ลาก่อน Philae หลับให้สบายบนดาวหาง 67P

Posted on มกราคม 14, 2016 Updated on มกราคม 16, 2016

ก่อนจะเล่าถึงตอนจบ เรามาย้อนดูตั้งแต่เริ่มแรกกัน

การเดินทางที่แสนยาวนาน

องค์อวกาศยุโรปหรืืออีซ่า (ESA) ได้ตั้งเป้าหมายที่จะศึกษาดาวหางที่มีชื่อยาวมากๆว่า 67พี/ชูรูย์มอฟ–เกราซีเมนโค (67P/Churyumov–Gerasimenko) ตามเชื่อนักดาราศาสตร์ชาวโซเวียต(รัสเซีย)ผู้ค้นพบทั้ง 2 คน ขอเรียกสั้นๆว่า 67P

จึงได้ออกแบบยานลงจอด (Lander) ชื่อว่า Philae (ฟายเล/ฟิเล/ไฟลี) เป็นยานลงจอดอยู่กับที่ไม่มีล้อ มีเครื่องมือวิทยาศาสตร์เพื่อศึกษาพื้นผิวของดาวหาง[หากมีล้อจะเรียกว่ายานโวเวอร์(Rover)] อีกยานหนึ่งเป็นยานโคจรชื่อว่า Rosetta (โรเซตตา) เพื่อศึกษาลักษณะภูมิประเทศและศึกษาฝุ่นและก๊าซต่างๆจากระยะไกล ยานทั้งสองถูกยิงขึ้นสู่อวกาศไปทีเดียวพร้อมกัน เมื่อวันที่ 2 มีนาคม 2547 หรือเมื่อสิบกว่าปีที่แล้ว จากฐานปล่อยที่ศูนย์อวกาศเกียนาในเฟรนช์เกียนา จังหวัดโพ้นทะเลของฝรั่งเศสในอเมริกาใต้

การเดินทางไปยังดาวหาง 67P ซับซ้อนกว่าปกติมากและใช้เวลาเดือนทางเป็น 10 ปี

1434478367-Rosettasjo-o

ภาพจาก ESA

ลำดับการเดินทางเป็นดังนี้

ออกจากโลก 2 มีนาคม 2547
จากนั้นโคจรไปพร้อมกับโลกและอีกหนึ่งปีกลับมาโคจรผ่านโลก(Fly by)ครั้งที่ 1 เมื่อ 4 มีนาคม 2548
จากนั้นอีกสองปีโคจรผ่านดาวอังคาร เมื่อ 25 กุมภาพันธ์ 2550 ยานเคลื่อนที่ผ่านเงามืดของดาวอังคารเป็นเวลา 15 นาที ซึ่งแบตเตอรี่ของยานไม่ได้ออกแบบไว้เพื่อการนี้ การโคจรครั้งนี้ถูกเรียกว่า “พนันพันล้านยูโร” (The Billion Euro Gamble) แต่ยานก็โคจรผ่านไปได้ด้วยดี และยานก็ได้ถ่ายภาพดาวอังคารไว้ด้วย ภาพถ่ายโดยกล้อง CIVA ของยาน Philae ที่ความสูง 1,000 กิโลเมตร

Stunning_image_of_Rosetta_above_Mars_taken_by_the_Philae_lander_camera_node_full_image_2

ภาพจาก ESA

ช่วงปลายปียานกลับมาโคจรผ่านโลกครั้งที่ 2 เมื่อ 13 พฤศจิกายน 2550 ครั้งนี้มีนักดาราศาสตร์ท่านหนึ่งเข้าใจผิดคิดว่าเป็นดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกจึงตั้งให้มันว่า 2007 VN84 ต่อมาจึงเข้าใจว่าเป็นยาน Rosetta นี่ถ้าเป็นยานเอเลี่ยนผ่านมาจะคิดว่าเป็นอย่างอื่นมั๊ยเนี่ย
อีกปีต่อมาโคจรผ่านดาวเคราะห์น้อย 2867 Šteins วัตถุจากแถบดาวเคราะห์น้อย เมื่อ 5 กันยายน 2551 ได้ถ่ายภาพด้วยกล้อง OSIRIS ที่ระยะห่าง 800 กิโลเมตร

2867_Šteins_by_Rosetta_(reprocessed).png

ภาพจาก ESA

ปีต่อมากลับมาโคจรผ่านโลกอีกครั้ง 3 เมื่อ 13 พศจิกายน 2552 การโคจรผ่านโลกและดาวอังคารหลายครั้งเป็นการเพิ่มความเร็วของยานช่วยในการประหยัดเชื้อเพลิง
ปีต่อมาโคจรผ่านดาวเคราะห์น้อย 21 Lutetia เมื่อ 10 กรกฎาคม 2553 และได้ถ่ายภาพ ที่ระยะห่าง 3,162 กิโลเมตร

ภาพจาก ESA

ปีต่อมาจึงให้ยานเข้าสู่โหมดหลับไหล เมื่อ 8 มิถุนายน 2554 เพื่อประหยัดพลังงาน
อีกสามปีต่อมายานถูกปลุกขึ้นมา เมื่อ 20 มกราคม 2557

