La sonda PROCYON e la cometa 67P/Churumov-Gerasiment (Immagine concettuale). Credito:NAOJ/ESA/Go Miyazaki
A settembre 2015, un team di astronomi dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, Università del Michigan, Università di Kyoto Sangyo, La Rikkyo University e l'Università di Tokyo hanno osservato con successo l'intero coma di idrogeno della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, utilizzando il telescopio LAICA a bordo della navicella PROCYON. Sono anche riusciti a ottenere il tasso assoluto di scarico dell'acqua dalla cometa.
Questa cometa era l'obiettivo della missione Rosetta dell'ESA nel 2015. Poiché la navicella spaziale Rosetta si trovava effettivamente all'interno del coma cometario, non poteva osservare la struttura complessiva del coma. C'erano cattive condizioni di osservazione durante il periodo in cui la cometa poteva essere osservata dalla Terra, quindi attraverso le nostre osservazioni, siamo stati in grado di testare per la prima volta i modelli di coma per la cometa.
L'osservazione della cometa da parte della sonda PROCYON non era stata programmata nel piano di missione originale. Grazie agli sforzi dei team operativi di veicoli spaziali e telescopi, osservazioni sono state condotte poco dopo aver iniziato a discutere la possibilità, producendo risultati di grande importanza scientifica.
Questo risultato è il primo risultato scientifico di una micro navicella spaziale per l'esplorazione dello spazio profondo. Inoltre, questo fornisce un esempio ideale in cui le osservazioni di una missione a basso costo (ad es. la missione PROCYON) supportano osservazioni precise da una grande missione (ad es. la missione Rosetta). Speriamo che questo diventi un caso modello per le osservazioni di micro veicoli spaziali a supporto di grandi missioni.
Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko su Tokyo (visualizzazione). La dimensione della cometa è approssimativamente uguale alla distanza tra la stazione di Tokyo e Asakusa. Credito:NAOJ/ESA/Google Earth
La mission di Rosetta e i suoi limiti
L'apparizione (apparizione) del 2015 della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko è stata un obiettivo della missione Rosetta dell'ESA. Nella missione Rosetta, osservazioni precise della cometa sono state effettuate da vicino alla superficie del nucleo per più di due anni, incluso quando la cometa ha superato il perielio (avvicinamento più vicino al Sole) il 13 agosto, 2015. Tuttavia, l'osservazione dell'intero coma era difficile perché la navicella spaziale Rosetta si trovava nel coma cometario.
Per estrapolare dalle osservazioni di Rosetta di aree specifiche e stimare la quantità totale di acqua rilasciata dalla cometa al secondo (tasso di produzione di acqua), abbiamo bisogno di un modello per il coma. Ma il tasso di produzione di acqua dipende fortemente dal modello di coma che usiamo. Per testare i modelli di coma, dobbiamo confrontare il tasso assoluto di produzione di acqua derivato dalle osservazioni del coma intero con le previsioni basate sui risultati di Rosetta e sui vari modelli di coma. Perciò, è stato utile osservare l'intero coma da più lontano dalla cometa con un altro satellite.
Convenzionalmente, il telescopio SWAN a bordo della navicella spaziale SOHO è stato spesso utilizzato per osservare tali obiettivi. Sfortunatamente, la cometa si è spostata in una regione dove ci sono molte stelle dietro di essa, ea causa della bassa risoluzione spaziale del telescopio SWAN non è riuscito a distinguere la cometa dalle stelle di fondo.
