In september 2015 een team van astronomen van de National Astronomical Observatory of Japan, Universiteit van Michigan, Kyoto Sangyo-universiteit, Rikkyo University en de University of Tokyo hebben met succes het volledige waterstofcoma van de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko waargenomen, met behulp van de LAICA-telescoop aan boord van het PROCYON-ruimtevaartuig. Ze slaagden er ook in om de absolute snelheid van de waterafvoer van de komeet te bepalen.

Deze komeet was het doelwit van ESA's Rosetta-missie in 2015. Omdat het Rosetta-ruimtevaartuig zich eigenlijk in de komeetcoma bevond, het kon de algehele comastructuur niet waarnemen. Er waren slechte waarnemingsomstandigheden gedurende de tijd dat de komeet vanaf de aarde kon worden waargenomen, dus door onze waarnemingen, we hebben voor het eerst de comamodellen voor de komeet kunnen testen.

Komeetobservatie door het PROCYON-ruimtevaartuig was niet gepland in het oorspronkelijke missieplan. Dankzij de inspanningen van de operatieteams van ruimtevaartuigen en telescopen, observaties werden uitgevoerd kort nadat we begonnen met het bespreken van de mogelijkheid, resultaten van groot wetenschappelijk belang opleveren.

Dit resultaat is de eerste wetenschappelijke prestatie van een micro-ruimtevaartuig voor verkenning van de diepe ruimte. Bovendien, dit is een ideaal voorbeeld waar waarnemingen door een goedkope missie (bijv. de PROCYON-missie) nauwkeurige observaties ondersteunen door een grote missie (bijv. de Rosetta-missie). We hopen dat dit een modelcase wordt voor observaties van micro-ruimtevaartuigen ter ondersteuning van grote missies.

De Rosetta-missie en haar grenzen

De verschijning (verschijning) van de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko in 2015 was een doelwit van ESA's Rosetta-missie. In de Rosetta-missie, nauwkeurige waarnemingen van de komeet werden uitgevoerd van dicht bij het oppervlak van de kern gedurende meer dan twee jaar, ook toen de komeet op 13 augustus het perihelium passeerde (de dichtste nadering tot de zon), 2015. Echter, observatie van de hele coma was moeilijk omdat het Rosetta-ruimtevaartuig zich in de komeetcoma bevond.

Om te extrapoleren uit Rosetta's waarnemingen van specifieke gebieden en de totale hoeveelheid water te schatten die door de komeet per seconde vrijkomt (waterproductiesnelheid), we hebben een model nodig voor de coma. Maar de waterproductiesnelheid is sterk afhankelijk van het comamodel dat we gebruiken. Om de comamodellen te testen, we moeten de absolute waterproductiesnelheid, afgeleid van volledige coma-waarnemingen, vergelijken met voorspellingen op basis van Rosetta's resultaten en de verschillende comamodellen. Daarom, het was nuttig om de hele coma van verder weg van de komeet met een andere satelliet te observeren.

conventioneel, de SWAN-telescoop aan boord van het SOHO-ruimtevaartuig is vaak gebruikt om dergelijke doelen te observeren. Helaas, de komeet verhuisde naar een gebied waar zich veel sterren bevinden, en vanwege de lage ruimtelijke resolutie van de SWAN-telescoop kon hij de komeet niet onderscheiden van de achtergrondsterren.

Onze waarnemingen met het PROCYON-ruimtevaartuig

PROCYON is het kleinste ruimtevaartuig voor diepe ruimteverkenning, met een gewicht van ~65 kg, ontwikkeld door de Universiteit van Tokyo en anderen. LAICA, die de komeet observeerde, is een telescoop die emissies van waterstofatomen kan waarnemen en de ontwikkeling ervan werd geleid door Rikkyo University. Het hoofddoel van de LAICA-telescoop was breedbeeld-beeldvormingsobservaties vanuit de verre ruimte van het volledige zicht op de 42 jaar oude geocorona en geostaart (een laag waterstofgas die zich uitbreidt van de aarde) overgebleven van Apollo 16 in 1972. Ondanks zijn kleine formaat, de LAICA-telescoop heeft een hoge ruimtelijke resolutie (meer dan 10 keer die van de SWAN-telescoop), zodat de LAICA-telescoop de komeet kon onderscheiden van de achtergrondsterren. Het PROCYON-ruimtevaartuig werd in december 2014 samen met het Hayabusa2-ruimtevaartuig gelanceerd.

De meeste waterstofatomen in een komeetcomavorm van watermoleculen die worden uitgestoten uit de komeetkern, die vervolgens uiteenvallen door UV-straling van de zon (foto-dissociatie). Door gebruik te maken van op deze mechanismen gebaseerde comamodellen, we kunnen de waterafgiftesnelheid schatten op basis van een helderheidskaart van de waterstofatomen.

Omdat water het meest voorkomende molecuul is in kometenijs, het is belangrijk om niet alleen het niveau van kometenactiviteit te begrijpen, maar ook om het proces te begrijpen waarmee moleculen werden opgenomen in kometen zoals ze zich in het vroege zonnestelsel vormden.

We hebben beeldvormingsobservaties uitgevoerd van het volledige waterstofcoma van de komeet en hebben de absolute waterproductiesnelheden in de buurt van het perihelium in 2015 afgeleid. Op basis van onze resultaten, we kunnen de comamodellen voor de komeet testen. Gecombineerd met de resultaten van Rosetta, zoals waterproductiesnelheden op verschillende afstanden van de zon en chemische samenstelling, we konden de totale uitgestoten massa van de komeet in de verschijning van 2015 nauwkeurig schatten.

Verhaal van de waarnemingen van de komeet door de LAICA-telescoop en toekomstige implicaties Hoewel waarnemingen van de komeet niet waren gepland in het oorspronkelijke missieplan van het PROCYON-ruimtevaartuig, discussie over de mogelijkheid van komeetwaarnemingen begon na het einde van geocolona-waarnemingen in mei 2015. In het algemeen, een komeet beweegt in korte tijd door het zonnestelsel, dus de waarnemingsomstandigheden (zoals de richting en helderheid) van het ruimtevaartuig veranderen met de dag. We waren in staat om de waarnemingen van 67P/C-G uit te voeren en hebben in korte tijd wetenschappelijk significante resultaten verkregen dankzij het brede gezichtsveld en de hoge ruimtelijke resolutie van de LAICA-telescoop, de aanwijsprestaties van de PROCYON-satelliet, en het harde werk van de managementteams van de satelliet en telescoop.

Dit resultaat is de eerste wetenschappelijke prestatie van een micro-ruimtevaartuig voor verkenning van de diepe ruimte. Rond de wereld, er worden plannen gemaakt voor meer micro-ruimtevaartuigen zoals deze. Bovendien, dit resultaat is een ideaal voorbeeld van een goedkope missie die belangrijke onderdelen ondersteunt die niet kunnen worden geïmplementeerd in een grote missie. We hopen dat dit resultaat een modelcase zal worden voor observaties van micro-ruimtevaartuigen ter ondersteuning van grote missies in de toekomst.