Alle indlæg af Kjartan Kinch

Philae’s endeligt (måske)

I torsdags fulgte vi her på Scienceblog spændte med i rumsonden Philaes landing på komet 67P Churyumov-Gerasimenko. Torsdag aften så det ud til at alt var gået fint, men fredag var det klart at selvom Philae stod på kometens overflade var alt ikke gået ganske efter planen og hen over weekenden udspillede der sig et sandt drama, hvor det lykkedes Philae i kapløb med tiden at gennemføre hele sin primære pakke af målinger inden batteriet løb tør for strøm.

Det er et spændende øjeblik hver gang en rumsonde lander på et legeme i Solsystemet. Der er stor offentlig interesse, og det er forståeligt at man fra diverse rumorganisationers side benytter lejligheden til et stort publicity-fremstød. Set i bakspejlet har jeg dog i dette tilfælde en smule ondt af de ingeniører som med verdens øjne hvilende på sig fik få minutter til at erklære om landingen var gået godt. De sagde at alt så godt ud, og så kørte møllen med det ene jakkesæt efter det andet, der holdt formfuldendte taler om Europas rumprogram og dets fortræffeligheder.

Imens – ved vi nu – svævede Philae lige så stille op, og væk fra kometen igen. Ved landingen var den første blok af videnskabelige målinger sat i gang og Philae udførte troligt sine målinger, blandt andet  af magnetfelt og elektrisk felt i rummet omkring sig, og kommunikerede stabilt med Rosetta. Af feltmålingerne var det forholdsvist hurtigt klart at sonden stadig roterede, omend anderledes end på vejen ned, men af selve det faktum at den første sekvens af målinger var gået i gang kunne man konkludere at sondens ben havde haft kontakt med overfladen. Philae havde ramt overfladen næsten præcist på det planlagte sted, med omkring 1 m/s, men eftersom de dyser, der skulle presse den ned mod overfladen, ikke virkede, og de harpuner, der skulle fastgøre den HELLER ikke aktiverede var den simpelthen sprunget tilbage fra overfladen og var nu for udadgående med omkring 38 cm/s.

Jeg havde personligt forventet at kometens overflade ville være enormt blød og porøs og havde derfor ventet at landingen ville gå uden problemer trods de defekte dyser, hvilket jeg gladeligt havde sagt til højre og venstre. Men jeg tog tydeligvis fejl. Her er en grafik som viser før/efter billeder af stedet, hvor Philae første gang ramte kometen.

OSIRIS_spots_Philae_drifting_across_the_comet

Billeder fra Rosetta, der viser Philae lige inden og lige efter den første gang ramte kometen. Kilde: ESA.

Det må have været en besynderlig fornemmelse for de første, der indså at Philae IKKE stod på overfladen, men svævede afsted ude i rummet, mens fejringen af den successfulde landing stod på. To timer tog det, før Philae ramte overfladen igen, og den var  omkring en kilometer oppe da den var højest. Kometen er ikke mere end 4-5 km i diameter og undvigelseshastigheden er i omegnen af 1 m/s. Philae var uhyggeligt tæt på simpelthen at springe af kometen og forsvinde ud i rummet !

Heldigvis KOM Philae ned igen og efter yderligere et lille hop på 7 minutter landede den et endnu ikke præcist identificeret sted. Desværre var den landet om ikke ligefrem nede i et hul så dog lige op ad en klippevæg og den står ikke vandret på overfladen men hælder ret kraftigt. Det betyder for det første at der var væsentligt mindre sollys til rådighed end ventet og for det andet gav landerens atypiske orientering anledning til en del bekymring: Stod den fast nok til at aktivere de forskellige bevægelige dele, eksempelvis boret, der skulle tage prøver fra undergrunden ?

Welcome_to_a_comet

Det første billede fra Philae, der blev offentliggjort efter landingen. Det ene af landerens tre ben ses i forgrunden. Kilde: ESA

Philaes mission var planlagt til at bestå af to faser:

1) en kort, første fase, på omkring tre døgn, hvor den primært ville trække strøm fra batteriet og hvor den ville lave målinger med alle instrumenter. Inklusiv, og måske mest vigtigt, prøveopsamlingen fra overfladen

2) en langstrakt, anden fase, hvor landeren ville klare sig med meget lidt energi fra de små solpaneler og fortsætte med at benytte et par af de passive eksperimenter (for eksempel målinger af elektrisk og magnetisk felt) for at se efter ændringer efterhånden som kometen nærmer sig Solen over de kommende måneder.

Det blev hurtigt klart at, på grund af den uheldige landing på et sted med meget lidt sol, ville den første fase blive afkortet og den anden fase formentlig helt umulig. Dette igangsatte et kapløb med tiden for at færdiggøre alle målinger i den første fase inden landerens batterier døde helt. Det kulminerede lørdag , hvor man kommanderede den sidste, men uhyre vigtige sekvens, til at aktivere boret til prøvetagning og efterfølgende analyse. På det tidspunkt var der omkring 100 Watt-timer tilbage i batteriet og sekvensen var modelleret til at koste 80 Watt-timer, men med en del usikkerhed med hensyn til hvorvidt batteriets temperatur ville holde sig stabilt. Det var MEGET tæt på at der ikke var strøm til at gennemføre, men kommandoen blev sendt inden Rosetta forsvandt under horisonten og så var det bare at vente indtil lørdag aften for at høre om sekvensen var færdiggjort.

Jeg var skrækslagen ved tanken om at Philae kunne have gennemført den første analyse nogensinde af materialet inde i en komet, skrevet data til sin harddisk, men så have kørt batteriet dødt inden man kunne kommunikere med Rosetta igen. HELDIGVIS gik det ikke sådan og vi fik igen kontakt med Philae lørdag aften og modtog bekræftelse på at hele sekvensen var gennemført og Philae derfor havde gennemført hele sin primære fase som planlagt. Alle data blev sendt til Jorden og kort derefter, lidt efter midnat lørdag nat modtog man den sidste kommunikation fra Philae inden den gik i en dvaletilstand på grund af for lidt strøm.

Der er en lillebitte chance for at Philae vil vågne op igen om mange måneder, når kometen er tættere på Solen, men det må siges at være yderst usandsynligt. Derimod er det nok en given sag at Rosetta på et tidspunkt vil finde ud af præcist hvor Philae landede og tage billeder af den. Lige nu er Rosetta ret langt fra kometen, men når den igen kommer ind på 10 km afstand eller tættere vil dens kameraer helt givet kunne se Philae, så forvent nogle billeder af landeren til den tid.

I mellemtiden er det store spørgsmål i mit hoved, hvor godt prøvetagningen gik. Vi ved at boret kørte ud i sin fulde længde. Hele aktiviteten blev gennemført som planlagt inklusiv den fulde analyse. Det vi IKKE ved er om Philae stod på en måde, så boret kunne nå overfladen, eller om det bare drejede rundt i det tomme rum fordi landeren stod og hældede med et ben op i luften. Det vil være tydeligt fra de indhentede analysedata. De målinger er i mine øjne helt afgørende for Philaes mission. MED dem er det en blændende succes trods den manglende anden fase. UDEN dem kan Philaes landing kun kaldes en delvis success (selvom jeg til hver en tid vil kalde Rosetta-mission som helhed for en klar success). I en senere post vil jeg forsøge at udrede, hvad det ér vi håber på at måle inde i en komet, og hvorfor det er så spændende.

