said astronoomid teada, kui Deep Impact 4. juulil komeediga Tempel 1
kokku põrkas ja sinna suure augu tekitas?

Vastab astronoom ja kosmonautikauurija
TÕNU TUVIKENE

See oli üldse esimene kord, kui astronoomidel oli võimalus heita pilk komeedi tuuma pinna alla. Seetõttu on uut ja ootamatut kindlasti palju, kuid kahjuks on seni avaldatud vaid kõige esialgsemad tulemused.

Komeedi põhiosa on tema tuum, millest Päikesele lähenedes hakkab kuumenemise tõttu eralduma gaasi ja tolmu. Need moodustavad tuuma ümber koomaks kutsutava pilve ning tihtilugu ka saba, millest komeedid oma rahvapärase “sabatähe” nimetuse on saanud ja millega nad on aastatuhandeid inimesi hirmutanud.

Komeete on automaatjaamadega uuritud juba ligi kakskümmend aastat. Alguse sai see 1986. a, kui oma 76 aastat kestval teekonnal oli jälle Päikese juurde jõudnud kuulsaim komeetide hulgast – Halley. Teda väisasid siis nii N Liidu automaatjaamad Vega 1 ja Vega 2, Jaapani Sakigake ja Suisei kui ka ESA (Euroopa Kosmoseuurimise Agentuuri) Giotto, mis jõudis neist ka kõige lähemale – vaid 600 kilomeetri kaugusele tuumast. Esmakordselt võisid astronoomid näha, kuidas komeedi tuum välja näeb. Pärast sellist tormijooksu on maised külalised jõudnud veel tutvuda kahe komeediga – Deep Space 1 möödus aastal 2001 Borrelly’st 2200 km ja Stardust 2. jaanuaril 2004 Wild 2-st vaid 236 km kauguselt. Stardust võttis ka komeedist (kuid mitte komeedi tuumast!) proove, mille ta peab järgmise aasta jaanuaris Maale toimetama. Nende uurimiste tulemused näitasid, et komeedi tuumad on ebakorrapärase kujuga erakordselt tumeda pinnaga taevakehad. See, mis on pinnakihi all, jäi aga endistviisi saladuseks. Pealispinda on mõjustanud korduvad sulamised ja külmumised ning kokkupõrked planeetidevahelises ruumis liikuvate tolmuterakeste ja laetud osakestega. Samal ajal oleks väga oluline teada, millise koostisega on komeedi tuuma algne, välistegurite poolt mõjutamata aine. Kuna komeetide tuumade näol on ilmselt tegemist jäänukitega ürgainest, millest aja jooksul moodustusid planeedid ja nende kaaslased, aitaks see paremini mõista Päikesesüsteemi tekkimist.

Selle uurimine pole aga plaanis ka 2. märtsil 2004 startinud ESA automaatjaamal Rosetta, mis peaks koguni saatma 2014. aastal komeedi Churyumov-Gerasimenko tuumale maanduri Philae. Põhjuseks muidugi see, et kui juba komeedini jõudminegi on keeruline ettevõtmine, siis on sinna proovide võtmiseks vajaliku sügavusega augu tekitamine veelgi raskem ülesanne. Või vähemalt paistab see esimesel pilgul nii, sest miks puurida, kui saab ka lihtsamalt!

Kolme mehe ettepanek

1996. aastal tulid Ameerika astronoomid Alan Delamere ja Mike Belton geniaalselt lihtsale mõttele teha komeedi tuuma auk mitte puurimise, vaid sinna suurel kiirusel n-ö pommi lennutamise teel. Selle tulemusel tekib tuuma kraater, mida ennast ja sellest väljapaiskunud ainet saaks uurida möödalendav automaatjaam, seesama, mis pommi teele saatis. Heal juhul saaks kokkupõrkel toimuvat plahvatust vaadelda ka maapealsete teleskoopidega. Samal aastal esitasidki idee autorid koos Mike A’Hearniga NASA-le ettepaneku sel viisil uurida surnud komeeti nimega Phaethon. (Surnud komeedid on oma tegevuse – gaasi ja tolmu väljapaiskamise – lõpetanud. Arvatakse, et osa väikeplaneetidest ehk asteroididest ongi tegelikult surnud komeedid, kuna eemalt on neil raske vahet teha. Nende puhul pakub suurt huvi aktiivsuse lõppemise põhjus, milleks võib olla nii kergesti lenduva aine otsasaamine kui ka nende eraldumist takistava kihi tekkimine. Vahet aitaks teha tuuma pinnakihi alla vaatamine.) Kahjuks ei võetud aga kolme mehe ettepanekut vastu, sest projektide hindamiskomisjon ei uskunud ei komeedi tuumale pihta saamise võimalusse ega olnud nad ka veendunud, et Phaethon on tõepoolest surnud komeet, mitte aga asteroid. Mehed olid aga visad ja kaks aastat hiljem esitasid nad M. A’Hearni juhtimisel uue taolise ettepaneku. Sihtmärgiks oli nüüd valitud aktiivne komeet Tempel 1 ning selle tuumaga kokkupõrkavale moodulile oli lisatud peenjuhtimise süsteem. See veenis komisjoni, projekt võetigi vastu ning 1999. aastal asuti seda ellu viima.

