Rosetta en Philae missie

Rosetta is de eerste missie ontworpen om een ruimtesonde, met aan boord 11 wetenschappelijke instrumenten, in een baan rond een komeet te brengen. Eén van de wetenschappelijke instrumenten is ROSINA, een massaspectrometer waaraan het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie mee gebouwd heeft. Rosetta had ook een lander genaamd ‘Philae’ aan boord, waarop 10 instrumenten gemonteerd zijn. Hoewel aanvankelijk bedoeld voor de komeet 46P/Wirtanen, is Rosetta op 2 maart 2004 met een Ariane-5 raket vanuit Kourou op Frans Guiana met eindbestemming de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko gelanceerd. Die komeet is een frequente bezoeker van het binnenste van ons zonnestelsel met een omloopbaan rond de zon van 6,5 jaar en een baan tussen Jupiter en de aarde. Het is een relatief klein object van ongeveer 4 km in diameter en met een snelheid tot wel 135 000 km/uur. Het is de eerste missie waarmee een poging is gedaan om ter  plekke de ondergrondse samenstelling te analyseren, en ook de eerste keer dat een komeet zijn kern (nucleus) en omgeving is onderzocht over zulk een lange tijdspanne. Rosetta is het eerste ruimtetuig dat van nabij heeft kunnen observeren hoe een komeet verandert wanneer deze steeds dichter komt bij de zon. De komeet ontwikkelt een zogeheten coma (een soort atmosfeer) en de karakteristieke stof- en plasmastaart.

komeet 67p  Rosetta met Philae en komeet 67P

de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko                                                Rosetta, Philae en komeet 67P

ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0                                                             Credit: ESA/ATG medialab; Comet image: ESA/Rosetta/NavCam

Kometen zijn de meest primitieve objecten in het zonnestelsel. Veel wetenschappers denken dat ze de fysische en chemische processen daterend van de eerste stadia van de evolutie van onze zon en ons zonnestelsel kunnen prijsgeven. Ze zijn immers sindsdien nauwelijks van vorm of samenstelling gewijzigd, en ze hebben dus dezelfde of een gelijkaardige compositie als de nevel waaruit onze zon en planeten zijn ontstaan. En dat geldt vooral voor de langperiodieke kometen die afkomstig zijn uit de Kuiper-gordel, die zich buiten de baan van Neptunus bevindt, en uit de Oortwolk, de uiterste grens van ons zonnestelsel. De overvloedige aanwezigheid van vluchtige materialen in kometen toont namelijk aan dat kometen gevormd werden op grote afstanden van de zon, en dus ver van het magnetisch veld van de zon en de zonnewind. Ze zijn dus geconserveerd geweest in lage temperaturen sinds hun vorming. Analyse van materiaal afkomstig van kometen laat ons dus toe de omstandigheden van bij de geboorte van onze zon en ons zonnestelsel te kennen. Die begincondities ontdekken, was dan ook de voornaamste doelstelling van de Rosetta-missie naar de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, waarbij ervan werd uitgegaan dat de komeet uit de Kuiper-gordel afkomstig is. Ook de relatie tussen planetoïden en kometen is van belang om die eerste stadia te kunnen onderzoeken aangezien er vele overeenkomsten zijn tussen planetoïden en nuclei van kometen. Sommige kometen evolueren naar asteroïden eenmaal hun vluchtige bestanddelen zijn uitgeput.

oorsprong komeet 67P

Kuipergordel en Oortwolk

Credit: ESA

Uit de centrale doelstelling van de missie is ook de naam gevolgd: het is de beroemde Rosetta-steen die ongeveer 200 jaar geleden in Egypte gevonden werd en die geleid heeft tot het ontcijferen van de Egyptische hiërogliefen en bijgevolg onze kennis over onze geschiedenis heeft gerevolutioneerd. Analoog hiermee vormt de ruimtesonde Rosetta de sleutel die de mysteries zal ontrafelen over hoe ons zonnestelsel is geëvolueerd. Rosetta laat wetenschappers toe 4,6 miljard jaar terug te kijken, naar een tijdperk waarin er nog geen planeten bestonden maar enkel reusachtige zwermen van planetoïden en kometen die rond de zon draaiden en die de bouwstenen waren van het huidige zonnestelsel.