 

 

 

Philaes landing

[Dette blogindlæg var en livedækning af ESAs landing på overfladen af en komet, skrevet af tre af Scienceblogs bloggere. Hvert afsnit er stemplet med klokkeslet for tilføjelsen samt navn på den, der skrev.]

21.15: For at opsummere dagen: Landingsfartøjet Philae er landet på kometen, på trods af problemer med raketmotorer og et par harpuner, som slet ikke blev affyret. Sonden er altså ikke forankret til overfladen og holdes kun nede af den virkelig svage tyngdekraft. På pressemødet blev der ikke vist nyere billeder, end dem vi allerede har linket til herunder. Man kunne til gengæld fortælle, at de tilbagesendte data kunne fortolkes sådan, at sonden i første gang hoppede op fra overfladen igen og svævede langsomt rundt i nogen tid, før den igen landede på overfladen, hvor den formentlig nu står fast. Forbindelsen til fartøjet er forsvundet, hvilket skyldes, at Rosetta er under horisonten og radioforbindelsen er midlertidigt væk. Dette er helt planmæssigt. I morgen holder ESA pressemøde klokken 14.00 med de nyeste resultater. /Klaus

20.10: Pressekonferencen er netop startet, 10 minutter forsinket. /Klaus

19.55: ESA holder pressekonference her klokken 20. Du kan følge det live via rosetta.esa.int. /Klaus

19.18: Og så er der et billede fra overfladen ganske kort før landingen. /Klaus

19.00: Så er der de første billeder fra landingen (3 km afstand fra kometen) /Jonas

17.52: Ifølge den sidste opdatering landede Philae blødt, men dens harpuner blev ikke affyret. De er derfor ikke helt sikker på hvor stabilt landeren står på overfladen. Muligvis skal de prøve på forankre modulet igen, situationen analyseres. /Jonas

17.30: Vi venter på de første billeder fra landingssekvensen og de første billeder fra overfladen af en komet. De er formentligt klare engang efter kl 18.00. /Jonas

17.10 : De er sikker på Philae er landet! Landingsgearet virkede som det skulle og de har forbindelse til landeren. Nu skal vi se hvad den siger. /Jonas

17.06: Telemetrien analyseres, hvor godt eller skidt er det gået? /Jonas

17.04: Så skete det! Vi har landet en rumsonde på en komet tumlende rundt i fuld fart på vej gennem solsystemet. En helt fantastisk bedrift! /Jonas

16.47: 67P Churyumov-Gerasimenko (og Rosetta og Philae) er 511 millioner kilometer fra jorden, det tager signalet ca. 28 minutter at nå os med lysets hastighed. /Jonas

16.42: Alle venter spændt i kontrolrummet… /Klaus

16:27: Landingen kommer til at ske i de næste minutter, men vi vil først vide hvad der er skete om en lille halv time /Jonas

16:07: Og her er billedet den anden vej. Ser lidt ensomt ud derude. /Jonas

15:30: Så fik vi et billede af Rosetta taget af Philae lige efter de blev adskilt. Der er lidt grums, men man kan godt se nogle detaljer. Venter spændt på billeder taget nedad mod kometen under landingen. /Jonas

15:13: For at trykke landeren ned mod overfladen mens den bliver fastgjort har man nogle små gasdyser og det er de dyser, som øjensynligt  ikke fungerer. Emily Lakdawalla hos Planetary Society har flere detaljer. For at klargøre dyserne skulle en lille nål prikke hul på en gasbeholder. Men efter at nålen var aktiveret målte man ikke noget tryk inde i dyse-kammeret som man ellers forventede. Der ER en lille mulighed for at det faktisk er trykmåleren, der ikke virker, men det mest sandsynlige er nok at dyserne ikke er funktionelle. Man besluttede at gå videre med landingen alligevel, da det ikke er et problem, som man kan gøre noget ved. Det bliver ikke bedre af at vente med landingen til næste uge. Nu må vi bare håbe på at overfladen er blød og porøs nok til at stoppe landeren uden at den springer tilbage når den rammer overfladen. /Kjartan

15:06: Landeren har ikke selv noget aktivt styringssystem. Rosetta manøvrerede så den bevægede sig direkte ind mod kometen med omkring 3 km/t og slap så landeren. Derefter vil Rosetta så dreje af for selv at undgå kollision. Det hele ses i denne video hvor selve landingsmanøvren begynder omkring 0:45. Lige nu glider landeren altså simpelthen ind mod kometen med omkring 3 km/t. /Kjartan

14:34: ESA har meddelt at man modtager data fra de videnskabelige instrumenter på Philae, og alt ser ud som ventet, inklusiv billeder af Rosetta fra efter separationen, men de har ikke vist os nogen billeder endnu. /Kjartan

13:52: Og her er en video der forklarer missionen og instrumenterne om bord ved hjælp af en LEGO Philea. /Jonas

13:26:  Astronomy Picture of the Day har i dag en fin grafik der viser de videnskabelige instrumenter Philea er spækket med. /Jonas

12:49: De første billeder af Rosetta set fra landeren skulle være på Jorden omkring 13:40. /Kjartan

12:42: Fordi kometen er så lille er tyngdeaccellerationen på overfladen uhyre svag. Den præcise værdi varierer kraftigt fra sted til sted fordi kometen ikke er kugleformet men et rimeligt bud er 0.2 mm/s^2, hvilket er 1/50.000 af værdien på jordoverfladen. Den svage tyngdekraft er en helt særlig udfordring for landeren som skal fastgøres til overfladen med en harpun og et bor i hvert af de tre ben. /Kjartan

12:30: Kommunikationen fra landeren Philae til Jorden går via “moderskibet” Rosetta, som selvfølgelig har de største antenner og mest strøm. For at sende Philae afsted skulle Rosetta vende på en sådan måde, at der ikke var radiokontakt mellem de to, men nu har Rosetta vendt sig efter afsendelsen og radiokontakten er altså bekræftet. /Kjartan

12.12: De har nu fået etableret et telemetrisignal fra Philea via Rosetta ned til os. Hvis vi er heldige får vi snart et billede som landeren tog kort efter separeringen./Jonas

11.22: Min favorit nørdede web-tegneserie XKCD har også et live event til landingen. /Jonas

10.46: På Aarhus Universitet sidder en forsker og følger særlig meget med i kometlandingen. Læs den spændende historie på sciencenordic.com. /Klaus

10.43: Videnskab.dk har skrevet noget om problemerne med Philea’s landingsraketter. /Jonas

10.05: Så er signalet modtaget: Philae har foretaget en succesfuld adskillelse fra Rosetta! En særdeles vigtig milepæl frem mod selve landingen, som vil ske omkring klokken 17. Bemærk i øvrigt at begivenhederne finder sted godt 28 minutter, før vi hører om dem. Det skyldes radiosignalernes lange rejse fra kometen til Jorden. /Klaus

09.47: Nu er det kun et lille kvarter før Philae frakobles fra Rosetta. Instrumenter tændes og Landeren går over til sin egen strømforsyning. /Jonas

09.40: I Århus følger man spændt med på virksomheden Terma, som har leveret Rosettas 8 kg strømforsyning. Læs artiklen her. /Klaus

08.45: Problemerne man har opdaget ved landingsmodulet er at de små raketter på toppen åbenbart ikke virker. De skulle ellers presse Philae mod kometen mens isskruer i landerens føder og harpuner under den forankres i kometen. Nu må vi jo se om det også går uden… /Jonas

08.00: Det er i dag at den europæiske Rosetta-mission sætter landeren Philae ned på kometen 67P Churyumov-Gerasimenko. Første gang nogensinde at en rumsonde lander på en komet. Vi vil forsøge at opdatere i løbet af dagen.

