Efter år av detektivarbete, forskare som arbetar på den europeiska rymdorganisationens (ESA) Rosetta-uppdrag har nu kunnat lokalisera var Philae-landaren gjorde sin andra och näst sista kontakt med ytan på kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko den 12 november 2014, innan det slutligen stannade 30 meter bort. Denna landning övervakades från det tyska flygcentret Philae Control Center. Philae lämnade spår efter sig; landern tryckte in sin ovansida och höljet på dess provborr i en isig springa i ett svart stenigt område täckt med kolhaltigt damm. Som ett resultat, Philae skrapade upp ytan, exponerar is från när kometen bildades som sedan dess varit skyddad från solens strålning. Det nakna, ljus isig yta, vars kontur påminner något om en skalle, har nu avslöjat kontaktpunkten, skriver forskare i den vetenskapliga publikationen Natur .

Allt som var känt tidigare var platsen för den första kontakten, att det hade varit en annan påverkan efter återhämtningen, och platsen för den sista landningsplatsen där Philae kom till vila efter två timmar och där den hittades mot slutet av Rosetta-uppdraget 2016 . "Nu vet vi äntligen den exakta platsen där Philae landade på kometen för andra gången. Detta kommer att tillåta oss att helt rekonstruera landarens bana och härleda viktiga vetenskapliga resultat från telemetridata såväl som mätningar från några av de instrument som fungerade under landningsprocessen, " förklarar Jean-Baptiste Vincent från DLR Institute of Planetary Research, som var involverad i forskningen som publicerades idag. "Philae hade lämnat oss med ett sista mysterium som väntade på att bli löst, " säger ESA:s Laurence O'Rourke, huvudförfattaren till studien. Teamet av forskare var motiverade att genomföra en flerårig sökning efter 'TD2', landningspunkt två:"Det var viktigt att hitta landningsplatsen eftersom sensorer på Philae indikerade att den hade grävt i ytan, mest troligt avslöjar den primitiva isen gömd under." Under de senaste åren, platsen söktes efter som en nål i en höstack i de många bilderna och data från Philaes landningsområde.

Magnetometern gav den avgörande indikationen

Under en lång tid, och till ingen nytta, forskarna sökte upprepade gånger efter fläckar av bar is i det misstänkta området med hjälp av högupplösta bilder som tagits av Optical, Spectroscopic and Infrared Remote Imaging System (OSIRIS) instrument utvecklat av Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) i Göttingen och bärs ombord på Rosetta orbiter. Men det var utvärderingen av mätningar gjorda av ROsetta MAgnetometer och plasmamonitor (ROMAP), byggd för Philae under ledning av tekniska universitetet i Braunschweig, som förde forskarna på rätt spår. I uppgifterna, teamet undersökte förändringar som inträffade när magnetometerbommen, skjuter ut 48 centimeter från landaren, rörde sig när den träffade ytan — vilket visade att den hade böjts. Detta skapade ett karakteristiskt mönster i data från Philaes ROMAP-instrument, som visade att bommen rörde sig i förhållande till Philae och gjorde att varaktigheten av landarens penetration av isen kunde uppskattas. ROMAP-data korrelerades med data från Rosettas RPC-magnetometer för att bestämma Philaes exakta orientering.

Analys av data avslöjade att Philae hade tillbringat nästan två hela minuter - inte ovanligt i denna miljö med mycket låg gravitation - vid den andra ytkontaktpunkten, skapade minst fyra olika ytkontakter när landaren "plöjde" genom det karga landskapet. Ett särskilt anmärkningsvärt avtryck, som blev synligt på bilderna, gjordes när toppen av Philae sjönk 25 centimeter ner i isen vid sidan av en öppen springa, lämnar synliga spår av provborren och landarens topp. Topparna i magnetfältsdata som härrör från bomrörelsen visar att det tog Philae tre sekunder att göra just denna "buckla".

En skulptur av bar kometis i form av en skalle

ROMAP-data stödde upptäckten av denna plats med isfyllda, ljust öppen springa i OSIRIS-bilderna. Sett från ovan, det påminde forskarna om en skalle, så de döpte kontaktpunkten till "Skull-top Ridge". Det högra "ögat" på skallen bildades där Philaes översida komprimerade kometdammet, medan Philae skrapade genom springan mellan de dammtäckta isblocken som en väderkvarn, bara för att till sist lyfta av igen och täcka de sista metrarna till sin sista viloplats. "Vid den tiden visade uppgifterna att Philae hade kommit i kontakt med ytan flera gånger och till slut landat på en dåligt upplyst plats. Vi kände också till den ungefärliga slutliga landningsplatsen från CONSERT radarmätningar. Men, Philaes exakta bana och beröringspunkter kunde inte tolkas så snabbt, " minns Philaes projektledare Stephan Ulamec från DLR.

