De Deep Impact-missie van NASA, die bijna tien jaar kometenonderzoek heeft voltooid, was de meest bereisde kometenjager in de ruimte van zijn tijd. Het ruimtevaartuig bezocht twee kometen en maakte beelden van twee andere. Het zocht ook naar exoplaneten en onderzocht hun atmosferen, waarna het de aarde bestudeerde alsof het een exoplaneet was. Deep Impact hielp bij het vinden van water op de maan en diende als een relais voor een reeks interplanetaire internetexperimenten. Na negen jaar verloren teamleden het contact met het ruimtevaartuig toen het naar zijn derde doel vloog.
“De inslag op komeet Tempel 1, de flyby van komeet Hartley 2 en de remote sensing van komeet Garradd hebben geleid tot zoveel verrassende resultaten dat er een complete heroverweging is van ons begrip van de vorming van kometen en van hoe ze werken,” zei Michael A’Hearn, de Deep Impact missie-onderzoeker, in een verklaring bij de afsluiting van de missie. “Deze kleine, ijzige overblijfselen van de vorming van ons zonnestelsel zijn veel gevarieerder, zowel van elkaar als zelfs van het ene deel naar het andere van een enkele komeet, dan we ooit hadden verwacht.”
Opgraven van een komeet
De Deep Impact-missie bestond uit twee ruimtevaartuigen. Het hoofdvoertuig, zo groot als een koffietafel, bevatte een tweede, kleinere sonde die ontworpen was om neer te storten op de eerste komeet die de missie bezocht, Tempel-1. Het ruimtevaartuig werd gelanceerd vanaf Cape Canaveral, Florida, op 12 januari 2005. Op 1 juli van dat jaar, Deep Impact rendez-vous met komeet 9P/Tempel 1 (de officiële naam wordt meestal afgekort tot komeet Tempel 1).
Deep Impact was ongeveer 10,8 voet (3,3 meter) lang, 5,6 voet (1,7 m) breed en 7,5 voet (2,3 m) hoog. Naast de wetenschappelijke instrumenten had het ruimteschip ook een paar zonnepanelen en een puinschild aan boord om het te beschermen tegen materiaal dat werd afgeworpen door de kometen die het tegenkwam. Twee wetenschappelijke instrumenten, het hoge-resolutie-instrument (HRI) en het middelhoge-resolutie-instrument (MRI), verzamelden beelden van kometen en planetaire lichamen. Deep Impact had ook een infraroodspectrometer aan boord.
Op 4 juli 2005 dropte het ruimtevaartuig zijn kleinere impactor-vaartuig in het pad van Tempel 1. De impactor werkte op batterijen en droeg de Impactor Targeting Sensor, een zeer nauwkeurige ster tracker die de baan van het ruimtevaartuig volgde en beelden van de komeet op korte afstand vastlegde. De beelden werden in real time doorgestuurd naar het hoofdvoertuig, waarbij het laatste beeld slechts 3,7 seconden voor de inslag werd verzonden.
Het ruimtevaartuig droeg ook een schijf met 625.00 namen, ingezonden door mensen van over de hele wereld, die met het vaartuig werd verdampt.
De 370 kilo wegende, voornamelijk koperen inslagsonde leverde 19 gigajoule aan kinetische energie om een krater op Tempel 1 uit te houwen. Dat is evenveel energie als 4,8 ton (4,35 metrische ton) TNT. Met een snelheid van 37.000 kilometer per uur blies de inslagmotor een krater uit van zo’n 150 meter breed, volgens metingen van NASA’s Stardust-missie in 2011.
Warmte en straling van de zon verhitten het oppervlak van deze stoffige sneeuwballen, waardoor verschroeide buitenkorsten ontstaan. De puinwolk die van de komeet werd geblazen als gevolg van de botsing van het kleine ruimtevaartuig onthulde de allereerste blik op het ongerepte materiaal dat binnenin een komeet wordt aangetroffen en onthulde aan astronomen dat Tempel 1 bedekt is met een fijn poeder, “meer als talkpoeder dan strandzand,” zei A’Hearn.