Ettevalmistuste tulemusena startis 12. jaanuaril 2005 kanderaketiga Delta II nime Deep Impact saanud automaatjaam, reisisihiks – nagu pakutudki – komeet Tempel 1. Deep Impact tuletab muidugi meelde 1998. aastal valminud ja meilgi nähtud Hollywoodi mängufilmi, kuid nimede kokkulangemine olevat siiski juhuslik. Deep Impact kuulub NASA programmi Discovery, mille lipukirjaks on “kiiremini, paremini, odavamalt”. Kosmoseuurimise hindu arvestades on see tõesti odav, makstes vaid 330 miljonit dollarit. Selle programmi varasematest projektidest on kõige tuntum 1997. a Marsile maandunud Pathfinder koos temaga kaasas olnud iseliikuva Marsi-sõidukiga Sojourner.

Deep Impact – mitte ainult film

Deep Impact koosneb kahest moodulist. Neist ühe, meetrise läbimõõduga ning 372 kilogrammi kaaluva kokkupõrkemooduli (ingl impactor) eesmärk on tabada komeedi tuuma ja sellesse auk tekitada. Selleks on tema massi suurendatud kokku 113 kilogrammi vaskplaatidega. Oma sihtmärgi kindlamaks tabamiseks on ta varustatud navigatsioonisüsteemi ja mootoritega, puudub aga lõhkelaeng, kraatri tekitamiseks piisab täiesti komeedi tuumaga kokkupõrkamisest kiirusega 10,2 km/s, sest seejuures eralduv energia vastab 4,8 tonni lõhkeaine trotüüli plahvatusele. Masside tohutu erinevuse tõttu on põrke mõju Tempel 1 liikumisele enam kui tühine – komeedi kiirus muutub vaid 0,0001 mm/s, tema vähim kaugus Päikesest lüheneb 10 meetri ja tiirlemisperiood vähem kui sekundi võrra.

Teise, eelmisest suurema mooduli (möödalennumoodul, ingl flyby section) ülesanne on kokkupõrkemoodul komeedi lähedusse viia ja seejärel kraatrit ning selle moodustumisel eralduvat gaasi-tolmu pilve uurida. Selleks on tal kaks kaamerat, millest üks on suure (HRI – High Resolution Imager), teine aga keskmise lahutusvõimega (MRI – Medium Resolution Imager). Lisaks kuulub HRI koosseisu peale nähtava valguse kaamera ka infrapuna-spektromeeter, nende jaoks valgust koguv 30-sentimeetrise läbimõõduga peegliga teleskoop on suurim, mis seni Maa orbiidist kaugemale on saadetud. MRI-d kasutatakse põhiliselt Deep Impacti täpseks suunamiseks viimasel 10 päeval enne komeedi tuuma juurde jõudmist. MRI sõsarseade oli ka kokkupõrkemooduli pardal, ülesandeks teha enne purunemist suurima lahutusvõimega pildid komeedi tuumast, mis eales kunagi on saadud.

Kokkupõrke sihtmärk, komeet Tempel 1, ei sattunud sellesse rolli sugugi juhuslikult, ta oli lennu toimumise ajal võimalikest valikutest parim. Mõnel teisel ajal oleks ka valik tõenäoliselt teine olnud.

Esiteks oli see komeet kokkupõrke ajal Maale piisavalt lähedal, et väljalendavat ainet ka maiste teleskoopidega uurida. Tekkinud kraatrit näeb muidugi vaid Deep Impact üksinda. Teiseks pöörleb Tempel 1 tuum suhteliselt aeglaselt, tehes täispöörde ümber oma telje enam kui 24 tunniga ja seega polnud karta, et vastselt tekkinud kraater vaatluseks jääva napi 14 minuti jooksul silmapiiri taha ära kaoks. Samuti on tema tuuma ümbritsev gaasi ja tolmu pilv (nn kooma) võrdlemisi hõre, mis vähendab kokkupõrke ohtu osakestega ja millest tekkinud kraater paremini läbi paistab.

