Rosetta: sonda, která pomohla rozluštit tajemství komet

Evropská kosmická agentura ESA tedy pro svou sondu snad ani nemohla zvolit vhodnější název. Letos v březnu uplynulo už dvanáct let od jejího startu z evropského kosmodromu v Kourou ve Francouzské Guyaně a více než rok a půl od doby, kdy byla jako historicky první vesmírný průzkumník navedena na oběžnou dráhu kolem komety 67P/Čurjumov–Gerasimenko.

Předchůdci Rosetty a její cesta

Komety byly od pradávna zdrojem lidské fascinace. Bývaly považovány za dobrá i zlá znamení, objevovaly se na význačných uměleckých dílech, ale jejich vědecké studium započalo až v novověku. Později v éře vesmírného průzkumu podnikly sondy ICE, Vega 1, Vega 2, Sakigake, Giotto, Suisei, Deep Space 1, Stardust a Deep Impact odvážné průlety kolem komet.

Stardust také poslala na Zemi kapsli se vzorkem materiálu z ohonu komety. Deep Impact dokonce analyzoval materiál vyvržený přímo z povrchu kometárního jádra po dopadu impaktoru – části sondy, jejímž úkolem bylo narazit do povrchu komety a zajistit tím uvolnění materiálu z jádra.

Průlety a jednorázové analýzy však nemohou nahradit dlouhodobé pozorování, takže spousta otázek zůstávala nezodpovězena. Jaká je vnitřní struktura komet? Co přesně se děje na jejich povrchu, když se na cestě ze vzdálených končin naší soustavy přibližují ke Slunci? Přinesly komety vodu na ranou Zemi a mohly sem přinést jednoduché organické látky, fungující jako základní stavební bloky života?

Mise Rosetta byla pečlivě plánována od první poloviny 90. let minulého století a po startu v březnu 2004 strávila dlouhých deset let na cestě ke svému cíli. Kromě gravitačních manévrů kolem Země a Marsu se jí cestou povedlo podniknout i dva průlety kolem asteroidů, a to 2867 Šteins a 21 Lutetia. Cílem byla kometa nazvaná 67P/Čurjumov–Gerasimenko, objevená v roce 1969 astronomy Klimem Ivanovičem Čurjumovem a Světlanou Ivanovnou Gerasimenkovou.

Tato kometa patří do takzvané Jupiterovy rodiny. Jeden oběh jí trvá necelých šest a půl roku a na své eliptické dráze se pohybuje ve vzdálenosti 1,24–5,7 astronomických jednotek od Slunce. Připomeňme, že astronomická jednotka (AU) odpovídá střední vzdálenosti Země od Slunce, což je přibližně 150 milionů kilometrů.

Rosetta dorazila k cíli v srpnu 2014, rok před průchodem komety periheliem – tedy nejbližším bodem její dráhy vůči Slunci. Sonda tak měla unikátní možnost sledovat děje na kometě od vzdálenosti více než 3,5 AU od Slunce až do perihelia ve vzdálenosti 1,24 AU.

Od srpna 2015 se kometa od Slunce opět vzdaluje a nyní je od něj přes 2,5 astronomické jednotky daleko. Na své dráze se teď vydává až za dráhu Jupitera a pak se opět vrátí blíž ke Slunci. Tak daleko se s ní však Rosetta nepodívá. To ovšem předbíháme…

Dramatické přistání bylo nakonec úspěšné

12. listopadu 2014 přišel okamžik, na který čekal celý svět. Po pečlivém výběru lokality se od Rosetty odpoutal modul Philae a uskutečnil historicky první řízené přistání na povrchu komety. Jeho průběh byl ovšem dramatický.

Na vybrané lokalitě se pod povrchem – navzdory očekávání – zřejmě nacházel tvrdý vodní led. Modulu se nepovedlo úspěšně vystřelit harpuny, kterými se měl bezpečně přichytit, a kvůli tvrdosti povrchu jej nemohl včas navrtat. Namísto toho se od povrchu odrazil, několikrát se jej znovu dotkl a nakonec přistál – ale dlouho nebylo jasné, kde.

Přes tyto potíže dokázal Philae provést první blok vědeckých měření a získat asi 80 % očekávaných dat. Na nové lokalitě ovšem nebyl dostatek slunečního záření pro solární panely. Když se tedy modulu po necelých třech dnech vybily baterie, nadlouho se odmlčel. Později se podařilo odhadnout, kde zhruba přistál, ale přesné místo zůstávalo záhadou.

13. června 2015 se ovšem Philae nečekaně probral z hibernace a odeslal balíček dat o svém stavu, což umožnilo identifikovat jeho polohu v oblasti Abydos – více než kilometr od původně vybrané lokality Agilkia. Zde se můžete podívat na rekonstrukci přistání Philae. V mezidobí byl modul několikrát aktivní, nedokázal se však dříve spojit s Rosettou.

Nových dat už jsme se ale bohužel nedočkali. Mezi 13. červnem a 9. červencem se Philae několikrát pokusil spojit s Rosettou, jenže komunikace byla vždy příliš krátká a nestabilní na odeslání příkazů k provedení dalších měření. Pak se Rosetta na dobu kolem perihelia z bezpečnostních důvodů vzdálila od komety, takže byla příliš daleko, než aby dokázala signál Philae znovu zachytit.