ESA’s live webcast kan findes på rosetta.esa.int. Planetary society har en rigtig fin oversigtsartikel med en glimrende tidslinje over hvad der skal foregå i løbet af dagen. Man kan også følge med på twitter #CometLanding. Se også vores tidligere indlæg om Rosetta her og her.

Det, vi venter på lige nu er den sidste go/nogo beslutning klokken 8:35. Foreløbigt er programmet uændret trods nogle mindre problemer i løbet af natten. Hvis beslutningen er “go” klokken 8:35 vil kommandoen blive sendt til Rosetta om at frigøre landeren Philae. Beskeden om at landeren er fri og på vej ned mod kometen vil blive modtaget på jorden klokken 10:03.

Rosetta frigør landeren 22.5 km over kometens overfladen og landeren falder derefter frit i 7 timer ned mod kometens overflade. Meldingen om at landingen (forhåbentlig) er en success vil blive modtaget på Jorden klokken 17.

Der er ingen tivivl om at det her er en kompleks manøvre, som ingen har forsøgt før med en del ubekendte. Ikke mindst hvad er de nøjagtige egenskaber for kometens overflade ? Hvor hård eller porøs ? Det KAN gå galt. Men forhåbentlig går alt vel og vi kan ånde lettet op klokken 17. /Kjartan

 

 

De DØDSENSFARLIGE asteroider slår til igen

I lørdags havde jeg en dårlig dag. Jeg kom til at besøge Politikens hjemmeside og fandt en historie med overskriften: “Kæmpe asteroide truer med at udrydde os i 2880” (og så var jeg desuden slemt forkølet – men det skal det ikke handle om her).

Nu kunne man tro at min dag blev ødelagt fordi jeg gik rundt og gruede for Jordens undergang om 800 år, men man må tro om igen. Næ, min dag var ødelagt fordi Politikens historie er helt igennem misledende, sensationalistisk og elendig.

Selvfølgelig ved jeg godt, at den stakkels journalist på Ritzau sikkert har fået 5 minutter lige inden deadline til at koge noget suppe på en historie fra britiske the Telegraph, som allerede dér var styg. Og jeg véd at den fremgangsmåde ikke er usædvanlig. Mit ærinde her er derfor heller ikke at hænge hverken journalisten, Ritzau, Politiken eller den konkrete historie ud som unikt dårlig.

Men miséren ER en ganske nydelig demonstration af, at fornuftig videnskabsformidling sjældent harmonerer med pressens krav om dagsaktualitet og at videnskabsjournalistik uden videnskabsjournalister ofte gør mere skade end gavn. Desuden gemmer der sig faktisk en rigtig god forskningshistorie nede under vrøvlet. Så hæng ved, kære læser. Der ér guld for enden af regnbuen, selvom det bliver langt og uden mange billeder, jeg lover det !

Hvorfor var dette her overhovedet en nyhed lige i lørdags ? Jo, det var det fordi en gruppe forskere ved University of Tennessee offentliggjorde en artikel i Nature i torsdags, som ledte til historien i Telegraph fredag og derfra til historien i Politiken lørdag.

Hvad var det så artiklen i Nature handlede om?

Det var ikke opdagelsen af asteroiden (29075) 1950 DA. Den blev, som navnet antyder, opdaget i 1950. Efter opdagelsen i 1950 blev asteroiden i øvrigt ikke set igen før år 2000. Det er slet ikke så nemt at se disse meget små objekter over de gigantiske afstande i Solsystemet.

Havde forskerne fra Tennessee beregnet, at risikoen for at asteroiden skulle ramme Jorden i 2880 var 1 i 300, som Politiken og Telegraph skrev ? Nej, det tal stammer fra en artikel i Science i 2002 kort efter genopdagelsen. Det seneste (og dermed gyldige) estimat, som er fra  2013, er 1 ud af 4000, så I kan ånde lettet op. Det tal, som Politiken og Telegraph vinkler på er 10 år gammelt og en faktor 10 forkert. Ups.

1950DA

Radarbillede af asteroiden (29075) 1950 DA fra Arecibo radioteleskopet, 4. marts 2001. 

1 ud af 4000 er stadig en betydelig risiko. 1950 DA ligger nummer 2 når man rangordner asteroider efter Palermo-skalaen over potentielle meteornedslag. Palermo-skalaen sammenligner risikoen for en kollision med én bestemt asteroide med den samlede risiko for at støde sammen med en asteroide af den givne størrelse i årene inden det potentielle nedslag.

DA 1950 har en værdi på -0.83 hvilket betyder at risikoen for en kollision med denne asteroide om 800 år er 10^(-0.83) = 14% af risikoen for at ramme en tilsvarende asteroide engang i løbet af de 800 år. Værdierne på Palermo-skalaen fortolkes med ord, sådan at tal under -2 betyder “ingen grund til ekstra bekymring”. Tal mellem -2 og 0 betyder “hold lige ekstra øje med denne her” (dem er der 3 af) og tal over 0 betyder “grund til bekymring” (dem er der ingen af). Så: Lad os holde lidt ekstra øje med denne her, men ikke ligge vågne om natten. Fint nok.

Men artiklen i Nature i torsdags handlede om noget helt andet. Og før jeg kommer til det må jeg lige en lille omvej, eller to.

(29075) 1950 DA roterer hurtigt om sig selv. Ét døgn er kun 2 timer og 7 minutter. Dét i sig selv var kendt og er ikke unikt, men gælder for mange små asteroider. Mange af dem roterer faktisk så hurtigt at deres svage tyngdekraft er SVAGERE end centrifugalkraften på ækvator. Med andre ord: Hvis du stod på ækvator ville du blive kastet ud i rummet af centrifugalkraften. Normalt fortolker man det sådan, at disse små asteroider er solide klippeblokke, som holdes sammen ikke af tyngdekraften men af de (meget stærkere) kræfter som nu engang holder en sten sammen. De elektriske kræfter (ionbindinger og kovalente bindinger) mellem atomerne i de forskellige mineraler, som danner stenen.

Mange ANDRE mindre asteroider, er derimod ikke solide klippeblokke, men såkaldte “rubble piles” eller “grusbunker”. Det er asteroider som engang er blevet splintret til klippeblokke, grus og støv ved sammenstød, og som nu kun holdes sammen af tyngdekraften. Disse grusbunker har ofte ganske høj porositet. 50% er ikke ualmindeligt, hvilket vil sige at halvdelen af asteroiden består af tomt rum mellem de forskellige klippeblokke, sten og sandskorn eller støvkorn.

Itokawa4

Asteroiden 25143 Itokawa, observeret af den Japanske Hayabusa-rumsonde. Itokawa er én af mange asteroider, som er såkaldte “rubble piles” eller “grusbunker”.      

Så her kommer nyheden i artiklen fra Nature: Forskerne fra Tennessee har bestemt massetætheden på (29075) 1950 DA og fundet 1.7 gram per kubikcentimeter. Det er på den ene side for lidt til at tyngdekraften alene kan holde sammen på asteroiden, men på den anden side også alt for lidt til at asteroiden kan være en solid sten. Den må være en grusbunke med porositet omkring 50%. Så asteroiden er alt for let til at være en solid klippeblok men roterer for hurtigt til at tyngdekraften kan holde sammen på den. Noget andet må hjælpe med til at holde sammen på den. Og hvad det “noget andet” er, det kommer vi til lige om lidt.

