Poprvé v dějinách kosmického výzkumu naše sonda jen neprolétla v krátkém okamžiku kolem komety (doslova jakési „mrazničky“ uchovávající prapůvodní materiál z dob vzniku naší sluneční soustavy), ale přímo zaparkovala na její oběžné dráze. Množství i detailní informace tohoto výzkumu budou bezprecedentní. A ty největší objevy nás ještě čekají.

Zvětšit obrázek

Určení hmotnosti komety 67P/C-G
Ač má Rosetta na palubě celou armádu přístrojů a zařízení pro podrobnou analýzu komety (na palubě jich je jedenáct, modul Philae nese přístrojů deset), i dráha sondy samotné slouží vědeckým týmům k určení některých vlastností 67P. Rosetta zatím stále udržuje triangulační dráhu, takže zhruba uprostřed každé strany trojuhelníku na ní kometa působí větší gravitační silou a tím ji jemně vychyluje z daného kurzu a mění její oběžnou rychlost. Tyto drobné rozdíly se projevují na změnách frekvence rádiového signálu sondy a slouží letovému týmu jako podkladová data pro výpočet hustoty a hmotnosti komety. Drobné odchylky rovněž pomáhají upřesnit charakteristiky oběžné dráhy Čurjumov-Gerasimenko kolem Slunce

Radiokomunikace mezi sondou a pozemní kontrolou
Systém pro komunikaci se sondou se jmenuje Radio Science Investigation (RSI). Může být buď jednosměrný (od sondy k pozemní kontrole): na palubě sondy vytváří nosný signál pravidelné pulzace velmi stabilního generátoru (Ultra-Stable Oscillator – USO), jenž je součástí palubního radiokomunikačního systému, takže díky drobným odchylkám a posuvům ve fázi nosného signálu může pozemní kontrola následnými přepočty získat spoustu důležitých informací. V případě obousměrné komunikace je signál nejdřív vyslán k sondě a od ní je retransmitován zpět na Zemi. V obou případech využívá pozemní obsluha jak pásmo S, tak pásmo X

Analýza signálu probíhá ve dvou úrovních: Jednak se měří tzv. nerozptýlené změny frekvenční délky, způsobené klasickým Dopplerovým efektem, zároveň musí vědci přihlédnout k posuvům rádiové frekvence z důvodu šíření signálu ionizovaným prostředím. Obojí ovlivňuje jak jeho sílu, tak i polarizaci. Pomocí přesného měření těchto drobných odchylek dostanou vědci detailní informace o pohybu sondy.
Systém RSI byl v minulosti úspěšně použit při určení hustoty a hmotnosti asteroidu Lutetia v době těsného průletu v roce 2010, a posloužil týmu ESA při měření sluneční koróny v roce 2006 a 2010, kdy se sonda Rosetta nacházela z našeho pohledu za Sluncem.

Zvětšit obrázek

Přehled satelitních frekvenčních pásem. Vyšší pásma mají výhodu většího vlnového rozsahu, ale zase jsou náchylná k atmosferickému rušení. Kredit: ESA

Frekvenční pásma pro komunikaci se sondou

Satelitní technologie a aplikace se dnes rozvíjejí horečným tempem. Široký rozsah komunikačních pásem je kromě monitorování satelitů využíván při výzkumu a předpovědi počasí, v astronomii, mapování, či vysílání a příjem multimedií všeho druhu.
Vyšší frekvence mají výhodu širšího vlnového pásma, ale můžou být náchylné k nepřízni počasí – dešťovým či sněhovým srážkám, které absorbují část záření těchto frekvencí. Na grafickém schématu můžete vidět stručný přehled frekvenčních pásem rozdělené podle mezinárodních norem IEEE a využívané v celé řadě aplikací. Pásmo pro satelitní komunikaci je zdůrazněno ve spodní řadě.