“Je moet het zien in de context van zijn omgeving,” Pete Schultz, Deep Impact-wetenschapper van de Brown University in Rhode Island, zei in een verklaring. “Dit object ter grootte van een stad zweeft rond in een vacuüm. De enige keer dat het wordt gestoord is wanneer de zon het een beetje kookt of iemand een 820-pond wekker naar het gooit met 23.000 mijl per uur.”
De wetenschappers van de missie stelden ook vast dat kometen verrassend pluizig zijn, met een komeetkern die voor ten minste 50 procent uit lege ruimte bestaat en de oppervlakteschil voor ten minste 75 procent leeg is. Het resultaat bevestigde eerdere indirecte waarnemingen die suggereerden dat kometen poreuzer zouden kunnen zijn dan was verwacht, zei A’Hearn.
Observaties door NASA’s Swift ruimtetelescoop onthulden dat ongeveer 250.000 ton (227.000 metrische ton) water vrijkwam als gevolg van de inslag; dit was een veel grotere hoeveelheid dan oorspronkelijk was voorspeld. De röntgenwaarnemingen van Swift onthulden dat het 12 dagen duurde voordat de komeet weer normaal was.
De röntgenwaarnemingen van Swift leverden ook nieuwe inzichten op in hoe de zonnewind materiaal van kometen en planeten stript.
“Voor het eerst kunnen we zien hoe materiaal dat van het oppervlak van een komeet is vrijgekomen, migreert naar de bovenste regionen van zijn atmosfeer,” zei John Nousek, in een verklaring. Nousek was de directeur van de missie operaties op Penn State, waar de wetenschap en de vlucht van het ruimtevaartuig werden gecontroleerd. “Dit zal fascinerende informatie opleveren over de atmosfeer van een komeet en hoe deze reageert met de zonnewind. Dit is allemaal onontgonnen terrein.”
Het Deep Impact-team werkte ook samen met NASA’s Spitzer Space Telescope om een lijst van kometaire ingrediënten op te stellen. “Nu kunnen we stoppen met gissen naar wat er in kometen zit,” zei A’Hearn. “Deze informatie is van onschatbare waarde voor het in elkaar passen van hoe onze eigen planeten en andere verre werelden gevormd kunnen zijn.”
Deze waarnemingen gaven aan dat de komeet geboren kan zijn in het deel van het zonnestelsel dat nu bezet wordt door Uranus en Neptunus. Deze bevinding ondersteunt het Nice-model van planetaire vorming, dat suggereert dat deze twee planeten van plaats ruilden en kometen in de diepe ruimte verspreidden.
EPOXI, twee missies in één
Nadat de sonde langs Tempel 1 was gevlogen, diende het Deep Impact-missieteam een voorstel in voor een verlengde missie die eigenlijk twee missies in één zou zijn: een bezoek aan een andere komeet en een jacht op exoplaneten.
De Deep Impact eXtended Investigation (DIXI) werd gecombineerd met het Extrasolar Planet Observation and Characterization (EPOCh) onderzoek tot een nieuwe missie, EPOXI genaamd. (Het ruimtevaartuig behield de naam Deep Impact.)
In eerste instantie was de uitgebreide missie bedoeld voor Deep Impact om komeet 85P/Boethin te bezoeken, die voor het laatst werd waargenomen in 1986. Vanwege zijn 11,8-jarige omloopbaan kan die komeet vanaf de aarde alleen worden gezien in de zes maanden dat de komeet het dichtst bij de zon staat. Astronomen gebruikten 10 van ’s werelds grootste telescopen, samen met Spitzer, om te zoeken naar straling van de komeet in wat A’Hearn “een heroïsche poging” noemde. Helaas konden ze hun doelwit niet vinden, en onderzoekers stelden voor dat het misschien uit elkaar is gevallen als gevolg van een catastrofale explosie.
Met het verlies van het oorspronkelijke doelwit, wendden astronomen zich tot komeet Hartley 2. Ontdekt in maart 1986, had de komeet een bekende baan. Maar het zou twee jaar langer duren om het doel te bereiken, vergeleken met wat een reis naar Boethin nodig zou hebben gehad.