Men hov, vent, hvordan bestemmer man overhovedet massetætheden af en asteroide ?  Normalt finder man massen af et objekt i Solsystemet ved at se på tyngdekraften FRA dette objekt på et andet, mindre objekt. Planeters masser kan beregnes ud fra deres måners bevægelser og en asteroides masse kan bestemmes hvis man for eksempel har en rumsonde i nærheden af den. Hvis man så også kender størrelsen (fra billeder) så har man massetætheden. MEN en asteroide som driver rundt helt for sig selv som denne hér gør er ikke så nem at få skovlen under. Der må mere kreative metoder til.

I dette tilfælde har man kigget på den såkaldte Yarkovsky effekt. Det er en svag kraft, som påvirker banen for små legemer i Solsystemet. Effekten opstår fordi asteroiden roterer hvilket skaber en asymmetrisk varmestråling i forhold til dens bevægelsesretning. Sagt på menneskesprog: Der er varmere om eftermiddagen end om formiddagen og der er varmere om aftenen efter solnedgang end om morgenen før solopgang. Der kommer altså mere varmestråling fra den varmere eftermiddag/aften-side end fra den koldere morgen/formiddag- side. Når asteroiden udsender varmestråling mærker den en uhyre svag kraft i den modsatte retning på grund af impulsbevarelsen. “Rekylet” fra varmestrålingen, simpelthen. Hvis asteroiden roterer sådan at aftensiden vender fremad i bevægelsesretningen vil den blive bremset ned en lillebitte smule af rekylet fra varmestrålingen. Omvendt, hvis den vender den koldere morgenside fremad vil den varmere aftenside skubbe lidt bagpå. Effekten er lille, men er ikke desto mindre kraftig nok til at være den mest betydelige kilde til usikkerhed når det handler om at bestemme banen 800 år frem i tiden.

Forskerne fra Tennessee har kigget på ændringer i asteroidens bane siden 1950 og sammenlignet med den modellerede Yarkovsky-effekt. Heri indgår asteroidens massetæthed både fordi den påvirker varmeledningsevnen og dermed varmestrålingen og fordi asteroidens reaktion på kraften afhænger af den samlede masse. Ud af denne analyse kom altså tallet 1.7 gram per kubikcentimeter for tætheden af (29075) 1950 AD. For let til at være en klippeblok men også for let til at være holdt sammen af tyngdekraften.

Hvad i alverden holder så sammen på den?

Politiken har svaret: “asteroiden udvikler nogle kræfter, der kaldes van der Walls (sic !), og som er med til at holde sammen på 1950 DA.

Det er så på én gang rigtigt og helt forkert. For det første hedder de van der Waal, ikke van der Wall – men det kan jo smutte. For det andet er der ikke tale om nogle mystiske asteroide-kræfter, men om et helt generelt fænomen i fysisk kemi.

Van der Waals -kræfter er summen af de elektriske kræfter, der virker mellem molekyler, udover de kovalente bindinger og elektrostatiske kræfter fra ladede ioner. Altså summen af en række mindre elektriske effekter udover de stærke kræfter, som holder de enkelte molekyler eller faste stoffer sammen.

For eksempel: Nogle molekyler er polære, altså de er har lidt positiv elektrisk ladning i den ene ende og lidt negativ elektrisk ladning i den anden ende. Hvis to polære molekyler er i nærheden af hinanden og vender rigtigt (så den ene vender den negative ende mod den andens positive ende) så vil der være en tiltrækning mellem dem og det er et eksempel på en van der Waals kraft.

Den slags kræfter er medvirkende til at fint støv har en tendens til at klumpe sammen. Tænk på, hvordan mel klistrer til bordet eller kaffepulver til kanten af kaffedåsen. I et helt tørt miljø – som ude i rummet – er det lidt anderledes fordi der ikke er vand til at få støvet til at klumpe og klistre. Til gengæld kan der typisk være meget statisk elektricitet, hvilket ikke strengt taget er en van der Waals kraft, men potentielt er en anden vigtigt effekt, der får støv på en asteroide til at klistre.

Så, igen, på menneskesprog:

Asteroiden (29075) 1950 DA er for let til at være en solid sten, men roterer for hurtigt til at den kan holdes sammen af tyngdekraften. Vi formoder at dens overflade på ækvator er domineret af fint støv og at den svage elektriske tiltrækning mellem støvkornene er med til at holde sammen på den.

Asteroiden roterer som sagt en gang på 2 timer og 7 minutter. 2 timer og 12 minutter er grænsen for, hvornår tyngdekraften lige præcis kan holde sammen på den. Så den roterer kun en lille smule for hurtigt, hvilket understreger at disse elektriske kræfter i støvet ikke er særligt stærke.

En interessant krølle på historien er at asteroiders rotation kan accelerere over tid på grund af den såkaldte YORP effekt. Det er en variant af Yarkovsky effekten (YORP står for: Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddack) hvor asymmetrisk varmestråling fra en asteroide med ujævn form også kan øge dens rotation. Man kan altså forestille sig at (29075) 1950 DA var en grusbunke som gradvist roterede hurtigere og hurtigere indtil sten og klippeblokke på dens ækvator simpelthen løftedes af den og svævede  lige så stille væk, mens støvet blev tilbage på grund af elektrisk tiltrækning mellem støvkorn.

Den sidste pointe er naturligvis at hvis en sådan asteroide kun lige nøjagtigt hænger sammen så skal der meget lidt til at sprænge den i stumper og stykker. Hvis man om 800 år får brug for at ændre dens bane skal man derfor tænke sig om før man skyder en raket ind i den og skal måske overveje alternative metoder til at ændre dens bane. Dette får Politiken også fuldstændig forvrøvlet til følgende, som slet ingen mening giver for mig:

I stedet foreslår der, at forskerne prøver at udvikle metoder, der kan pille ved asteroidens overflade for at forstyrre de kræfter, der holder sammen på den. Hvis de kræfter forsvinder, går den i stykker af sig selv, lyder teorien.

 – pointen er netop at man måske ikke har lyst til at asteroiden går i stykker på vej mod Jorden men hellere vil holde den samlet og skubbe let til dens bane. Under alle omstændigheder er den generelle regel med hensyn til truslen fra asteroider at jo før man opdager dem,  jo længere tid har man til at gøre noget ved det og jo mindre kraft behøver man påvirke med. Med 800 år skulle vi stå nogenlunde sikkert. Det er nok de asteroider, vi ikke har opdaget, som vi i højere grad skal bekymre os om.

Nu vil jeg gå hjem og pleje min forkølelse efter således at have sat tingene på plads. Det tog mig så også det meste af en arbejdsdag, hvilket en journalist på Ritzau jo ikke lige har en lørdag eftermiddag…

 

PS: Phil Plait fik også sin lørdag ødelagt

 

 

 

 

Rosetta ankommer til kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko. Samtidig er kometen Siding Spring på vej mod Mars.

Dette efterår bliver et godt halvår for folk med interesse for kometer.

