I september 2015, ett team av astronomer från National Astronomical Observatory of Japan, Michigans universitet, Kyoto Sangyo University, Rikkyo University och University of Tokyo har framgångsrikt observerat hela vätekomet från kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, med LAICA-teleskopet ombord på rymdfarkosten PROCYON. De lyckades också få fram den absoluta hastigheten för vattenutsläpp från kometen.

Denna komet var målet för ESA:s Rosetta-uppdrag 2015. Eftersom rymdfarkosten Rosetta faktiskt befann sig i kometkoma, den kunde inte observera den övergripande komastrukturen. Det var dåliga observationsförhållanden under den tid som kometen kunde observeras från jorden, så genom våra observationer, vi kunde testa komamodellerna för kometen för första gången.

Kometobservation av rymdfarkosten PROCYON hade inte planerats i den ursprungliga uppdragsplanen. Tack vare ansträngningarna från rymdfarkosterna och teleskopoperationsteamen, observationer gjordes kort efter att vi började diskutera möjligheten, ger resultat av stor vetenskaplig betydelse.

Detta resultat är den första vetenskapliga bedriften av en mikrofarkost för utforskning av rymden. Dessutom, detta ger ett idealiskt exempel där observationer från ett lågkostnadsuppdrag (t.ex. PROCYON-uppdraget) stödjer exakta observationer av ett stort uppdrag (t.ex. Rosetta-uppdraget). Vi hoppas att detta kommer att bli ett modellfall för observationer av mikrofarkoster till stöd för stora uppdrag.

Rosetta-uppdraget och dess gränser

Uppenbarelsen (utseendet) 2015 av kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko var ett mål för ESA:s Rosetta-uppdrag. I Rosetta-uppdraget, exakta observationer av kometen utfördes från nära kärnans yta i mer än två år inklusive när kometen passerade perihelion (närmaste inflygning till solen) den 13 augusti, 2015. Däremot observation av hela koma var svårt eftersom rymdfarkosten Rosetta var belägen i kometkoma.

För att extrapolera från Rosettas observationer av specifika områden och uppskatta den totala mängden vatten som frigörs av kometen per sekund (vattenproduktionshastighet), vi behöver en modell för koma. Men vattenproduktionshastigheten beror starkt på vilken komamodell vi använder. För att testa koma-modellerna, vi måste jämföra den absoluta vattenproduktionshastigheten härledd från hela komaobservationer med förutsägelser baserade på Rosettas resultat och de olika komamodellerna. Därför, det var användbart att observera hela koma från längre bort från kometen med en annan satellit.

Konventionellt, SWAN-teleskopet ombord på rymdfarkosten SOHO har ofta använts för att observera sådana mål. Tyvärr, kometen flyttade till en region där det finns många stjärnor bakom den, och på grund av SWAN-teleskopets låga rumsliga upplösning kunde det inte skilja kometen från bakgrundsstjärnorna.

Våra observationer med rymdfarkosten PROCYON

PROCYON är den minsta rymdfarkosten för djupa rymdutforskning, med en vikt på ~65 kg, utvecklat av University of Tokyo och andra. LAICA, som observerade kometen, är ett teleskop som kan observera utsläpp från väteatomer och dess utveckling leddes av Rikkyo University. Huvudsyftet med LAICA-teleskopet var brett synfältsavbildningsobservationer från djup rymden av den fullständiga vyn av den 42 år gamla geokoronan och geosvansen (ett lager av vätgas som expanderar bort från jorden) som blivit över från Apollo 16 1972. Trots sin ringa storlek, LAICA -teleskopet har hög rumslig upplösning (mer än 10 gånger SWAN -teleskopets), så LAICA -teleskopet kunde skilja kometen från bakgrundsstjärnorna. Rymdfarkosten PROCYON lanserades tillsammans med rymdfarkosten Hayabusa2 i december 2014.

De flesta av väteatomerna i en kometkoma bildas från vattenmolekyler som stöts ut från kometkärnan som sedan bryts isär av solens UV-strålning (fotodissociation). Genom att använda komamodeller baserade på dessa mekanismer, vi kan uppskatta vattenutsläppshastigheten från en ljushetskarta över väteatomerna.

Eftersom vatten är den vanligaste molekylen i kometisk is, det är viktigt för att förstå inte bara nivån på kometaktivitet utan också för att förstå processen genom vilken molekyler införlivades i kometer när de bildades i det tidiga solsystemet.

Vi utförde avbildningsobservationer av kometens hela vätekoma och härledde de absoluta vattenproduktionshastigheterna nära perihelen 2015. Baserat på våra resultat, vi skulle kunna testa komamodellerna för kometen. I kombination med Rosettas resultat, såsom vattenproduktionshastigheter på olika avstånd från solen och kemisk sammansättning, vi kunde exakt uppskatta den totala utskjutna massan av kometen under uppenbarelsen 2015.

Berättelsen om observationerna av kometen med LAICA-teleskopet och framtida implikationer Även om observationer av kometen inte var planerade i den ursprungliga uppdragsplanen för rymdfarkosten PROCYON, diskussion om möjligheten till kometobservationer startade efter slutet av geokolonaobservationer i maj 2015. Generellt sett en komet rör sig genom solsystemet på kort tid, så observationsförhållandena (som riktning och ljusstyrka) från rymdfarkosten förändras dag för dag. Vi kunde genomföra observationerna av 67P/C-G och fick vetenskapligt signifikanta resultat på kort tid tack vare LAICA-teleskopets breda synfält och höga rumsliga upplösning, pekkontrollprestandan för PROCYON-satelliten, och det hårda arbetet från ledningsgrupperna för satelliten och teleskopet.

Detta resultat är den första vetenskapliga bedriften av en mikrofarkost för utforskning av rymden. Runt världen, planerna fortskrider för fler mikrofarkoster som denna. Dessutom, detta resultat är ett idealiskt exempel på ett lågkostnadsuppdrag som stöder viktiga delar som inte kan genomföras i ett stort uppdrag. Vi hoppas att detta resultat kommer att bli ett modellfall för observationer av mikrofarkoster till stöd för stora uppdrag i framtiden.