Tijdens zijn verlengde missie richtte EPOXI zijn mechanische ogen op exoplaneten. In de dagen voor NASA’s Kepler ruimtevaartuig, was het observeren van werelden rond andere sterren een grotere uitdaging. Deep Impact bracht daar verandering in.
Het ruimtevaartuig bestudeerde massieve gasreuzen die in dagen of zelfs uren rond vijf verschillende sterren draaiden – werelden die bekend staan als hete Jupiters. Elk van de vijf doelen werd ervan verdacht een tweede, kleinere planeet te herbergen. Het doel van Deep Impact was om de hete Jupiters te bestuderen om te zien of de zwaartekracht van zulke ongeziene planeten aan de banen van de bekende werelden zou kunnen trekken, waardoor ze enigszins wiebelen.
Terwijl EPOXI geen exoplaneten vond, ontdekte het wel bewijs dat een tweede planeet rond een van de sterren, Gliese 436, zou kunnen draaien. Hoewel nog geen tweede planeet rond de ster is bevestigd, zijn er ook uit andere bronnen aanwijzingen voor een andere wereld.
Deep Impact heeft ook een zeer bekende planeet bestudeerd: Aarde. Het ruimtevaartuig zwaaide vijf keer langs de aarde, en bestudeerde onze planeet tijdens een volledige rotatie om beter te begrijpen hoe een bewoonbare aardse wereld eruit zou kunnen zien voor exoplanetenjagers. Terwijl andere ruimtevaartuigen eerder de aarde en de maan vanuit de ruimte in beeld hadden gebracht, was Deep Impact de eerste die met voldoende detail observeerde om grote kraters op de maan en oceanen en continenten op de aarde te zien, zei NASA in een verklaring.
De observaties, waarvan er veel in een video zijn gemaakt, onthulden de veranderingen in helderheid die de planeet ondergaat. De studie onthulde ook zonneglinsteringen, of vlekken van helderheid vergelijkbaar met zonneschijn die van de motorkap van een auto glanst, zichtbaar vanaf een afstand van ongeveer 11 miljoen mijl (18 miljoen km).
“Deze zonneglinsteringen zijn belangrijk, want als we een extrasolaire planeet zagen die glinsteringen had die periodiek opdoken, zouden we weten dat we meren, oceanen of andere grote lichamen van vloeistof, zoals water, zagen,” zei Deming. “En als we grote waterlichamen op een verre planeet zouden vinden, zouden we veel optimistischer worden over het vinden van leven.”
EPOXI heeft de aarde ook waargenomen in infrarood licht, dat ver buiten het bereik van het menselijk zicht ligt. Rood licht geeft een beter contrast tussen land en water en helpt planten op te vallen.
“Mensen denken dat land groenig is, maar dat komt omdat onze ogen niet gevoelig zijn in het infrarood,” zei Deming. “Vegetatie komt beter tot zijn recht in het infrarood.”
Het ruimtevaartuig heeft ook een sleutelrol gespeeld bij de ontdekking van het eerste duidelijke bewijs van water op het oppervlak van de maan. In samenwerking met het Indiase Chandrayaan-1-ruimtevaartuig en NASA’s Cassini-ruimtesonde onthulde Deep Impact dat zich dagelijks een dauwachtige vloeistof op de maan vormt, die vervolgens verdwijnt, waardoor het hele maanoppervlak gedurende een deel van de maansdag wordt gehydrateerd.
Hartley 2
Het belangrijkste kenmerk van de uitgebreide missie van Deep Impact was zijn flyby van komeet Hartley 2. Het ruimtevaartuig passeerde de komeet op 4 november 2010 tot op een afstand van 700 km, waarmee Hartley 2 de vijfde komeetkern is die door een ruimtevaartuig is bezocht. Toen Deep Impact dichter bij Hartley 2 vloog, observeerde de sonde een verhoogde hoeveelheid cyanide die vrijkwam van de komeet zonder een overeenkomstige afgifte van stof, over een periode van acht dagen in september.
“We hebben dit soort activiteit in een komeet nog nooit eerder gezien, en het zou de kwaliteit van waarnemingen door astronomen op de grond kunnen beïnvloeden,” zei A’Hearn in een verklaring.