I forgårs – den 6. august – ankom ESA’s rumsonde Rosetta til sit mål, en komet med det lidet mundrette navn 67P/Churyumov-Gerasimenko og den 19. oktober vil kometen Siding Spring passere ekstremt tæt forbi Mars, hvor hele batteriet af Mars-sonder vil være i højeste beredskab.

Rosetta har været undervejs i over 10 år ad en uhyre kompleks rute som undervejs har ført sonden tre gange tæt forbi Jorden og én gang tæt forbi Mars samt én gang kortvarigt ud i asteroidebæltet og yderligere en gang hele vejen igennem asteroidebæltet (uden problemer, iøvrigt…). De nære passager forbi Mars  og Jorden var såkaldte “gravity assist” manøvrer hvor rumsonden udnyttede tyngdekraften fra planeten til at få yderligere fart på.  Rosetta er nu sammen med kometen 67P ude midt i asteroidebæltet, 405 millioner km fra Jorden og på vej indad mod Solen med omkring 55 000 km/t.

Tidligere rumsonder har passeret tæt på kometer, blandt andet ikke mindre end 6 sonder, der besøgte kometen Halley da den sidst var forbi i 1986 (mest kendt, nok ESA’s Giotto).

Comet_Halley_s_nucleus_as_seen_by_Giotto_node_full_image_2

Halley’s komet fotograferet af rumsonden Giotto i 1986 fra 2000 kilometers afstand (ESA)

Det nye ved Rosetta, og grunden til at det har taget Rosetta 10 år at nå dertil, er at denne sonde som den første nærmer sig en komet OG matcher kometens hastighed således at Rosetta er i samme bane omkring Solen. Rosetta vil følge kometen 67P hele vejen ind forbi Solen (nærmest til Solen i August 2015) og udad mod Jupiter igen. Til sammenligning varede Giottos møde med Halley kun omkring et døgn, hvor kometen blæste forbi med en hastighed på 68 kilometer per sekund i forhold til Giotto.

ESA har offentliggjort en række fantastiske billeder fra Rosetta af 67P/ Chryumov-Gerasimenko:

Comet_on_3_August_2014

67P/Churyumov-Gerasimenko fotograferet af Rosetta’s OSIRIS kamera den 3. August fra en afstand på 285 km. 5.3 km/pixel (ESA)

Jeg er altid utroligt fascineret af nærbilleder af små objekter i Solsystemet, som blot hænger dér med deres asymmetriske, tilfældige form, som et lille bjerg, helt alene ude midt i rummets sorte ingenting.

Comet_details

Detalje fra kometen. 6. August fra 130 km. 2.4 km/pixel (ESA)

67P er en kort-periodet, såkaldt Jupiter-familie -komet med en  omløbstid på kun 6.5 år og en bane, der kun lige så vidt bringer den udenfor Jupiter’s bane (Halleys omløbstid er til sammenligning 76 år). Kometen blev dannet da Solsystemet var ungt ude i de kolde, ydre dele af Solsystemet uden for planeternes baner og er sidenhen blevet kastet ind i sin nuværende bane på grund af påvirkning fra én eller flere af de ydre planeter. Den består formentlig, som andre kometer, primært af is med mindre mængder af mineralsk støv og kulstofforbindelser. En “beskidt snebold” er den populære betegnelse. Kometen er omkring 4 km på den længste led og har, som det ses, en irregulær, aflang form (tyngdekraften fra så lille et legeme er ikke kraftig nok til at trykke den sammen til en kugle). Når den kommer tættere på solen vil noget af isen begynde at sublimere og danne den såkaldte “koma” -en diffus sky af vand og andre gasser- samt kometens hale.

Alt dette kommer vi til at lære mere om fra Rosetta i løbet af det næste år. Til november er det endvidere meningen at Rosetta skal landsætte en lille lander, Philae, på kometens overflade.

Et godt sted at følge Rosetta er hos Planetary Society, som også har produceret denne grafik, der viser den relative størrelse for de 6 kometer, som tidligere har været fotograferet tæt på af rumsonder (Halley er meget passende den største):

20140731_comets_sc_0-000-020_2014

Samtidig, et andet sted i Solsystemet er kometen Siding Spring på vej mod Mars. Siding Spring blev opdaget i januar 2013 fra Siding Spring observatoriet i Australien. I modsætning til 67P er Siding Spring en uhyre langperiodet komet, som kommer fra den såkaldte Oort sky ved Solsystemets alleryderste grænse. Oort skyens kometer er ligesom andre kometer dannet i området lige udenfor de yderste planeter, men er siden blev kastet udad pga. af påvirkning primært fra Jupiter. Siding Spring har formentlig været på vej indad i flere millioner af år, dens nærmeste punkt til Solen vil være kun lige indenfor Mars´s bane,  og dens periode når den igen forlader det indre Solsystem vil være omkring 1 million år. Sådanne kometer ændrer deres bane ved hver passage gennem det indre Solsystem fordi meget små ændringer af deres energi pga. f.eks. påvirkning fra Jupiters tyngdekraft kan give store ændringer i omløbstiden.
SidingSpring_version04-01-full

Grafik, der viser kometen Siding Springs bane forbi Mars.  (NASA/JPL)

Det er uvist i hvor høj grad Siding Spring vil blive aktiv og danne en koma og hale, men den kommer til at passere kun omkring 138.000 km fra Mars. Hvis den har en betydelig koma vil Mars passere gennem komaen. Kometen er i en retrograd bane og vil derfor passere Mars med en høj hastighed på 56 km/s, så selv små støvkorn fra kometen kan være betydelige trusler for rumsonder i bane om Mars. Af samme grund har alle disse sonder lagt deres baner således at de vil være i skjul bag Mars lige idet kometen passerer.

Der er lige nu 3 sonder i bane om Mars og 2 på overfladen. Derudover ankommer to yderligere sonder i begyndelsen af oktober:  NASA’s MAVEN og den indiske Mangalyaan. Ialt 7 sonder vil derfor kunne observere kometen og dens eventuelle effekt på Mars’s atmosfære.  138.000 km er trods alt et stykke vej, så forvent ikke særligt detaljerede billeder af kometens kerne, men hvis den udvikler en kraftig hale kan det blive noget af et syn. Derudover kan det tænkes at Mars’s ydre atmosfære vil se en betydelig påvirkning.

Så: Kometelskere kan berede sig på et spændende efterår.

 

 

Strandsten på Mars vidner om milliarder af år gammelt vandløb

I mit første indlæg her på bloggen fortalte jeg om Curiosity-roverens  studier af leraflejringer i Yellowknife Bay som viste at der her, på bunden af krateret Gale, for milliarder af år siden har ligget en sø, hvor de nødvendige betingelser for liv var til stede.

I løbet af det første halve år på Mars, før ankomsten til Yellowknife Bay,  gjorde Curiosity også en anden opdagelse. Lige hvor roveren landede fandtes, lige under de øverste få centimeter jord, et fladt lag af cementeret sandsten, som hist og her var brudt op og stak op gennem den løse jord ovenover hvor stenen langsomt var i færd med at erodere væk under påvirkning af vind og luftbåret sand.

Cementeret ind i disse klipper var mængder af småsten som var usædvanlige  ved at være glatte, afrundede og flade. Ganske som sten man kan finde på stranden, men usædvanligt for Mars, hvor småsten typisk er mere skarpe og kantede. Småstenene var mange steder eroderet ud af klippen og lå nedenfor i små bunker.

