Evropska robotska sonda “Rosetta” već osam meseci istražuje kometu Čurjumov-Gerasimenko. Do sada sam povremeno pisao o njoj, a još češće o njenom lenderu “Philae”. Ali koje uređaje nosi orbiter? Čime se oni trenutno bave?
“Rozeta” istražuje jezgro komete uz pomoć tri spektrometra. jedne mikrotalasne radio-antene i jednog radara. Posebni instrumenti istražuju gasove i čestice koje okružuju samu kometu. Ima ih četiri (MIDAS, ROSINA, COSIMA i GIADA), a ja ću danas reći nešto više o spektrometru COSIMA. Namerno sam odabrao što “dosadniji” uređaj, jedan od onih koje običnim ljudima jednostavno promiču, onim ljudima kojima sem kamera izgleda da nijedan drugi instrument na kosmičkim letilicama ne bi bio potreban. Pročitavši makar i ovaj kratki tekst, shvatićeš koliko je svaka misija složena, koliko je svaki, pa i “najdosadniji” uređaj komplikovan, i koliko znanja, nauke i rada treba utrošiti čak i za jedan uređajčić veličine sapuna.
COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) predstavlja zapravo sekundarni jonski maseni spektrometar opremljen kolektorom (sakupljačem) prašine, primarnim jonskim topom i optičkim mikroskopom za utvrđivanje karakterisitka mete. Procedura je sledeća: prašina iz kometinog okruženja se sakuplja u meti, a potom se stavlja pod mikroskop gde se utvrđuje položaj svake čestice kometne prašine. Potom se čestice bombarduju impulsima indijumovih jona iz primarnog jonskog topa. Proizvedeni sekundarni joni se hvataju i ispituju u jonskom masenom spektrometru.
Cilj instrumenta COSIMA je da na licu mesta izvrši brojna merenja emitovanja pojedinih čestica prašine uhvaćenih u podsistem kolektora prašine. Na osnovu tih podataka naučnici se nadaju da će uspeti da odrede:
- Elementni sastav čvrstih čestica komete 67P/Čurjumov–Gerasimenkoradi utvrđivanja karakteristika komete u okvirima hemije solarnog sistema;
- Izotopski sastav ključnih elemenata u čvrstim česticama, kao što su H, C, Mg, Ca i Ti radi utvrđivanja graničnih okvira za modele nastanka i evolucije kometa pa time i Sunčevog sistema;
- Hemijsko stanje elemenata;
- Varijacije u hemijskom i izotopskom sastavu pojedinih individualnih komponenti:
- Promene u sastavu koje se pojavljuju u funkciji vremena (“kratkoročne varijacije”) i položaja na orbiti;
- Različitost sastava različitih kometa, koja možeda se utvrdi poređenjem sa rezultatima prikupljenim ranije sa komete Jalley:
- Prisustvo organskih jedinjenja koja se ne vezuju za kamenu fazu;[1]
- molekularni sastav organskih komponenti čvrstih kometnih čestica;
- molekularni sastav neorganskih komponenti čvrstih kometnih čestica:
- hemijsko stanje organske materije, na osnovu stepena oksidacije i vrste veza.
OPIS INSTRUMENTA
Srž instrumenta COSIMA čini time-of-flight[2] (TOF) sekundarni jonski maseni spektrometar (SIMS) opremljen kolektorom prašine, primarnim jonskim topom (PIBS), optičkim mikroskopom (COSISCOPE) za analizu mete i robotom (TMU) za pomeranje mete ispred različitih stanica u instrumentu (ekspozicija, slikanje, analize, grejanje, čišćenje, itd.). Sve počinje izlaganjem jedne od raspoloživih meta smeštenih na specijalnom točku mlazevima kometne prašine. Zatim se točak pomera i meta se postavlja ispred mikroskopa i slika pod oštrim uglom svetlosti koju emituju diode. Brodski softver detektuje prisustvo i lokaciju čestica prašine prečnika samo par desetaka mikrona i izračunava njihovu lokaciju u odnosu na referentnu tačku. Kada se rewgistruje prisustvo interesantnih čestica, meta se pomera ispred masenog spektrometra i potom gađa iz jonskog topa impulsima zraka indijuma-115 prečnika 50 µm u trajanju od 3 nanosekunde i sa energijom od 8 keV. Sekundarni joni iz kometne materije se odvajaju putem specijalnog jonskog sočiva (SIL) u TOF sekciju. Nakon prelamanja putem nekoliko ogledala, joni stižu do detektora, gde se vreme pristizanja svakog jona meri sa preciznošću od ~2 ns[3].