Reeds vanaf het einde van de jaren ‘70 zijn vele missies naar verscheidene kometen en planetoïden ondernomen en is onze kennis ervan gestaag opgebouwd. Vele foto’s werden genomen en data verzameld op diverse manieren: analyse van stofstaarten, coma’s, oppervlaktes en zelfs de chemische samenstelling van de nuclei (aan de hand van een breuk veroorzaakt door een impactor). Zelfs een staaltje stof is in het kader van de missie ‘Stardust’ verzameld nabij een komeet en teruggestuurd naar de aarde.

De lander heeft, ondanks een mislukte landing, informatie kunnen verschaffen over de chemische en fysieke eigenschappen van het oppervlak van de komeet. Tijdens de heenvlucht, die 10 jaar geduurd heeft, is ook gebruik gemaakt van de passage langs 2 planetoïden, 2867 Steins en 21 Lutetia, om deze ook te bestuderen. Naast informatie over de massa en dichtheid en dus hun grove samenstelling heeft Rosetta ook de oppervlaktetemperatuur en aanwezigheid van omringend gas en stof gedetecteerd.

2867 Steins en 21 Lutetia            2867 Steins en 21 Lutetia (2)

ESA ©2008 MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA                             ESA 2010 MPS for OSIRIS TeamMPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/ID

komeet 67P evoluties

Credit: Top centre images: ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA 3.0 IGO; all others: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Om de lange tocht naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko te kunnen realiseren heeft Rosetta enkele malen gebruik moeten maken van de zwaartekracht van enkele hemellichamen om als een ‘kosmische biljartbal’ met slingerbewegingen haar eindbestemming te bereiken in 2014. Een groot stuk van de reis heeft de sonde bovendien doorgebracht in een ‘winterslaap’ om brandstof en energie te sparen. Tijdens die periodes maakte de sonde één omwenteling per minuut om het zonlicht maximaal te kunnen benutten en waren alle elektrische systemen, uitgezonderd de radio-ontvangers, commandodecoders en energietoevoer, uitgeschakeld. Eenmaal haar bestemming genaderd, is Rosetta ontwaakt en is ze aan de kritieke fase van rendez-vous met de komeet begonnen door een afremmanoeuvre uit te voeren. Die manoeuvres zijn gebaseerd op berekeningen van de baan van de komeet gemaakt met observaties vanop aarde en zijn dus cruciaal geweest voor het slagen van de missie. Eenmaal afgeremd en volledig actief kon met behulp van de camera’s en sensoren de komeet in kaart gebracht en de karakteristieken bepaald worden. Dit was nodig om Rosetta in een baan om de komeet te brengen. Na het preciezer in kaart brengen van de nucleus werd een geschikte landingsplek voor de lander gekozen, en werd de achtervolging ingezet van de komeet in haar baan rond de zon.

Rosetta's journey

Credit: ESA

Hoewel de lander, na te zijn ontkoppeld op een afstand van 1 km van de nucleus, afdaalde met een snelheid van slechts een meter per seconde is hij er niet in geslaagd zich vast te zetten met zijn harpoen. Hij is twee keer van het komeetoppervlak omhoog gestuiterd en nadien neergekomen op een plaats waar zijn zonnepanelen niet door de Zon werden belicht. Daarom heeft hij slechts gedurende 60 uur kunnen werken tot uitputting van zijn batterijen.