Tempel 1 on veel selle poolest huvitav komeet, et oli vahepeal kadunud, kuigi Deep Impacti sihtmärgiks valimise seisukohast polnud sellel muidugi mingit tähtsust. Avastati ta 1867. aastal Marseille’s Ernst Wilhelm Leberecht Tempel’i (1821–1889) poolt ja tema tiirlemisperiood ümber Päikese oli siis 5,74 aastat. Tempel 1 vaadeldi ka veel tema järgmistel külaskäikudel 1873. ja 1879. aastal, kuid 1881. aastal toimunud lähenemine Jupiterile muutis Tempel 1 orbiiti sedavõrd, et teda ei suudetudki enam üles otsida. Nagu nüüd on arvutuste põhjal leitud, järgnesid sellele aastatel 1941 ja 1953 uued möödumised Jupiteri lähedalt, mis olukorda veelgi segasemaks ajasid. Alles aastal 1967 õnnestus teha ettearvutatud asukoha ligidal asunud Tempel 1-st üks foto ja alates 1972. aastast on teda kõigil lähenemistel vaadeldud. Tempel 1 tiirlemisperiood on praegu 5,5 aastat ning tema orbiit jääb Marsi ja Jupiteri vahele.

Komeedil auk sees

Ettenähtud ajal, 4. juulil 2005 kell 8.52 rammiski päev varem automaatjaamast Deep Impact eraldunud moodul komeedi Tempel 1 tuuma ja tekitas sellesse kraatri. Kokkupõrkel tekkinud pilv laienes umbes kiirusega 5 km/s. Selle esialgne analüüs näitas, et komeedi tuuma pinnakihis on oodatust tunduvalt rohkem tolmu kui jääd, seejuures on tolm peen, sarnanedes uurijate sõnul rohkem talgiga kui rannaliivaga. Heleduse kasvu andis põhiliselt päikesevalguse hajumine eraldunud tolmupilves, veeauru ja teiste gaaside kiirgus jäi õige kesiseks. Arvatakse, et tõenäoliselt ei suutnud kokkupõrge pindmisest kihist üldse läbi tungidagi.Tekkinud kraatri mõõtmeid pole teatatud, on vaid vihjatud, et need jäävad eelneva hinnangu, 50–100 meetrit, ülempiiri lähedusse. Tempel 1 tuum ise leiti olevat 5 km lai ja 7 km pikk.

Enne tuumaga kokkupõrkamist tabasid Deep Impactist eraldunud moodulit kaks korda tolmuosakesed ja kallutasid teda hetkeks, kuid mooduli orientatsioonisüsteem taastas õige asendi.

Kokku tegid tuumast umbes 500 kilomeetri kauguselt möödunud Deep Impacti ja temast eraldunud kokkupõrkemooduli kaamerad ligikaudu 4500 pilti, neist parima lahutusvõime ületab varasemaid komeetide tuuma fotosid ligi kümme korda. Sellel 3,7 sekundit enne kokkupõrget tehtud fotol on näha umbes 4-meetrise läbimõõduga objektid.

Kokkupõrkele järgnenud Tempel 1 heledamaks muutumist nägid Maalt peale professionaalide ka mitmed amatöörastronoomid, kahjuks oli see vaadeldav ainult Vaikse ookeani kandis. Komeedi tuumaosa heleduse kasvuks hinnati ligi kaks tähesuurust. Maa ümber tiirlev röntgenobservatoorium Chandra vaatles kokkupõrget koguni röntgenikiirguses.

21. juulil käivitati orbiidi muutmiseks korraks jälle Deep Impacti mootorid, mille tulemusel lendab ta 31. detsembril 2007 Maa lähedalt mööda. Kuhu Deep Impact seejärel suunata, selle kohta ootab NASA jätkuvalt ettepanekuid. Valik on teie.

Juba 1950. aastal jõudis silmapaistev Ameerika astronoom Fred Whipple (1906–2004) järeldusele, et komeedi tuum koosneb jää ja tolmu segust. Tuntuks sai selline komeedi tuuma mudel “porise lumepalli” nime all. Nüüd paistavad Deep Impacti (praegu küll veel esialgsed) uurimistulemused kinnitavat juba veidi varem tekkinud arvamust, et tegemist on hoopis “jäise poripalliga”!