Immagine elaborata e ritagliata dell'idrogeno-Lyα della cometa 67P/C-G in unità di Rayleigh (pannello superiore) scattata dal telescopio LAICA il 13 settembre, 2015, UT, e l'aspetto del coma dell'idrogeno previsto da un modello assi-simmetrico bidimensionale del coma dell'idrogeno atomico (pannello inferiore). La freccia tratteggiata gialla nel pannello inferiore indica la direzione del sole al momento dell'osservazione. Attestazione:NAOJ
Le nostre osservazioni con la navicella PROCYON
PROCYON è la più piccola navicella spaziale per l'esplorazione dello spazio profondo, con un peso di ~65 kg, sviluppato dall'Università di Tokyo e altri. LAICA, che osservò la cometa, è un telescopio in grado di osservare le emissioni degli atomi di idrogeno e il suo sviluppo è stato guidato dalla Rikkyo University. L'obiettivo principale del telescopio LAICA erano le osservazioni di immagini ad ampio campo visivo dallo spazio profondo della vista completa della geocorona di 42 anni e della geotail (uno strato di gas idrogeno che si espande lontano dalla Terra) lasciata dall'Apollo 16 nel 1972. Nonostante le sue piccole dimensioni, il telescopio LAICA ha un'elevata risoluzione spaziale (più di 10 volte quella del telescopio SWAN), così il telescopio LAICA ha potuto distinguere la cometa dalle stelle di fondo. La navicella spaziale PROCYON è stata lanciata insieme alla navicella spaziale Hayabusa2 nel dicembre 2014.
La maggior parte degli atomi di idrogeno in un coma cometario si forma da molecole d'acqua espulse dal nucleo della cometa che vengono poi spezzate dalla radiazione solare UV (foto-dissociazione). Utilizzando modelli di coma basati su questi meccanismi, possiamo stimare la velocità di rilascio dell'acqua da una mappa di luminosità degli atomi di idrogeno.
Poiché l'acqua è la molecola più abbondante nel ghiaccio cometario, è importante per comprendere non solo il livello di attività cometaria, ma anche per comprendere il processo mediante il quale le molecole sono state incorporate nelle comete quando si sono formate nel primo Sistema Solare.
Diagramma delle evoluzioni dei tassi di produzione di acqua stimati utilizzando misurazioni in situ dagli strumenti Rosetta e diversi modelli di coma. Possiamo testare questi modelli di coma confrontandoli con i tassi di rilascio di acqua assoluti derivati dalle nostre osservazioni dell'intero coma. Credito:Istituti Nazionali di Scienze Naturali
Abbiamo eseguito osservazioni di imaging dell'intero coma di idrogeno della cometa e derivato i tassi di produzione assoluta di acqua vicino al perielio nel 2015. Sulla base dei nostri risultati, potremmo testare i modelli del coma per la cometa. In combinazione con i risultati di Rosetta, come i tassi di produzione dell'acqua a diverse distanze dal Sole e la composizione chimica, potremmo stimare con precisione la massa totale espulsa della cometa nell'apparizione del 2015.
Storia delle osservazioni della cometa dal telescopio LAICA e implicazioni future Sebbene le osservazioni della cometa non fossero previste nel piano di missione originale della sonda PROCYON, la discussione sulla possibilità di osservazioni della cometa è iniziata dopo la fine delle osservazioni della geocolona nel maggio 2015. In generale, una cometa attraversa il Sistema Solare in un breve periodo, quindi le condizioni di osservazione (come la direzione e la luminosità) dall'astronave cambiano di giorno in giorno. Siamo stati in grado di condurre le osservazioni del 67P/C-G e di ottenere risultati scientificamente significativi in un breve lasso di tempo grazie all'ampio campo visivo e all'elevata risoluzione spaziale del telescopio LAICA, le prestazioni di controllo del puntamento del satellite PROCYON, e il duro lavoro dei team di gestione del satellite e del telescopio.
Questo risultato è il primo risultato scientifico di una micro navicella spaziale per l'esplorazione dello spazio profondo. Intorno al mondo, i piani stanno progredendo per più micro veicoli spaziali come questo. Inoltre, questo risultato è un esempio ideale di una missione a basso costo che supporta parti importanti che non possono essere implementate in una missione di grandi dimensioni. Speriamo che questo risultato diventi un caso modello per le osservazioni di micro veicoli spaziali a supporto di grandi missioni in futuro.