Da bi se dobila visoka masena rezolucija instrumenta COSIMA, neophodan je precizan tajming impulsa primarnih jona, pravilan izbor dimenzija i napona masenog spektrometra i precizno merenje vremena leta sekundarnih jona. Masena rezolucija od 2.000 postiže se za jone koji imaju vreme leta do 16 µs, što odgovara jonima sa masom od preko 28 daltona (jedinica za atomsku masu). Svi rezultati merenja se šalju na Zemlju.
Uređaj COSIMA. Dimenzije – 120×120×250 mm; težina (bez kućišta) – 1,250 g; potrošnja – 5 W. Ne zaboravi da je sonda, a sa njom i instrument COSIMA, već 11 godina i 5 meseci u kosmosu!
COSIMA-ova jedinica za manipulisanje metom. Pre lansiranja uređaj je proveravan, testiran i kalibrisan svakih 6 meseci. Čitav instrument je proizveo konzorcijum predvođen nemačkim Institutom za fiziku Max Planck, u kolaboraciji sa srodnim institucijama u Nemačkoj, Francuskoj, Finskoj i Austriji.
Jonski top (PIBS) je jedan od glavnih podsistema COSIMA-e. Proizveden je u francuskoj Laboratoriji za fiziku Laboratoire de Physique et Chimie de l’Environnement et de l’Espace (LPC2E at CNRS/Université d’Orléans, France). Dva izvora indijuma-115 obezbedili su austrijski timovi iz Seibersdorfa (OFZS) i Graza (IWF).
OČEKIVANJA
Za razliku od istraživanja u prethodnim misijama koje su samo proletale pored kometa, kao što su bile „Giotto“ ili „Stardust“, COSIMA treba da analizira kometne čestice koje udaraju u mete relativno malom brzinom do 100 m/s (360 km/h). Radi poređenja, to je isto kao da ideš ulicom i pričaš mobilnim i iznenada udariš u banderu brzinom od 1,5 m/s (5,4 km/h), što uopšte nije malo! Prilikom prethodnih letova pored komete, relativne brzine letilica i čestica prašine bile su od 5 do 70 km/s (18.000 do 252.000 km/h).
Svakako se deo energije sudara čestice i mete na instrumentu pretvara u toplotu, ali se nije znalo koliko će to uticati na čestice. Što se tiče COSIMA-e, čak i ako se celokupna kinetička energija pretvori u toplotu, temperatura se povećava za samo 5° C. Ipak, naučnici pomalo strepe jer je čak i sobna temperatura prilično nepovoljna za zaleđene čestice uhvaćene tokom leta. Planirano je da sve one budu identifikovane na snimcima mikroskopa a odabrane čestice analizirane pomoću sekundarnog jonskog masenog spektrometra,čime će otkriti sastav čestica i reći nam nešto više o sastavu primordijalne naterije u ranom solarnom sistemu. Rezultati eksperimenata na Zemlji su bili zadovoljavajući, ali niko nije znao kako će se mašina pokazati u kosmosu.
SUSRET SA PORODICOM
A onda, pre tačno godinu dana, posle dugo priprema, instrumet COSIMA se ozbiljno pozabavio prikupljanjem čestica – i sakupio ih 12.000! U to vreme kometa je bila udaljena 535-450 mil. km od Sunca, a „Rosetta“ se okretala oko komete na visini od oko 30 km.
Evo čestica komete! Mnogima su već dali i imena. Pločica mete je široka 1 cm i ova prikazuje čestice prikupljene između 11. avgusta i 12. decembra 2014.
12.000 čestica prikupljeno je između 11. avgusta i 2014. i 28. marta 2015. na 9 pločica mete veličine 1 cm2. gornja slika prikazuje jednu od pločica i prikazuje čestice prikupljene 12. decembra 2014. godine. COSIMA ima ukupno 74 ovakve mete a instrument je dizajniran da istražuje čestice prašine veće od desetak mikrona.
Mnoge čestice su dobile imena prema članovima COSIMA tima, ali i ostalim kolegama iz „Rosetta“ tima. Član COSIMA tima Shinane Merouane je odgovoran za katalogovanje čestica i komentar: „Kada smo sakupili 2.000 čestica, zaključili smo da bi pod hitno trebali da im dajemo imena i to je bio vrlo veliki posao. Zato smo odlučili da imenujemo samo 'velike' čestice, one veće od 40 mikrona, sa retkim izuzecima ako se radi o manjim ali jako zanimljivim česticama, recimo po pitanju njihovog sastava.“
[1] Jedna od najranijih faza formiranja solarne magline.
[2] Znači da uređaj meri vreme potrebno da joni prevale određenu daljinu (prim.prev.)
[3] Milijarditi deo sekunde. Za to vreme svetlost prevali oko 60 cm.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