Tým sondy choval naději, že po opětovném přiblížení ke konci roku 2015 se spojení znovu podaří. Už k němu ovšem nedošlo a nyní panuje na povrchu příliš velký mráz na to, aby Philae mohl normálně fungovat. V období největší aktivity komety krátce po periheliu mohl být modul také například převrácen či poškozen.

I tak nám ovšem Philae poskytl cenná data. Během své jepičí aktivity pořídil snímky povrchu, studoval jeho složení a další vlastnosti. Poté, co Rosetta přejde na nižší oběžnou dráhu (s přiblížením ke kometě až na pouhých 10 kilometrů), měla by být schopná ztracený modul zachytit na snímcích, pokud bude viditelný na povrchu. Zjištění, kam jej procesy jako gejzíry plynů či „sesuvy“ mohly posunout, bude zajímavé i vědecky.

Smršť objevů

Během půldruhého roku od navedení na oběžnou dráhu komety Rosetta rozhodně nezahálela. Mezi její nejvýznamnější objevy patří změření poměru vodíku a deuteria v kometární vodě (deuterium je izotop vodíku, který má v jádře kromě protonu také jeden neutron).

Proč je to pro nás důležité? Srovnání tohoto poměru v pozemských oceánech a na kometách nám může napovědět, zda vodu přinesly na Zemi právě komety. Data z Rosetty jsou dalším pádným důkazem, že tomu tak nebylo. Většina komet, u nichž byl poměr vodíku a deuteria dosud změřen, jej má výrazně vyšší než pozemská voda – a 67P/Čurjumov–Gerasimenko není výjimkou.

Zajímavé je, že má tento poměr o dost vyšší než další dvě komety z Jupiterovy rodiny, 45P/Honda–Mrkos–Pajdušáková a 103P/Hartley 2. Jejich hodnoty se blíží pozemským, zatímco u 67P jsou mnohem bližší kometám pocházejícím ze vzdáleného Oortova oblaku. Značí to snad různorodý původ komet Jupiterovy rodiny, o nichž se dnes předpokládá, že pocházejí z oblasti takzvaného Kuiperova pásu za drahou Neptunu? To zjistíme, až budou k dispozici data z mnohem většího počtu těchto komet.

Každopádně se zatím zdá, že pozemská voda má původ spíše v dopadech asteroidů. Asteroidy hlavního pásu mezi Marsem a Jupiterem totiž mají velmi podobný poměr vodíku k deuteriu jako oceány Země. Je také možné, že v horninách Země bylo původně vázáno více vody, než se dříve předpokládalo, a postupně se z nich část vody uvolnila.

Další zajímavá informace o složení komety se týká kyslíku. Komety jsou s oblibou popisovány jako „špinavé sněhové koule“. Mívají velmi tmavou barvu a skládají se ze směsi ledů (nejen vodního ledu, ale také zmrzlého oxidu uhličitého, oxidu uhelnatého, methanu, čpavku i dalších látek) a hornin. Obsahují také jednoduché organické sloučeniny jako formaldehyd, kyanid, ethan, dokonce i některé aminokyseliny.

V komě, řídké atmosféře komety vzniklé odpařováním ledů z jádra, se nachází zejména vodní pára, oxid uhličitý a oxid uhelnatý. Jejich produkce závisí na oslunění povrchu komety, což se očekávalo. Vůbec poprvé však byl v komě – díky Rosettě – objeven molekulární kyslík!

V zemské atmosféře máme kyslíku 21 %, ale kdyby jej rostliny, řasy a sinice přestaly vyrábět, jeho množství by rychle pokleslo, až by prakticky úplně vymizel. Kyslík totiž velmi ochotně reaguje s dalšími látkami. Měření různých regionů v naší galaxii ukázalo, že molekulární kyslík je zde poměrně vzácný. V komě 67P se však vyskytuje, a není ho málo!

Jeho množství koreluje s výskytem vody. Je možné, že se kyslík v kometě nahromadil během několika miliard let jejího pobytu v Kuiperově pásu díky rozkladu vody kosmickým zářením. Pak by ovšem vznikal maximálně pár metrů pod povrchem – a tato vrstva materiálu by se měla odpařit brzy po přesunu komety do vnitřních oblastí sluneční soustavy, kde nyní obíhá.

Zdá se tedy pravděpodobnější, že kyslík byl už v materiálu, z nějž se kometa původně zformovala. V částečkách, ze kterých vznikala, byl kyslík možná uvolněn zmíněným rozkladem vody a pak zůstal uzavřen v nitru komety.

Studium komy pomocí spektrometru ALICE také vůbec poprvé ukázalo rozmanité reakce, k nimž dochází v uvolněných plynech díky ultrafialovému záření ze Slunce a díky srážkám s vysokoenergetickými elektrony, uvolněnými působením tohoto UV záření.

Rosettě se navíc podařilo sledovat vývoj prachového i iontového ohonu komety.

Co Rosetta zjistila o samotném povrchu komety Čurjumov–Gerasimenko a jejím vnitřním uspořádání? A především, co čeká pilnou sondu do budoucna?

Na to vše se zblízka podíváme ve druhé části článku.