Williams_Science_2013A: Småsten i sandstensklipper i Gale krater, Mars. B: Tilsvarende aflejring fra Atacama-ørkenen i Chile. Billedet er fra artiklen i Science om opdagelsen

Ved analyse af stereobilleder og de deraf afledte 3D-modeller af terrænet var det muligt at samle en omfattende statistik over disse småstens størrelse og form. Flere af mine kolleger her på Niels Bohr Institutet bidrog til analysen. Min kollega Asmus Koefoed har lavet en rigtig fin video, som på poetisk vis beskriver dette arbejde:

Ud fra den observerede grad af afrunding af stenene kan man estimere, hvor langt de er blevet transporteret. Det ser ud til at de er transporteret mindst et par kilometer. Samtidig kan man ud fra deres størrelsesfordeling komme med et bud på hvor dybt vandet mindst har været og hvor hurtigt det er strømmet, for at kunne løfte sten af den størrelse. Afhængigt af antagelser om terrænets hældning og mængden af løst sand kommer man frem til at strømmen havde en minimumsdybde på 3 – 90 cm og hastigheden var 20 – 90 cm/s.

Det vigtige er, at disse observationer ikke med nogen rimelighed kan forklares på anden måde end ved vand, der strømmede ganske livligt på overfladen over betydelige afstande. I mange år har man observeret dale på Mars, som af mange blev tolket som floddale fra en tid med en varmere, tættere atmosfære. Men man kunne  komme med andre mulige (omend lidt spekulative) fortolkninger, såsom sivende grundvand over lang tid eller strømmende lava. Nu kan vi dokumentere at i hvert fald på dette sted, på et bestemt tidspunkt, strømmede vandet på overfladen af Mars.

Hvornår var det så ? Det er svært at sige nøjagtigt, men det var i hvert fald med stor sandsynlighed senere end den periode omkring 3.6-3.8 milliarder år siden, hvor de fleste af floddalene stammer fra. Selve Gale Krater er fra denne periode og har efter sin dannelse gennemgået en lang historie med deponering af store mængder sediment og senere erosion. Disse sandsten repræsenterer sandsynligvis noget af den seneste betydelige geologiske aktivitet i Gale krater.

Tidspunktet for strømmen kan lige nu ikke bestemmes meget bedre end “engang for mellem 1-3 milliarder år siden”. Det er dog også efter vand-på-Mars forhold ret sent og lægger sig sammen med en del nyere evidens for episodisk vandaktivitet ganske langt op i Mars’ historie. Sandsynligvis lå der sne på bakkerne uden for krateret og da klimaet i en kortere periode skiftede (på grund af vulkanisme ?  meteornedslag ?)  smeltede en del af denne sne og strømmede ned i krateret. Faktisk gennemskæres kraterranden af en floddal, Peace Vallis, som kommer ud ovenfor Curiosity’s landingssted. Selvom denne floddal ikke kan følges hele vejen ned til de aflejrede strandsten hænger historien dog meget godt sammen.

Muligvis (sandsynligvis ?) blev leraflejringerne i Yellowknife Bay også dannet ved samme lejlighed. Yellowknife Bay ligger lavere og i forlængelse af det område, hvor småstenene blev fundet. Det er dog også muligt at lerlagene  er betydeligt ældre og repræsenterer lag som har været dybt begravet og siden er blevet frilagt ved (vind)erosion.

Real-time visualisering af NASA’s Deep Space Network.

NASA’s Deep Space Network er et netværk af store radioantenner som bruges til kommunikation med rumsonder på lang afstand fra Jorden. Antennerne er placeret 3 forskellige steder på Jorden. Goldstone-stationen i Californien, Madrid i Spanien og Canberra i Australien.  Dermed er enhver rumsonde, så længe den ikke er for tæt på Jorden, altid synlig fra mindst én af stationerne.  Hver station har en antenne med en diameter på 70 m og en række ‘mindre’ antenner (34 m og 26 m).

“Deep Space” er defineret af den internationale telekommunikations-union som rummet mere end 2 millioner km fra Jordens overflade. Særlige frekvenser er afsat til brug for kommunikation i Deep Space, og udelukkende dér. I parantes bemærket er Månen tættere på end 2 mio. km så rumsonder ved Månen kommunikerer altså ikke gennem Deep Space Network.

I anledning af at Deep Space Network fyldte 50 år gik de tidligere på året i luften med en fin og dejlig hjemmeside, som viser real-time status for alle DSN’s antenner på ethvert givet tidspunkt.

Herunder er et screenshot fra siden, som den ser ud lige nu på min skærm (klik på billedet for bedre opløsning):

DSN

Jeg kan se at antennerne i Madrid lige nu snakker med  satellitterne SOHO og Stereo B, begge satellitter , der observerer Solen (SOHO er vores primære varslingssystem for solstorme). Goldstone-antennerne snakker med satellitterne WIND (solvind), Chandra (røntgenteleskop) og Rosetta (Europæisk komet-mission); og endelig snakker 70 m antennen med Voyager 1 uden for solsystemet, 19 milliarder (!) kilometer væk.  Stationen i Australien vender lige nu mod Mars og snakker med Mars Odyssey og Mars Reconnaissance Orbiter, begge i kredsløb om Mars, og med MSL (Curiosity-roveren) på Mars’ overflade. Formentlig er en del af de data, der modtages fra sonderne i kredsløb om Mars også fra Curiosity, som bruger dem som relæ-stationer.

Når man klikker på en given antenne kan man se yderligere information om radioforbindelsen og jeg kan for eksempel se at signalet fra Voyager 1  er næsten forsvindende 7.41 * 10-20 Watt og kun 159 bits/s, hvilket forklarer, hvorfor 70m antennerne ser ud til at bruge rigtig meget tid på kommunikation med Voyager 1 og 2.

DSN_vgr1

 

Jeg må jo nok tilstå at jeg meget sjældent (faktisk aldrig) af arbejdsmæssige grunde har brug for at vide præcist hvilken rumsonde DSN antennerne kommunikerer med på et givent tidspunkt, men alligevel gør det mig utroligt glad og varm indeni at have adgang til denne information.

Tak, internet !

 

Oceaner i det ydre Solsystem

Det berømte billede “Earthrise” taget fra Apollo 8 i kredsløb om Månen er et ikon fra den tidlige rumalder. Det viser Jorden som en blå juvel mens den står op over Månens horisont.

NASA-Apollo8-Dec24-Earthrise

 

Som en sidebemærkning, så står Jorden kun op over horisonten, fordi Apollo 8 var en rumsonde i kredsløb om Månen. Månen vender altid samme side mod Jorden så hvis man står på Månens overflade står Jorden hverken op eller går ned. Den står bare på himlen (eller, hvis man er på Månens bagside, så er Jorden aldrig synlig).

Jordens blå farve skyldes naturligvis verdenshavene som er et af de mest umiddelbart unikke træk ved Jorden i sammenligning med andre planeter. Det ser imidlertid mere og mere ud til at det faktisk ikke er sandt at Jorden er det eneste legeme i Solsystemet med et hav.

Vand, altså molekylet H2O, er ganske almindeligt i universet. Brint (H) er det mest almindelige grundstof, ilt (O) er nummer 3, og vand er en af de allermest almindelige molekylforbindelser. Det findes på gasform i molekylærskyer i Mælkevejen og i stjerners atmosfærer og det findes som is i store mængder i det ydre Solsystem. Kometer består for en stor dels vedkommende af is, is er en betydelig bestanddel af Saturns ringe og mange af månerne i det ydre solsystem  er meget rige på is.