Pozemní letová kontrola pro komunikaci s Rosettou využívá jak pásmo S, tak pásmo X.
Pásmo S (vlnová délka 4-8 cm, frekvence 2-4 GHz)
Toto pásmo využívají třeba radary pro předpověď počasí a některé komunikační satelity, ale také NASA pro komunikaci s ISS a dříve s raketoplány. Díky kombinaci vlnové délky a frekvence je toto pásmo odolné vůči poklesu signálu v důsledku vnějších (atmosferických) vlivů. Na druhé straně je pro jejich příjem potřeba parabolických antén o větší velikosti (a tedy i výkonnější mechanizované montáži).
Pásmo X (vlnová délka 2,5-4 cm, frekvence 8-12 GHz)
Toto pásmo je využíváno především armádou. Některé jeho specifické vlnové délky používají jak civilní tak vojenské vládní instituce pro monitoring počasí, řízení letové a námořní dopravy. Toto pásmo je citlivější a tím i vhodnější pro detekci menších částic, například drobných vodních kapek rozptýlených v atmosféře.

Síť pozemních trackovacích stanic
ESA při sledování a komunikaci se sondou využívá především pozemní 35m anténu stanice v západoaustralském Perthu, dále pak trackovacího systému NASA Deep Space Network (DSN), který má stanice v Kalifornii, Španělsku a Austrálii. Díky zemské rotaci má každá ze stanic 8 -10 hodin čistého času souvislé komunikace, než cíl zmizí pod obzorem.

První odhady hmotnosti jádra
Měřením Dopplerova efektu získávají pracovníci pozemní kontroly rovněž důležitá data o kometě 67P, především o jádru a vnitřních vrstvách komy. Slouží k určení hmotnosti komety i její hustoty, koeficientů jejího gravitačního pole, setrvačnosti a rychlosti osové rotace, velikosti a tvaru jádra, ale rovněž šíření částic v komě, jejich velikosti, či množství plazmatu ve vnitřních vrstvách komy.
První podrobná měření provedl tým RSI v době od šestého do devátého srpna, kdy se sonda přiblížila ke kometě na vzdálenost přibližně 100 km. Monitoring signálu probíhal takřka 80 hodin a podle odhadů má kometa hmotnost 10^13 kg +/-10%. To nám dává deset bilionů kilogramů – chcete-li 10 miliard tun při předpokládané velikosti jádra přibližně 2,5 x 4 km.
Tým samozřejmě musí počítat s chybami způsobenými poměrně velkou vzdáleností Rosetty od jádra 67P. Oběžná vzdálenost se v těchto dnech pomalu mění z původních 100 km na padesát, takže můžeme očekávat přibližně dvakrát přesnější výsledky. Všechna měření týmu RSI jsou v dobré shodě s tím, co naměřil tým letové kontroly ESA, což je bezpochyby dobrá zpráva.

Přibližovací manévry sondy Rosetta
Nedávno se na blogu ESA objevila updatovaná animace manévrů sondy na oběžné dráze kolem komety 67P. Začíná zážehem z 6. srpna a končí manévry, které nastanou koncem října 2014. Po několik prvních týdnů bude letová kontrola udržovat původní triangulační oběžnou dráhu – po ní se sonda postupně přiblíží ke kometě až na 30 km. Každou středu a neděli dochází ke krátkým zážehům manipulačních trysek pro udržení orbitu a postupném navedení sondy na nižší oběžnou dráhu. Ve vzdálenosti přibližně 30 km od komety dojde ke změně dráhy na kruhovou. V tu dobu se rovněž změní globální mapování povrchu na detailní.

V následujícím výčtu se můžete seznámit s některými plánovanými povely (poslední z nich dosud nebyly potvrzeny letovou kontrolou).
Od 6.8. do 17.8. sonda obíhala kometu ve vzdálenosti přibližně 100 km. Nejblíže se kometě dostala Rosetta 11. srpna kolem 23.h SELČ, a to na vzdálenost 90 km.
17.8. v 11:00 SELČ začala série sestupných manévrů.
19.8. (09:00 SELČ) byla minimální vzdálenost od komety 79 km
20.8. provedla sonda další manévr, který ji přiblížil kometě 67P. V době zážehu byla ve vzdálenosti 92 km od jádra.
21.8. mezi čtvrtou a pátou hodinou ranní SELČ dělila kometu a sondu vzdálenost 79 km, 22.8. dosáhla Rosetta 60km hranici.
V neděli 24.8. proběhl další zážeh ve vzdálenosti 72 km od komety. Z 24.8. na 25.8. obě tělesa dělila vzdálenost přibližně 62 km.
Od 25.8. do 3.9. by měla vzdálenost postupně poklesnout na 52 – 53 km. Po třetím září by se Rosetta měla dostat na 30km oběžnou dráhu.