Rosetta zelf heeft gedurende meer dan twee jaar de komeet bestudeerd en  heeft gesofistikeerde analyses uitgevoerd op het stof en het gas dat uit de nucleus van de komeet ontsnapt. Ze is gedurende het grootste deel van de missie binnen enkele tientallen kilometers van de nucleus gebleven, waar het stof en gas quasi dezelfde samenstelling bleek te hebben als het oppervlaktemateriaal. Het gas en het stof kan ook terug getraceerd kunnen worden naar de specifieke actieve regio’s op het oppervlak van de komeet. De fysica van de buitenste coma en de interactie met de zonnewind werd ook bestudeerd.

Rosetta jets

Credit: OSIRIS: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; NavCam: ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0

Door komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko ter plekke te analyseren kon Rosetta een volledige inventaris produceren van organische verbindingen in de komeet, en kan ze hierbij de rol van kometen in het ontstaan van leven onderzoeken.

main ingredients life

ESA 2002. Illustration by Medialab.

Kometen kunnen immers bijdragen aan het ontsluieren van de mysteries over het ontstaan van leven aangezien sommige van de chemische ‘bouwstenen’ van het leven teruggevonden zijn op kometen. Die chemische stoffen kunnen gedetecteerd worden a.d.h.v. spectroscopie waarbij licht van die kometen ontleed wordt om de atomen en moleculen aanwezig in die komeet te onderscheiden. Daarnaast heeft Rosetta ook op basis van massaspectroscopie de chemische samenstelling van de coma proberen te achterhalen. De hypothese stelt dat kometen die miljarden jaren geleden ingeslagen zijn op de jonge aarde, de aarde als het ware ‘bevrucht’ hebben met die organische verbindingen. Ook een deel van het water op aarde zou mogelijks afkomstig kunnen zijn van kometen, asteroïden en andere objecten. Rosetta heeft wel aangetoond dat dit deel kleiner is dan aanvankelijk werd gedacht door aan te tonen dat de deuterium/waterstof verhouding op komeet67P verschilt van de verhouding in de aardse watervoorraad. Een andere revelatie van de missie was de detectie van moleculair zuurstof O2 dat uit het binnenste van de komeet moet vrijgekomen zijn en dus reeds aanwezig moet geweest zijn bij de vorming van ons zonnestelsel. De komeet is ook gebruikt geweest om de wisselwerking atmosfeer-magnetosfeer van planeten beter te begrijpen: door de verandering in afstand van de Zon is een komeet als het ware een laboratorium.

Na een jarenlange achtervolging en een omwenteling tezamen omheen de zon is de missie in december 2015 bijna op zijn einde gekomen en bewegen zowel komeet als de ruimtesonde zich weg van de zon. Rosetta heeft met succes het oppervlak van de komeet in kaart gebracht en wijzigingen in de activiteit van de komeet over een langere periode kunnen onderzoeken. Op 30 september 2016 heeft ESA Rosetta op de komeet laten neerstorten. ESA heeft deze optie gekozen om nog zoveel mogelijk informatie te vergaren terwijl Rosetta nog werkte. Rosetta was namelijk samen met de komeet terug op weg naar het verste punt van de komeetbaan. Ver van de Zon zou het zonlicht dat op de zonnepanelen terechtkomt niet voldoende meer zijn om de werking van de ruimtesonde te garanderen. Terwijl de sonde naar het komeetoppervlak neerdaalde, hebben we heel dicht bij het komeetoppervlak kunnen meten, wat in normale omstandigheden nooit zou zijn gelukt. Een komeet draagt een boodschap van het ontstaan van het zonnestelsel met zich mee. Om de boodschap te kunnen lezen, moeten we begrijpen hoe een komeet werkt en wat er in de miljarden jaren sinds zijn vorming mee is gebeurd. De missie mag dan wel ten einde zijn, maar de gegevens van Rosetta zullen nog voor lange tijd een bron van onderzoek zijn.

 

 

Is er iets onduidelijk? Heb je een fout gevonden? Mail ons!