Det, der ikke er så almindeligt, er at finde vand på flydende form.

Jupiters måne Europa er omtrent på størrelse med vores egen måne og har en overflade, der i det væsentlige består af is. Her ses Europa med Jupiter bagved på et spektakulært foto fra Galileo-rumsonden:

Jupiter-Europa

Jupiter er 5 gange så langt fra Solen, som Jorden, og ude ved Jupiter er solindfaldet 25 gange mindre end her, så der er uhyre koldt. Overfladetemperaturen på Europa er gennemsnitligt omkring -160oC. Ikke desto mindre er det almindeligt antaget at der findes et hav under isen på Europa.

Europas overflade er ung (få meteorkratere) og gennemskåret på kryds og tværs af et komplekst net af sprækker, som giver indtryk af bevægelse i lagene under overfladen. Visse steder, i såkaldt “kaotisk” terræn, ser overfladen ud til at være brudt op og isflager har bevæget sig og roteret før de er frosset fast igen.

Europa har også et svagt magnetisk felt induceret af Jupiters kraftige magnetfelt. Det vil sige at Europas magnetfelt reagerer på ændringer i magnetfeltet fra Jupiter ligesom en elektrisk ledende kugle ville reagere. Is er ikke nogen god elektrisk leder, men vand er (hvis bare der en smule salt/urenheder i det). Så det er yderligere indikation af, at der findes et lag af vand under overfladen.

Hvordan kan det lade sig gøre ? Hvor kommer varmen fra, når temperaturen er -160oC ved overfladen ?

Europa fastholdes af tyngdekraften fra de andre Jupitermåner, specielt Io, i en bane, der er en lille smule elliptisk, således at Europa i løbet af sit kredsløb ændrer afstanden til Jupiter en smule, frem og tilbage. Tyngdekraften fra Jupiter er massiv, så når Europa ændrer afstand til Jupiter deformeres den en smule fordi tyngdekraften er kraftigere på den side , der vender mod Jupiter. Det er samme fænomen, som skaber tidevandet på Jorden, men meget kraftigere. Og den konstante deformering af Europa, frem og tilbage, afsætter nok friktionsvarme til at smelte isen nede under overfladen. Havet under isen på Europa estimeres til at indeholde mere vand end alle Jordens oceaner.

Nu bevæger vi os så endnu længere ud: Ud til Saturn, hvis lille måne Enceladus gemte på en genuint chokerende overraskelse, opdaget af  Cassini-rumsonden første gang i 2005.  Enceladus er kun omkring 500 km i diameter og overfladen består, ligesom Europas af is.

Enceladus_Plumes

Det der flimmer, som ses nede ved sydpolen af Enceladus, er gigantiske gejsere af vand og damp, der sprøjter direkte ud i rummet og kondenserer til iskrystaller.

Enceladus_geysers

En nylig offentliggjort analyse bekræfter eksistensen af et hav under isen på Enceladus’ sydpol. Her har man set på tyngdekraft-påvirkningen fra Enceladus på Cassini rumsonden når den fløj forbi. Ved at analysere små variationer i frekvensen af radiosignalet fra sonden (Doppler-forskydning) kan man kortlægge de små ændringer af rumsondens hastighed (< 1 mm/s) som skyldes variationer i tætheden af materialet inde i Enceladus.

Analysen viser et område under sydpolen på Enceladus hvor tætheden er højere end det øvrige materiale (vand er tungere end is !). Dette hav på Enceladus opvarmes af en lignende proces, som opvarmer Europa, omend de nuværende modeller har svært ved at forklare at opvarmningen af Enceladus er kraftig nok til at holde et hav smeltet. Havet på Enceladus estimeres til at have et rumfang ca. det halve af Østersøen,

Endelig, og som finalen, så viste data fra Hubble-rumteleskopet i slutningen af sidste år vand, som undslap fra Europa. Sandsynligvis ved en proces, som ligner vandsøjlerne fra Enceladus.

Så: Jorden, den blå planet, er ikke det eneste sted i Solsystemet med et hav. Flere af gasplaneternes ismåner opvarmes tilstrækkeligt af tidevandets kræfter til at oceaner kan eksistere under overfladen – og når disse måner deformeres af tidevandskræfterne kan der dannes sprækker i isen som går helt ned til oceanet nedenunder (under kilometervis af is).

Når vandet kommer i direkte kontakt med det tomme rum ovenover spilkoger det eksplosivt og står som kilometerhøje søjler  ud i rummet. Søjler af damp, der siden igen kondenserer til fine iskrystaller.

Naturen er i sandhed forunderlig !

 

 

Hvad er risikoen for at ramme en meteorit med sit faldskærmsudspring ?

Hvis risikoen for at ramme en asteroide i asteroidebæltet er omkring 1 ud af en milliard hvad er så risikoen for at blive ramt af en meteorit under et faldskærmsudspring ?

Man skulle tro at det var en helt rygende usandsynlig hændelse, men ikke desto mindre var det øjensynlig lige ved at ske for en nordmand i 2012:

Jeg vil lade helt være med at regne på sandsynligheder her og bare nøjes med at sige at naturen til tider er forbløffende.

Hvis nogen kan se en bedre forklaring end en meteorit så kommentér endelig. For mig at se kommer stenen ned med for høj fart til at være en sten der ved et eller andet mystisk uheld var blevet pakket med i faldskærmen.

Hvad er risikoen for at ramme en asteroide med sit rumskib ?

I forlængelse af min sidste post stillede min med-blogger Thomas mig dette udmærkede spørgsmål:

Ok, hvis du skal give dit bedste bud… hvis man skyder en sonde ud imod saturn, hvad er så chancen for at den rammer en asteroide?

I Star Wars ved vi at det er svært at komme igennem et asteriode felt, men i virkeligheden er det nok svært at ramme noget som helst.

Er chancen bedre eller værre end at blive ramt af et lyn? Hvor mange gange bedre eller værre?

Modigt påstod jeg at risikoen for at ramme en asteroide på vej gennem asteroidebæltet var mindre end risikoen for at blive ramt af et lyn. Men havde jeg ret i det ? Klogt undlod jeg i første gang at sætte et tal på, men måske vi godt kan lave en eller anden slags estimat af risikoen:

Hvad er risikoen for at blive ramt af et lyn ?  Ifølge myndighederne sker der i Danmark omkring et dødsfald hvert andet år på grund af lynnedslag. Der er lidt over 5.5 millioner mennesker i Danmark. Vi regner i runde tal her, så lad os sige at min risiko for at blive ramt af et lyn i løbet af ét år er:

1 ud af 10 millioner.

Hvad er så risikoen for at ramme en asteroide på vej gennem asteroidebæltet ?

Det første man skal forstå om asteroidebæltet er, at asteroidernes tæthed er drastisk mindre,  end Alex Parkers visualisering giver indtryk af. Det samme gælder en hvilken som helst anden visualisering af asteroidebæltet, du nogensinde har set. På film er det endnu værre:

hoth_asteroid_field_btm.

Grunden til dette er simpel nok. En realistisk visualisering af asteroidebæltet ville se ca. sådan her ud:

asteroids.001

– og det er der jo ikke meget spas ved.

