- відбивають лише порядку 5% світла). В принципі, це очікувано -- короткоперіодичні комети добре просмажені Сонцем, льоду на поверхні не залишилося, але очікування очікуваннями, а підтвердження мати потрібно. Чекаємо публікацій. :-) Важливо, що фазовий кут -- 110 градусів, тобто комету ми бачимо таким собі серпиком, і більша частина повернутої до станції сторони комети не освітлена (освітлено десь одну четверту). Більше того, ядро складає лише приблизно четвертина отієї яскравої плямки... Решта -- кома. Отримані зображення аналізуються, для того щоб виділити ядро в комі та точніше визначити його розмір і форму. Із них вже вдалося отримати період обертання -- порядку 8 годин.

Крім камери, спіймав комету і спектрометр MRO, CRISM! Його роздільна здатність значно гірша, (складала 4 км. на піксель, тобто ядру дісталося мізерна частина пікселя), зате кожен піксель -- цілий спектр, із 107 вимірів. Побачимо, що науковці зможуть із того "витягнути". Попередній аналіз показує, що комета -- дуже запилена, емісійних ліній (в діапазоні спектрографа) не видно.

Зображення комети, побудоване за даними CRISM. Один піксель відповідає приблизно 4 км на віддалі комети на лівому фото та 5 км на правому, тому ядро не видно. 18:16 UTC і 18:53 UTC (?).
При побудові зображення із спектрів, взято лінію 850-980 нм як червону, 720-850 нм як зелену, 500-630 нм як синю.
(c) NASA / JPL / JHUAPL

Взагалі, крім Mars Odyssey, для інфрачервоної камери якого комета виявилася занадто тьмяною, всі марсіанські станції її зафіксували. Однак, фото із Mars Express, індійського Mars Orbiter Mission та MSL Curiosity -- всього лиш загадкові плямки, із одного чи декількох пікселів. Тому тут їх не наводитиму, кому цікаво, див: "Seven Mars spacecraft attempted observations of comet Siding Spring. How did they go?". Зате Curiosity зловив її аж трьома своїми камерами, Mastcam, Navcam і ChemCam RMI. Як би там не було, фото одного небесного тіла з поверхні іншого ще не стали буденністю. :-)

Opportunity, не зважаючи на свій похилий вік (на початку 2015 минуло 11 років роботи на поверхні Марса!), отримав трохи романтичніше фото:

Siding Spring, фото MER Opportunity. Глибока місцева ніч, 3:19 місцевого часу, сол 3817, 2.5 годин до найбільшого наближення. Зірки продовгасті через добовий рух, комета теж дещо видовжена, але швидше через власний рух -- видовження не в ту сторону, що для зірок.
(c) NASA / JPL / Cornell / ASU / TAMU

Перейдемо до інших приладів.

Виміри Imaging Ultraviolet Spectrograph та Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer на борту MAVEN, що доволі багато йонів металів потрапило з коми на Марс в результаті зіткнень кометних пилинок із атмосферою. Зокрема, після початку зустрічі, на кілька годин в атмосфері різко підскочила концентрація іонів магнію.

Ультрафіолетовий спектрограф цієї ж станції сфотографував комету задовго до її зустрічі із Марсом:

Зображення комети в ультрафіолеті, два дні до найбільшого наближення, 17 жовтня 2014 р. Віддаль -- 8.5 млн км. Imaging Ultraviolet Spectrograph, IUVS, на борту MAVEN.
Видно хмару атомарного водню, що оточує комету, розсіюючи сонячний ультрафіолет. Хмара ця простягається до віддалі більше 150 000 км від ядра.
(c) NASA / LASP / University of Colorado

Він же виявив свічення атмосфери в ультрафіолеті, після зіткнення атмосфери із комою комети, підтверджуючи, що оте зростання кількості іонів металів -- подія не локальна, планетарного масштабу. За його допомогою оцінено, що на Марс випало декілька тон кометного матеріалу (за оцінками -- 5-річна норма), помітно більше, ніж очікувалося. Зокрема, спостерігач на поверхні побачив би десятки, а не одиниці, як прогнозувалося, метеорів за годину.

Інший прилад MAVEN, Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS), безпосередньо "нюхав", що ж там прилетіло. Виявив різні ізотопи магнію, заліза, натрію, калію, марганцю, нікелю, хрому і цинку. Вони з'явилися на кілька годин, поки Марс проходив через хвіст комети, потім зникли. Аналогічно, за кілька годин пропали і сліди в атмосфері -- йони та атоми "зібралися" назад в пилинки, утворюючи метеоритний дим, (meteoric smoke). Явище це відоме для Землі, але деталі процесу на Марсі досліджуються.

Стрибки концентрації йонів металів під час прольоту комети. Дані NGIMS, MAVEN.
(c) NASA/LASP

Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding (MARSIS) на борту європейської станції Mars Express виявив сильно іонізований шар в атмосфері Марса, викликаний зіткненням із кометним матеріалом. Ця імпровізована іоносфера знаходилася на висоті 80 км, на нічній стороні Марса, де в нормі ніякої іоносфери немає взагалі. Проіснував цей шар теж недовго -- через сім годин, на наступній орбіті, станція вже нічого не зафіксувала. Радар MRO, хоч і не пристосований для дослідження атмосферних процесів, підтвердив наявність цього іонізованого шару, спостерігаючи спотворення відбитого поверхнею сигналу.