Utvärderingen av OSIRIS-bilderna tillsammans med de som förvärvats av instrumentet Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) bekräftade att det ljusa materialet är ren vattenis, som exponerades av Philae ytkontakt över en yta på 3,5 kvadratmeter. Under denna kontakt, regionen låg fortfarande i skuggan. Det var inte förrän månader senare som solljus föll på den, så isen sken fortfarande starkt i solen och var knappt vittrad och förmörkad av rymdmiljön. Endast isen från andra flyktiga ämnen som kolmonoxid eller koldioxid avdunstade.

Comet 67P är full av tomrum och utan mycket sammanhållning

Denna rekonstruktion av händelser är, i sig själv, utmanande detektivarbete, men den första direkta mätningen av kometisens konsistens ger också viktiga insikter. Parametrarna för ytkontakt visade att denna gamla, 4,5 miljarder år gammal blandning av is och damm är utomordentligt mjuk – den är fluffigare än skummet på en cappuccino, skummet i ett badkar eller de vita vågorna som möter kusten. "Den mekaniska spänningen som håller samman kometisen i denna dammbit är bara 12 pascal. Det är inte mycket mer än "ingenting", " förklarar Jean-Baptiste Vincent, som studerar tryck- och draghållfastheten hos "primitiv" is. Denna is har lagrats i kometer i 4,5 miljarder år som i en kosmisk frys, som vittnar om solsystemets tidigaste period.

Undersökningen möjliggjorde också en uppskattning av porositeten hos "klippan" som berördes av Philae. Cirka 75 procent, tre fjärdedelar av interiören, består av tomrum. De "stenblocken" som är allestädes närvarande i bilderna är alltså mer jämförbara med frigolitstenar i en filmstudios fantasilandskap än med verkliga, hård, massiva stenar. På en annan plats, en sex meter bred sten, fångad i flera bilder, flyttade till och med uppför på grund av gastrycket från avdunstande kometis.

Dessa observationer bekräftar ett resultat av Rosetta orbiter-uppdraget, som gav ett liknande numeriskt värde för andelen hålrum och visade att det inre av 67P/Churyumov-Gerasimenko borde vara homogent ner till en blockstorlek på en meter. Detta leder till slutsatsen att "blocken" på kometens yta representerar det övergripande tillståndet av dess inre så som det bildades för ungefär 4,5 miljarder år sedan. Resultatet är inte bara vetenskapligt relevant för karakterisering av kometer, som tillsammans med asteroider är de mest ursprungliga kropparna i solsystemet, men stöder också planering av framtida uppdrag för att besöka kometer och samla in prover som ska återföras till jorden. Sådana uppdrag är för närvarande under övervägande.

12 november 2014 – den första touchdownen på en komet

Philae separerade försiktigt från sin moderrymdfarkost Rosetta på eftermiddagen (CET) den 12 november 2014 och steg ner i gånghastighet mot kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Som bilder från DLR:s ROsetta Lander Imaging System (ROLIS) kamera senare visade, landaren, med en volym på cirka en kubikmeter, träffade den planerade landningsplatsen för Agilkia nästan perfekt. Dock, Philae kunde inte förankra sig på kometen 67P eftersom ankarharpunerna för detta ändamål inte aktiverades. Eftersom kometen bara har ungefär en hundra tusendel av gravitationskraften på sin yta jämfört med jordens gravitation, Philae studsade av kometen, steg till en höjd av en kilometer och flöt över regionen Hatmehit på den minsta av de två komethalvkropparna. Efter mer än två timmar, Philae fick igen kontakt med kometen 67P. Data som överfördes till Rosetta under de två timmarna visade att landaren hade kommit till vila efter dess turbulenta studsande flygning, en våldsam kollision med en klippkant och ytterligare två kontakter med ytan. Lite senare kunde Philae också sända bilder av landningsplatsen, döpt till Abydos, till jorden via Rosetta.

Dessa bilder visade snabbt att landaren nu inte var, som det var planerat, på en gynnsam plats med tillräckligt med solljus. För teamet i DLR-kontrollrummet, arbetet började verkligen efter den oväntade landningen:de körde landaren i nästan 60 timmar, befaller sina 10 instrument ombord och till sist vrider den något mot solen. Ändå, strömmen till primärbatteriet tog slut eftersom för lite ström kunde produceras. Batterierna kunde inte laddas tillräckligt eftersom solen sken på Philae i knappt 1,5 timme under varje 12,4 timmar lång kometdag. Faktiskt, Rosetta-teamet på flera hundra personer tillbringade 22 månader med att fundera över var Philae faktiskt var. Endast en närbild förvärvad av kamerasystemet OSIRIS, togs några veckor innan uppdragets slut den 2 september 2016, visade att Philae satt fast i en sorts springa under ett överhäng som skyddade solljuset. I slutet av uppdraget, rymdfarkosten Rosetta sattes också ner på 67P/Churyumov-Gerasimenko i en sista manöver den 30 september 2016.