Der er kun én af asteroiderne, 4 Vesta, som på en rigtig god dag kan ses med det blotte øje fra Jorden. Asteroiderne er så små og er spredt over så gigantisk et område at asteroidebæltet stort set udelukkende består af tomt rum.

Ifølge wikipedia har i alt 11 rumfartøjer bevæget sig i asteroidebæltet, og ingen af dem har oplevet kollisioner (se nederst, under “exploration”). Hist og her på internettet  har jeg set tallet 1 ud af en milliard (engelsk: one in a billion) som estimat af risikoen for at ramme en asteroide, men jeg har ikke fundet nogen autoritativ reference.

Jeg har lavet en uhyre grov overslagsberegning (de interesserede kan se nedenfor) og jeg landede faktisk på det samme tal :

1 ud af en milliard

som risikoen for at ramme en asteroide. Det er altså 100 gange mindre end risikoen for at blive ramt af lynet i løbet af et år.

Derned kan vi med en rimeligt god margen nok godt tro på at risikoen for at ramme en asteroide er mindre end risikoen for at blive ramt af lynet i løbet af et år. Så min første indskydelse var korrekt. Og læserne kan roligt fortsætte med deres eventuelle planer om en rumrejse til Saturn uden at bekymre sig om at ramme en asteroide på vejen.

 

—————————————

Her følger min (uhyre grove) overslagsberegning for de særligt interesserede:

Vi vil prøve at estimere asteroidebæltets tværsnitsareal når man skyder en rumsonde ud igennem det fra det indre solsystem. Det vil vi så sammenligne med asteroidernes antal og deres tværsnitsareal.

Afstanden fra Jorden til Solen kaldes en astronomisk enhed (AE) og er i grove tal 150 millioner km. Asteroidebæltet centrum er omkring 2.7 AE fra Solen. Asteroiderne er koncentrerede omkring Solsystemets plan og bliver gradvist færre opad og nedad derfra, men for nemheds skyld lad os sige at asteroiderne er jævnt spredt over et bånd, der går 1/10 AE over og under solsystemets plan. Det er ikke helt tåbeligt, som det ses på Alex Parkers visualisering. Asteroidebæltet  ligger altså (i vores grove beregning) spredt over et fladt, cirkulært bånd med en radius på 2.7 AE og en bredde på 0.2 AE. Det bånd har et areal på 2* π * 2.7 AE * 0.2 AE ~ 7.6 * 1016 km2

Altså  76  billiarder kvadratkilometer ! 
-som vores estimat af asteroidebæltets tværsnitsareal når man kigger udaf fra det indre Solsystem.

Asteroiderne er naturligvis også fordelt over en betydelig udstrækning i den tredje dimension, (variation i afstanden til Solen), men det vil vi ignorere her, da det jo er den retning vores rumsonde bevæger sig.

Hvor mange asteroider er der så ?  Igen Ifølge wikipedia er der anslået 25 millioner asteroider på over 100 m i diameter. Hvis vi dividerer det tal op i arealet af vores bånd ovenfor finder vi (runde tal):

En asteroide for hver 3 milliarder kvadratkilometer. 

Nu har vi så brug for et passende vægtet gennemsnit af asteroidernes størrelse. De bliver hurtigt færre når størrelsen går op (25 millioner over 100 m, 4 millioner over 300 m). Lad os for nemheds bruge tallet 200 m i diameter.  Sådan en asteroide har et tværsnit på omtrent 0.03 kvadratkilometer.

Divider 0.03 op i 3 milliarder og vi finder at risikoen for at ramme en asteroide (på over 100 m) er:

1 ud af 100 milliarder

Den opmærksomme læser vil vide at jeg i ovenstående beregning har hugget en hæl, klippet en tå, sat π=3 og på alle måder lavet meget grove approksimationer, men ikke desto mindre skal resultatet nok være rigtigt indenfor i hvert fald en faktor 10.

Her er problemet imidlertid: Hvor mange asteroider under 100 m i diameter er der ?  Det ved vi faktisk ikke. Ved de mindre størrelser følger antalsfordelingen tilnærmelsesvist en potensfunktion med eksponenten -2.3. Det vil sige at der er flere og flere asteroider, jo mindre størrelser, vi ser på. Asteroidebæltets samlede masse er domineret af de største objekter og vi kan derfor med god præcision bestemme denne (~4% af Månens masse). Men asteroidernes samlede tværsnit er domineret af de mindste objekter. Med andre ord er risikoen for at ramme en asteroide, der er mindre end 100 m efter al sandsynlighed langt større end risikoen for at ramme en asteroide på over 100 m. Men præcist hvor stor er meget svært at sige, da vi ikke ved om størrelsesfordelingen bliver med at adlyde den samme lovmæssighed når vi går til mindre størrelser.

Hvis denne lov bliver ved at gælde er der ca. 7000 gange så mange asteroider mellem 10 cm og 100 meter som det samlede antal over 100 m. Under 10 cm er vi måske ved at være dér, hvor rumsonden har en chance for at overleve sammenstødet (afhængigt af om det er et solpanel eller centralcomputeren, der bliver truffet). Hvis asteroiden er mindre end rumsonden så er det rumsondens areal , der er relevant for risikoen for at blive ramt. Lad os sætte rumsondens diameter til 20 meter, så arealet bliver 1/100 af det tal, vi benyttede før. Den samlede risiko er altså 7000 * 1/100 = 70 gange det tal, vi fandt før. Lad os runde op til 100 da vi jo stadig har ignoreret objekter under 10 cm i diameter.

Vi slår altså ud med hånden og siger at risikoen for at ramme en asteroide i alt er 100 gange større end risikoen for at ramme en asteroide på over 100 m. Vi kommer dermed frem til at risikoen for at ramme en asteroide er:

1 ud af en milliard

Som også var det tal, jeg havde set citeret hist og her, så det er nok ikke helt tåbeligt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100.000 Asteroider

Planetforskeren Alex Parker har lavet en imponerende simulering af 100.000 kendte asteroiders bevægelse. Asteroiderne er vist i forskellige størrelser og farvekodede efter deres spektrale karakteristika. Det vil sige forskellige farver viser forskellige klasser af asteroider, som reflekterer sollys forskelligt. Asteroiders reflektions-spektrum er en indikation af, hvad asteroiden består af. 

Man ser, hvordan asteroiderne er fordelt i en ganske tyk torus og en del af dem har baner, der bevæger sig en betydelig afstand over og under solsystemets plan. Derudover ser man selvfølgelig at de inderste asteroider roterer hurtigere end de yderste i overensstemmelse med Keplers love. Man ser, hvordan asteroidebæltets indre rand ikke er helt cirkulær, men følger Mars’s elliptiske bane og man kan også se de særlige familier af “trojanske” asteroider som bevæger sig langs Jupiters bane, men foran og bagved Jupiter bundet til de såkaldte L4 og L5 Lagrange-punkter.

Asteroidernes baner er naturligvis primært bestemt af Solens tyngdekraft, men både Jupiter og Mars spiller også med og for eksempel findes der ingen asteroider  med perioder på præcis halvdelen eller en tredjedel af Jupiters periode. Sådanne baner er ikke stabile pga. resonans med Jupiters bane. Asteroiden passerer Jupiter de samme steder i sin bane hver gang, hvilket forstærker effekten af Jupiters tyngdekraft over lang tid. Dette skaber de såkaldte Kirkwood Gaps. 

Nu vil jeg sætte mig til at stirre hypnotiseret på Asteroidernes dans den næste time eller to.