Výběr místa přistání pro modul Philae
Vypuštění modulu a jeho následné přistání na rozeklaném povrchu komety je dozajista zásadním bodem mise. Prakticky od počátku navedení Rosetty na 100km oběžnou dráhu začaly pracovat týmy odborníků na výběru potenciálního místa přistání. Za uplynulé dva týdny shromáždily předběžné údaje o deseti možných oblastech přistání, která byla představena skupině LSSG (viz dále) 20. srpna. Po celý víkend 24. – 25.8. probíhala intenzivní jednání, jejichž cílem bylo zredukovat tento počet na polovinu. Výsledky oznámila ESA toto pondělí (25.8.). V případě takovýchto (doslova historických) rozhodnutí vás zřejmě napadnou zásadní otázky: Kdo a jak rozhodoval? Vezměme si to popořadě.

Výběru místa přistání landeru Philae se účastnily desítky vědců napříč širokou škálou profesí. Hlavní slovo ve výběru místa má skupina odborníků pod názvem LSSG (Landing Site Selection Group – tedy doslova skupina pro výběr místa přistání). Největší zastoupení v této skupině mají letoví odborníci a vědci z centra pro přímé řízení modulu Philae SONC (Philae’s Science, Operations and Navigation Centre – volně přeloženo tým vědeckých a operačních prací a navigace modulu), dále obsluha modulu Lander Control Centre (LCC), stejně jako vědci kteří se účastnili vývoje měřících přístrojů na palubě Philae. Vše zaštiťuje tým letové kontroly sondy Rosetta.

Při rozhodování o výběru místa přistání landeru Philae se braly v potaz hlavně dva faktory. Prvním bylo bezpečné dosednutí do vhodného terénu, druhým vědecký přínos konkrétního místa. A prim hrál samozřejmě faktor první, ať už by byl okolní terén z hlediska vesmírného výzkumu jakkoli (ne)zajímavý.

Zvětšit obrázek

Neuvěřitelně plastický a rozeklaný povrch komety 67P. Záběry pořídilo zařízení OSIRIS za použití kamerové vložky NAC (užší zorné pole) 7. srpna 2014. V té době se sonda nacházela 104 km od komety. V pravé části snímku je výběr některých míst pro přistání modulu Philae. Kredit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA/
Enhanced processing Marco Di Lorenzo/Ken Kremer

Bylo potřeba brát v potaz hodně faktorů: Jakou rychlostí uvolnit přistávací modul, jakou optimální dráhu vybrat, ale zároveň i promyslet celý proces uvolnění modulu až po jeho přistání (určit celkovou dobu trvání), světelné podmínky v průběhu přistání, albedo (množství odraženého slunečního světla), ale třeba i úhel a vzdálenost modulu a mateřské sondy. Důležitá je rovněž vzdálenost od Slunce, která se každým dnem mění a hraje zásadní roli v odpařování látek pod povrchem (v důsledku sublimace). Ta by mohla narušit bezpečné přistání modulu. Takže nemůžeme čekat moc dlouho. Shrnuto jednou větou: celá přistávací mise je tak trochu boj s časem.
Dalším důležitým faktorem pro výběr přistání byl výběr optimální lokality – sklon a převýšení terénu (topografie povrchu). Modul je sice vybaven dvěma harpunami, které budou vystřeleny v průběhu dosednutí, a každá z jeho tří přistávacích noh je vybavena speciálními vrtáky, které mají fixovat pozici landeru při přistání, ale jakýkoli větší balvan, či naopak prohlubeň na povrchu by mohly ohrozit průběh přistání.