Het ruimtevaartuig vloog ook door een kometaire ijsstorm die werd gegenereerd door jets van kooldioxidegas dat elke seconde tonnen waterijs van de komeet meevoerde, zei A’Hearn. Dit was de eerste keer dat astronomen brokken ijs zagen in de wolk rond een komeet of jets die definitief werden aangedreven door kooldioxide gas, zei hij. Het team zocht naar soortgelijke gebeurtenissen rond Tempel 1, maar zag ze niet.
“Toen we voor het eerst alle vlekjes rond de kern zagen, viel onze mond open,” zei Schultz in een verklaring. “Stereobeelden laten zien dat er sneeuwballen voor en achter de kern zijn, waardoor het lijkt op een scène in een van die kristallen sneeuwbollen.”
Deep Impact leverde ook de eerste beelden van een komeet op die duidelijk genoeg waren dat wetenschappers straalstromen van stof en gas in verband konden brengen met specifieke oppervlaktekenmerken. De onderzoekers ontdekten dat kooldioxide, en niet waterijs, de stuwende kracht was voor de stralen op Hartley 2.
Alles bij elkaar suggereerden de gegevens dat Hartley 2 een heel nieuw soort komeet zou kunnen zijn. Destijds discussieerden onderzoekers over de vraag of kometen zich vormden uit een enkele massa stof en ijs die door de zwaartekracht werd samengetrokken, of dat een mengelmoes van kleinere kometen in de loop der tijd hun kern opbouwde. Hartley 2 bleek ten minste twee, misschien drie verschillende soorten ijs in zijn kern te hebben, met een algemene samenstelling die zeer consistent was, wat een derde mogelijkheid opriep.
“We hebben nog niet eerder een komeet als deze gezien,” zei Michael Mumma, van NASA’s Goddard Space Flight Center, in een verklaring. “Hartley 2 zou de eerste van een nieuw ras kunnen zijn.”
Hartley 2 is een hyperactieve komeet, die ronddraait op één as en tegelijkertijd rondtuimelt op een andere. Hyperactieve kometen maken 5 tot 10 procent uit van alle kometen. Met jets en andere activiteit aangedreven door kooldioxide, zijn processen zoals uitgassing op hyperactieve kometen anders dan die op normale kometen.
Nadat het langs Hartley 2 vloog, deed Deep Impact waarnemingen van kometen Garradd en ISON, die binnenvliegen vanuit de buitenste regionen van het zonnestelsel. De teamleden lanceerden ook een jacht op een derde doelwit voor het ruimtevaartuig.
Verlies van contact
Op 8 aug. 2013 verloor NASA het contact met het Deep Impact ruimtevaartuig. Helaas had het nog geen van zijn beelden van komeet ISON teruggestuurd. Op dat moment had het ruimtevaartuig ongeveer 4,7 miljard mijl (7,58 miljard km) de ruimte in gereisd.
Nadat het contact verloren was, hebben missiecontrollers enkele weken geprobeerd om commando’s te uplinken om Deep Impact’s boordsystemen opnieuw te activeren. Een probleem met de computer timing heeft waarschijnlijk geleid tot een verlies van controle over de oriëntatie van het ruimtevaartuig in de ruimte, aldus NASA. Als gevolg daarvan had de sonde moeite met het positioneren van zijn radio-antennes en zonnepanelen, waardoor zowel communicatie als energieopwekking werd bemoeilijkt.
Op 16 sept. 2013 stelden onderzoekers vast dat er geen manier was om de controle over het ruimtevaartuig te herstellen. Ze adviseerden NASA om de ongelooflijk productieve missie verloren te verklaren.
“Deep Impact is een fantastisch, langdurig ruimtevaartuig geweest dat veel meer gegevens heeft geproduceerd dan we hadden gepland,” zei A’Hearn in een verklaring. “Het heeft ons begrip van kometen en hun activiteit radicaal veranderd.”
Verder lezen:
- Lees meer over de verlengde missie van Deep Impact op NASA’s Deep Impact (EPOXI) pagina.
- Lees meer over de geschiedenis van Tempel 1.
- Meer informatie over komeet Hartley 2.
Recent nieuws