ESA:s Solar Orbiter kommer att passera genom svansarna på kometen ATLAS under de närmaste dagarna. Även om den nyligen uppskjutna rymdfarkosten inte skulle ta vetenskapsdata vid denna tidpunkt, uppdragsexperter har arbetat för att de fyra mest relevanta instrumenten ska vara påslagna under det unika mötet.

Solar Orbiter lanserades den 10 februari 2020. Sedan dess har och med undantag för en kort avstängning på grund av coronavirus-pandemin, forskare och ingenjörer har genomfört en serie tester och inställningsrutiner som kallas för driftsättning.

Slutdatumet för denna fas sattes till den 15 juni, så att rymdfarkosten kunde vara fullt fungerande för sin första närgång av solen, eller perihelion, i mitten av juni. Dock, upptäckten av det tillfälliga mötet med kometen gjorde saker och ting mer brådskande.

Att oavsiktligt flyga genom en komets svans är en sällsynt händelse för ett rymduppdrag, något forskare vet har hänt bara sex gånger tidigare för uppdrag som inte specifikt jagade kometer. Alla sådana möten har upptäckts i rymdfarkostens data efter händelsen. Solar Orbiters kommande korsning är den första som förutspås i förväg.

Det märktes av Geraint Jones från UCL Mullard Space Science Laboratory, STORBRITANNIEN, som har en 20-årig historia av att undersöka sådana möten. Han upptäckte den första oavsiktliga svanskorsningen år 2000, medan han undersökte en märklig störning i data som registrerats av ESA/NASA Ulysses solstuderande rymdfarkost 1996. Denna studie avslöjade att rymdfarkosten hade passerat genom svansen på kometen Hyakutake, även känd som "Den stora kometen 1996." Strax efter tillkännagivandet, Ulysses korsade svansen på en annan komet, och sedan en tredje 2007.

Tidigare den här månaden, insåg att Solar Orbiter skulle vara 44 miljoner kilometer nedströms Comet C/2019 Y4 (ATLAS) inom bara några veckor, Geraint larmade omedelbart ESA-teamet.

Solar Orbiter är utrustad med en svit med 10 in-situ och fjärravkänningsinstrument för att undersöka solen och flödet av laddade partiklar som den släpper ut i rymden – solvinden. Lyckligtvis, de fyra in-situ-instrumenten är också perfekta för att detektera kometens svansar eftersom de mäter förhållandena runt rymdfarkosten, och så kunde de returnera data om dammkornen och de elektriskt laddade partiklarna som kometen avger. Dessa utsläpp skapar kometens två svansar:stoftsvansen som är kvar i kometens bana och jonsvansen som pekar rakt bort från solen.

Solar Orbiter kommer att korsa jonsvansen på kometen ATLAS den 31 maj–1 juni, och dammstjärten den 6 juni. Om jonsvansen är tillräckligt tät, Solar Orbiters magnetometer (MAG) kan upptäcka variationen av det interplanetära magnetfältet på grund av dess interaktion med joner i kometens svans, medan Solar Wind Analyzer (SWA) direkt kunde fånga några av svanspartiklarna.

När Solar Orbiter korsar dammstjärten, beroende på dess densitet – vilket är extremt svårt att förutsäga – är det möjligt att ett eller flera små dammkorn kan träffa rymdfarkosten med hastigheter på tiotals kilometer per sekund. Även om det inte finns någon betydande risk för rymdfarkosten från detta, dammkornen själva kommer att förångas vid stöten, bildar små moln av elektriskt laddad gas, eller plasma, som kunde detekteras av instrumentet Radio and Plasma Waves (RPW).

Ett oväntat möte som detta ger ett uppdrag med unika möjligheter och utmaningar, men det är bra! Chanser som denna är alla en del av vetenskapens äventyr, säger Günther Hasinger, ESA:s vetenskapschef.

En av dessa utmaningar var att instrumenten verkade osannolikt alla vara klara i tid på grund av idrifttagningen. Nu, tack vare en särskild insats från instrumentteamen och ESA:s uppdragsoperativa team, alla fyra in-situ instrumenten kommer att vara på och samla in data, även om instrumenten vid vissa tidpunkter kommer att behöva växlas tillbaka till driftsättningsläge för att säkerställa att tidsfristen den 15 juni hålls.

"Med dessa varningar, vi är redo för vad kometen ATLAS än har att berätta, säger Daniel Müller, ESA Project Scientist för Solar Orbiter.

Förvänta det oväntade

En annan utmaning är kometens beteende. Kometen ATLAS upptäcktes den 28 december 2019. Under de närmaste månaderna, det ljusnade så mycket att astronomer undrade om det skulle bli synligt för blotta ögat i maj.

Tyvärr, i början av april splittrades kometen. Som ett resultat, dess ljusstyrka sjönk också avsevärt, beröva skybevakarna utsikten. En ytterligare fragmentering i mitten av maj har minskat kometen ännu mer, vilket gör det mindre sannolikt att det kan upptäckas av Solar Orbiter.

Även om chanserna för upptäckt har minskat, ansträngningen är ändå värd att göra enligt Geraint.

"Med varje möte med en komet, vi lär oss mer om dessa spännande föremål. Om Solar Orbiter upptäcker Comet ATLAS närvaro, sedan lär vi oss mer om hur kometer interagerar med solvinden, och vi kan kolla, till exempel, om våra förväntningar på dammsvansens beteende överensstämmer med våra modeller, " förklarar han. "Alla uppdrag som möter kometer ger pusselbitar."

Geraint är huvudutredaren för ESA:s framtida Comet Interceptor-uppdrag, som består av tre rymdfarkoster och är planerad att lanseras 2028. Den kommer att göra en mycket närmare förbiflygning av en ännu okänd komet som kommer att väljas ut bland de nyupptäckta kometerna närmare uppskjutningstillfället (eller till och med efter det).

Betar solen

Solar Orbiter cirklar för närvarande vår moderstjärna mellan Venus och Merkurius banor, med sin första perihelion som äger rum den 15 juni, cirka 77 miljoner kilometer från solen. Under de kommande åren, det kommer mycket närmare, inom Merkurius omloppsbana, cirka 42 miljoner kilometer från solytan. Under tiden, Kometen ATLAS är redan där, närmar sig sin egen perihelion, som väntas den 31 maj, cirka 37 miljoner kilometer från solen.

"Denna svanskorsning är också spännande eftersom det kommer att ske för första gången på så nära avstånd från solen, med kometkärnan i Merkurius omloppsbana, " säger Yannis Zouganelis, ESAs biträdande projektforskare för Solar Orbiter.

Att förstå dammmiljön i det innersta området av solsystemet är ett av Solar Orbiters vetenskapliga mål.

"Nära-sol-kometer som kometen ATLAS är källor till damm i den inre heliosfären och så denna studie kommer inte bara att hjälpa oss att förstå kometen, men också dammmiljön i vår stjärna, ", tillägger Yannis.

Att titta på ett iskallt föremål snarare än den brännande solen är verkligen ett spännande – och oväntat – sätt för Solar Orbiter att starta sitt vetenskapliga uppdrag, men det är vetenskapens natur.

"Vetenskapliga upptäckter bygger på god planering och serendipity. Under de tre månaderna sedan lanseringen, Solar Orbiter-teamet har redan bevisat att det är redo för båda, säger Daniel.

"Utsikter för in situ-detektering av Comet C/2019 Y4 ATLAS av Solar Orbiter, " av G. Jones et al (2020), publiceras i Forskningsanteckningar från AAS .