Pro bezpečný průběh přistání chce operační tým provést tento manévr za „kometárního dne“, tzn. v době, kdy bude finální lokalita osvětlena slunečním světlem. Tím se dostáváme k další důležité podmínce dlouhodobého úspěšného fungování modulu a jeho palubních přístrojů: Je potřeba najít oblast, kde dochází k přirozenému střídání světla a tmy. Nemůže jít o oblast nacházející se v trvalém stínu, neboť přístroje roveru jsou napájeny solárními panely, zároveň by nemělo jít o oblast trvale vystavenou slunečnímu záření, protože by hrozilo přehřátí modulu a jeho vědeckého vybavení. Rotační perioda komety činí něco kolem 12,4 h, takže ideální oblast pro výběr místa přistání by se měla nacházet poblíž rovníku tělesa, kde dochází k periodickému střídání světla a tmy v přibližně šestihodinovém rozmezí. To pomůže zajistit pravidelné nabíjení solárních panelů a zároveň dobíjení akumulátorů v době, kdy je modul v oblasti slunečního stínu (tedy tamní noci).

Zvětšit obrázek

Pět míst pro přistání landeru Philae vyznačených na snímku OSIRIS NAC z 16.8. a vzdálenosti 100km Kredit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Dalším důležitým faktorem při výběru místa přistání je rovněž provedení experimentu CONSERT, který vyžaduje oboustrannou rádiovou komunikaci mezi přistávacím modulem a sondou v době, kdy je odděluje samotné tělo komety. Jde totiž o další důležitý vědecký projekt, který by nám měl napovědět něco o vnitřní struktuře jádra 67P.
Při výběru místa přistání se vědecké a technické týmy opírají o pozorovací data kamery NavCam a OSIRIS, dále pak o měření detektorů MIRO, VIRTIS, ALICE, GIADA a ROSINA. Kromě detailních snímkování povrchu jsou vyhodnocována data ohledně tvaru a topografie komety, zpřesnění rotační periody a intenzity gravitačního působení, povrchové teploty, sledování místních výronů plynu a hustoty a rychlosti částic na povrchu jádra.

Důležitá jednání uplynulého víkendu a pondělní oznámení výsledků
Výběr místa a času přistání je evidentně velkým oříškem pro všechny zúčastněné týmy. Po dlouhých debatách ohledně ideálního času přistání (a tím i vzdálenosti komety od Slunce), bylo samotné přistání modulu Philae naplánováno na polovinu listopadu, kdy se kometa bude nacházet ve vzdálenosti tří astronomických jednotek od naší mateřské hvězdy (3AU – trojnásobná vzdálenost Země – Slunce). V současné době je 67P 522 milionů km od Slunce, největšího přiblížení dosáhne 13. srpna 2015. Oblast perihelia bude od Slunce vzdálena 185 mil. km. Modelaci podmínek pro přistání provedly operační týmy od ledna do května letošního roku. Až teď ale všechny teoretické modely prověří reálná situace.

Na klasické snímky komety (především navigační kamerou, ale i zařízením OSIRIS) jsme si za poslední dva týdny už zvykli. Pomáhají týmu letové kontroly při určení velikosti 67P, oběžné rychlosti sondy a tím při určení intenzity gravitačního působení komety. Podrobná měření přístrojů MIRO a VIRTIS pomohou při odhadu povrchové teploty až v tříměsíčním předstihu. Pomocí měření přístrojů MIRO, VIRTIS, ROSINA a ALICE bude stanoven tlak a hustota plynu na povrchu kometárního jádra. To umožní zvolit optimální podmínky a ideální dráhu pro přistání modulu Philae.

Díky náročnému a členitému terénu byla při víkendových jednáních vyřazena polovina z deseti původně vybraných míst. Ta byla hned při původní selekci označena písmeny latinky (přidělení písmen neznamenalo prioritu některých míst nad jinými z hlediska vhodnějších podmínek, spíše šlo o důsledek chronologie výběru). Tři plánované oblasti přistání, které prošly do užšího výběru – B, I a J se nachází na menším ze dvou charakteristických topologických výčnělků komety Čurjumov-Gerasimenko (jakýchsi hemisfér), a dvě z nich (A a C) na větším. Zde je vhodné vzpomenout záhadu, která zatím obestírá celkový tvar a povahu 67/P. Jde o dvě tělesa spojená při kolizi o nízké vzájemné rychlosti, nebo jde o kompaktní těleso narušené v geologické historii intenzivní erozí? I na tyto otázky bychom se měli snad brzy dočkat odpovědí.

