La nave espacial PROCYON y el cometa 67P / Churumov-Gerasiment (Imagen conceptual). Crédito:NAOJ / ESA / Go Miyazaki
En septiembre de 2015, un equipo de astrónomos del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Universidad de Michigan, Universidad de Kyoto Sangyo, La Universidad de Rikkyo y la Universidad de Tokio observaron con éxito toda la coma de hidrógeno del cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, utilizando el telescopio LAICA a bordo de la nave espacial PROCYON. También lograron obtener la tasa absoluta de descarga de agua del cometa.
Este cometa fue el objetivo de la misión Rosetta de la ESA en 2015. Debido a que la nave espacial Rosetta estaba en realidad dentro del coma cometario, no pudo observar la estructura general del coma. Hubo malas condiciones de observación durante el tiempo en que se pudo observar el cometa desde la Tierra, así que a través de nuestras observaciones, pudimos probar los modelos de coma para el cometa por primera vez.
La observación de cometas por la nave espacial PROCYON no se había programado en el plan de misión original. Gracias a los esfuerzos de los equipos de operaciones de naves espaciales y telescopios, Las observaciones se realizaron poco después de que comenzamos a discutir la posibilidad, produciendo resultados de gran importancia científica.
Este resultado es el primer logro científico de una micro nave espacial para la exploración del espacio profundo. Es más, Esto proporciona un ejemplo ideal donde las observaciones de una misión de bajo costo (por ejemplo, la misión PROCYON) apoyan observaciones precisas por una misión grande (por ejemplo, la misión Rosetta). Esperamos que este se convierta en un caso modelo para las observaciones de micro naves espaciales en apoyo de grandes misiones.
Cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko sobre Tokio (visualización). El tamaño del cometa es aproximadamente igual a la distancia entre la estación de Tokio y Asakusa. Crédito:NAOJ / ESA / Google Earth
La misión Rosetta y sus límites
La aparición en 2015 del cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko fue un objetivo de la misión Rosetta de la ESA. En la misión Rosetta, Se llevaron a cabo observaciones precisas del cometa desde cerca de la superficie del núcleo durante más de dos años, incluso cuando el cometa pasó por el perihelio (la aproximación más cercana al Sol) el 13 de agosto. 2015. Sin embargo, La observación de todo el coma fue difícil porque la nave espacial Rosetta estaba ubicada en el coma cometario.
Para extrapolar las observaciones de Rosetta de áreas específicas y estimar la cantidad total de agua liberada por el cometa por segundo (tasa de producción de agua), necesitamos un modelo para el coma. Pero la tasa de producción de agua depende en gran medida del modelo de coma que usemos. Para probar los modelos de coma, tenemos que comparar la tasa absoluta de producción de agua derivada de observaciones completas de coma con las predicciones basadas en los resultados de Rosetta y los diversos modelos de coma. Por lo tanto, Fue útil observar toda la coma desde más lejos del cometa con otro satélite.
Convencionalmente el telescopio SWAN a bordo de la nave espacial SOHO se ha utilizado a menudo para observar tales objetivos. Desafortunadamente, el cometa se trasladó a una región donde hay muchas estrellas detrás de él, y debido a la baja resolución espacial del telescopio SWAN, no pudo distinguir el cometa de las estrellas de fondo.
Imagen procesada y recortada de hidrógeno-Lyα del cometa 67P / C-G en unidades Rayleigh (panel superior) tomada por el telescopio LAICA el 13 de septiembre, 2015, UTAH, y la apariencia de coma de hidrógeno predicha por un modelo axi-simétrico bidimensional de la coma de hidrógeno atómico (panel inferior). La flecha punteada amarilla en el panel inferior indica la dirección hacia el sol en el momento de la observación. Crédito:NAOJ
Nuestras observaciones con la nave espacial PROCYON
PROCYON es la nave espacial más pequeña para la exploración del espacio profundo, con un peso de ~ 65 kg, desarrollado por la Universidad de Tokio y otros. LAICA, que observó el cometa, es un telescopio que puede observar emisiones de átomos de hidrógeno y su desarrollo fue dirigido por la Universidad de Rikkyo. El objetivo principal del telescopio LAICA eran las observaciones de imágenes de amplio campo de visión desde el espacio profundo de la vista completa de la geocorona de 42 años y la geotail (una capa de gas hidrógeno que se expande lejos de la Tierra) que quedó del Apolo 16 en 1972. A pesar de su pequeño tamaño, el telescopio LAICA tiene una alta resolución espacial (más de 10 veces la del telescopio SWAN), para que el telescopio LAICA pudiera distinguir el cometa de las estrellas de fondo. La nave espacial PROCYON se lanzó junto con la nave espacial Hayabusa2 en diciembre de 2014.
La mayoría de los átomos de hidrógeno en coma cometaria se forman a partir de moléculas de agua expulsadas del núcleo cometario que luego se rompen por la radiación solar ultravioleta (foto-disociación). Al utilizar modelos de coma basados en estos mecanismos, podemos estimar la tasa de liberación de agua a partir de un mapa de brillo de los átomos de hidrógeno.
Dado que el agua es la molécula más abundante en el hielo cometario, es importante para comprender no solo el nivel de actividad de los cometas, sino también para comprender el proceso mediante el cual las moléculas se incorporaron a los cometas a medida que se formaron en el Sistema Solar primitivo.
Diagrama de evoluciones de las tasas de producción de agua estimadas mediante mediciones in situ de los instrumentos Rosetta y diferentes modelos de coma. Podemos probar estos modelos de coma comparándolos con las tasas absolutas de liberación de agua derivadas de nuestras observaciones de la coma completa. Crédito:Institutos Nacionales de Ciencias Naturales
Realizamos observaciones de imágenes de todo el coma de hidrógeno del cometa y obtuvimos las tasas absolutas de producción de agua cerca del perihelio en 2015. Según nuestros resultados, podríamos probar los modelos de coma para el cometa. Combinado con los resultados de Rosetta, como las tasas de producción de agua a diferentes distancias del Sol y la composición química, pudimos estimar con precisión la masa total expulsada del cometa en la aparición de 2015.
Historia de las observaciones del cometa por el telescopio LAICA e implicaciones futuras Aunque las observaciones del cometa no estaban programadas en el plan de misión original de la nave espacial PROCYON, La discusión sobre la posibilidad de observaciones de cometas comenzó después del final de las observaciones de geocolona en mayo de 2015. En general, un cometa se mueve a través del Sistema Solar en un corto período, por lo que las condiciones de observación (como la dirección y el brillo) de la nave espacial cambian día a día. Pudimos realizar las observaciones de 67P / C-G y obtuvimos resultados científicamente significativos en un corto período de tiempo gracias al amplio campo de visión y la alta resolución espacial del telescopio LAICA. el rendimiento de control de puntería del satélite PROCYON, y el arduo trabajo de los equipos de gestión del satélite y el telescopio.
Este resultado es el primer logro científico de una micro nave espacial para la exploración del espacio profundo. Alrededor del mundo, Están avanzando los planes para más micro naves espaciales como esta. Es más, este resultado es un ejemplo ideal de una misión de bajo costo que respalda partes importantes que no se pueden implementar en una misión grande. Esperamos que este resultado se convierta en un caso modelo para las observaciones de micro naves espaciales en apoyo de grandes misiones en el futuro.