Zvětšit obrázek

Zdroj obrázku: esa.int

Lokace A
Jde o vědecky zajímavý terén na větším z výčnělků, ale s dobrým výhledem na menší. Středová oblast mezi oběma hemisférami bude zřejmě v budoucnu zdrojem prachoplynových výronů. V průběhu příštích týdnů bude nutno snímkovat tuto oblast ve větším rozlišení, aby nehrozilo nebezpečí přistání do příliš členitého terénu. Dalším podrobným výzkumem se bude rovněž zjišťovat intenzita osvětlení povrchu tohoto místa.

Zvětšit obrázek

Zdroj obrázku: esa.int

Lokace B
Ta se nachází uprostřed sníženého terénu, možná starého kráteru na menším z obou výčnělků. Relativně plochý povrch může být vhodný pro bezpečné dosednutí modulu, ale světelné podmínky této části nemusí být vhodné pro pravidelný režim vědeckých přístrojů. Stejně jako v případě první oblasti bude toto místo intenzivně zkoumáno v budoucnu.

Zvětšit obrázek

Zdroj obrázku: esa.int

Lokace C
Leží na větším výběžku a vyznačuje se členitým a zajímavým terénem, kde místy vidíme světlejší místa v prohlubních, která sousedí s hladkými pláněmi, ale i se strmějšími srázy. Oblast je dobře osvětlena, což by byla výhoda při plánování dlouhodobějších pozorování a pokusů palubních přístrojů Philae.

Zvětšit obrázek

Zdroj obrázku: esa.int

Lokace I
Tvoří ji vcelku rovný terén menšího ze dvou výběžků komety, kde by se na povrchu mohl nacházet geologicky novější materiál. Bude rovněž předmětem budoucího přesnějšího snímkování, neboť její osvětlení vyhovuje podmínkám dlohodobějšího výzkumu.

Zvětšit obrázek

Zdroj obrázku: esa.int

Lokace J
Je podobná předchozí lokaci I, nachází se rovněž na menším výčnělku komety a poskytuje dobré terénní podmínky stejně jako osvětlení. Na rozdíl od lokace I nabízí lepší podmínky pro výše zmiňovaný experiment CONSERT. Jeho terasovitá struktura a přítomnost větších balvanů budou rovněž předmětem výzkumu v příštích dnech a týdnech.
Dalším důležitým krokem v tomto napínavém boji s časem bude komplexní analýza všech pěti oblastí, stejně jako možných přistávacích manévrů a výběr ideální dráhy modulu. Zanedlouho se bude Rosetta nacházet na 50km oběžné dráze, proto budou mít týmy detailnější vizuální i naměřená data.

Kolem 14. září bude vyhodnoceno pořadí těchto pěti oblastí. Výsledkem bude výběr jednoho primárního místa přistání a jedné „záložní“ oblasti. V tom čase bude Rosetta na 20 – 30km oběžné dráze, což ještě zpřesní kvalitu snímaných dat, která je nutná pro další rozhodování. Za pomoci detailního snímkování se budou vytvářet podrobné mapy terénu, rozmístění a velikost povrchových nerovností, balvanů, výčnělků a srázů primárního i sekundárního možného místa přistání.
Jako den přistání byl vybrán 11. listopad 2014, rozhodnutí mezi hlavní a záložní oblastí bychom se měli dozvědět 12. října. Máme se opravdu na co těšit.

Poznámka:  Základní informace o misi Rosseta zde.

Zdroje informací:
http://blogs.esa.int/
http://sci.esa.int/
http://www.esa.int/
http://sci.esa.int/
http://blogs.esa.int/
http://blogs.esa.int/
http://www.universetoday.com/
http://www.esa.int/
http://sci.esa.int/
http://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/08/Rosetta_arrives_at_comet
http://blogs.esa.int/rosetta/2014/08/13/giada-touches-the-comet/
http://www.universetoday.com/113777/coma-dust-collection-science-starts-for-rosetta-at-comet-67pchuryumov-gerasimenko/
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/08/Philae_candidate_landing_sites
http://www.esa.int/Our_Activities/Telecommunications_Integrated_Applications/Satellite_frequency_bands
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/08/Comet_on_21_August_2014_-_NavCam
http://www.universetoday.com/113777/coma-dust-collection-science-starts-for-rosetta-at-comet-67pchuryumov-gerasimenko/
http://www.universetoday.com/113937/rosetta-moving-closer-to-comet-67p-hunting-for-philae-landing-site/