คลิปการเดินทางเป็นการ์ตูนน่ารัก

ประมานช่วงเดือนพฤษภาคมของปีเดียวกัน ยานติดเครื่องยนต์เพื่อลดความเร็วสัมพัทธระหว่างยานและดาวหาง 67P จาก 775 เมตรต่อวินาทีเหลือ 7.9 เมตรต่อวินาที
ประมาณเดือนสิงหาคม 2557 ยานมาถึงดาวหาง 67P จนได้ ณ จุดๆนี้ ยานอยู่ห่างจากโลกประมาณ 405 ล้านกิโลเมตร อยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัส ดาวหางมีคาบการโคจร 6.44 ปีต่อหนึ่งรอบ ยานได้ใช้กล้อง OSIRIS ถ่ายดาวหางที่ระยะห่าง 285 กิโลเมตร

Comet_on_3_August_2014_node_full_image_2

ภาพจาก ESA

มาถึงแล้วจะลงจอดตรงไหนดีนะ จึงมีการตั้งคณะคัดเลือกจุดลงจอดขึ้นมาประกอบด้วยวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์พิจารณาจุดลงจอดที่เป็นไปได้ 5 จุด ในที่สุดก็เลือกจุดลงจอด J

ESA_Rosetta_OSIRIS-Landing-Site-Context-900x300

ภาพจาก ESA

ESA_Rosetta_OSIRIS_140914_Jmosaic_annotated-350x344.jpg

ภาพจาก ESA

จากนั้นทำการเข้าสู่วงโคจรที่ซับซ้อนมากๆเพื่อปล่อยยานแลนเดอร์ ขนาดคนเล่นเกม Kerbal space program อย่างผมยังอึ้ง ศึกษาทำวงโคจรได้ที่นี่(ค้นคำว่า manoeuvres)

คลิปสรุปภาพรวมการเดินทาง

การลงจอดที่แสนหวาดเสียว

เวลาประมาณ 08:35 GMT ของวันที่ 12 พศจิกายน ยานลงจอด Philae แยกตัวออกจากยานโคจร Rosetta สัญญานยืนยันมาถึงโลกอีกประมาณประมาณครึ่งชั่วโมงต่อมา 09:03 GMT

ถ่ายภาพยาน Philae แยกตัวเวลา 10:24 GMT และ 14:24 GMT

Descent_to_the_surface_of_a_comet_node_full_image_2

ภาพจาก ESA

ยานลงสัมผัสถึงพื้นเวลา 15:34 GMT สัญญาณยืนยันมาถึงโลก เวลา 16:03 GMT

ภาพจาก ESA

เหตุการณ์ไม่เป็นไปอย่างที่คาดคิด ฉมวกที่ใช้ยิงเกาะติดกับพื้นไม่ทำงาน ทรัสเตอร์สำหรับผลักให้ยานกดติดกับพื้นไม่ทำงาน พื้นผิวที่ลงจดนุ่มและเป็นปุยกว่าที่คาด ทำให้กระเด้งจากพื้นลอยขึ้นไปประมาณ 1 กิโลเมตร แต่ขณะนั้นยังไม่มีใครทราบว่ายานกระเด้ง หลังการตรวจจับการสัมผัสพื้นครั้งแรก Reaction wheel ก็หยุดทำงาน ส่งผลให้โมเมนตัมถ่ายไปยังตัวยานทำให้ยานหมุน 13 วินาทีต่อ 1 รอบ เวลา 16.20 GMT ยานเหมือนจะเฉียดเข้ากับอะไรบางอย่าง ทำให้ยานหมุนช้าลงgxHo 24 วินาทีต่อ 1 รอบ ลอยอยู่เกือบ2 ชั่วโมง ยานตกลงมาสัมผัสพื้นครั้งที่ 2 เวลา 17:25 GMT และกระเด้งอีกครั้งแต่เบากว่าครั้งแรก ลอยจากพื้นอยู่เกือบ 6 นาที ลงจอดถึงพื้นสนิทเวลา 17:31 GMT ถือว่าเป็นยานลงจอดดาวหางลำแรกของประวัติศาสตร์มนุษย์

คลิปจำลองการลงจอดของ Philae

จริงๆตั้งใจจะลงอย่างนี้

Rosetta : เฮ้ แกมาที่นี่ไม่มาเพื่อเล่นนะ
Philae : ฉันแค่กระโดดตื่นเต้นดีใจเอง

เมื่อลงจอดสนิทเรียบร้อยแล้วได้ถ่ายภาพแรกที่พื้นผิวมาให้ดู

ภาพจาก ESA

โชคไม่ดีไปอีกเมื่อจุดที่ยานกระเด้งไปตกนั้น มีแสงอาทิตย์ส่องผ่านน้อย อาจจะเป็นใต้ผาหรือผนังของหลุมอุกาบาต ไม่ทราบจุดลงจอด แบตเตอรีถูกออกแบบมาให้ใช้งานได้ประมาณ 60 ชั่วโมง ยานเปิดใช้เครื่องมือที่ไม่ค่อยใช้กลไกเคลื่อนไหว คิดเป็น 80% ของแผนการเก็บข้อมูลเดิม และส่งข้อมูลลับมา วันที่ 15 พฤศจิกายน 2557 เวลา 00:36 GMT สัญญาณก็ขาดหายไป

นักวิทยาศาสต์หวังว่ายานจะสามารถตื่นขึ้นได้อีกครั้งเมื่อดาวหางโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มาที่สุดหรือเรียกว่า Perihelion ในช่วงเดือนสิงหาคมของปี 2015

1434290182-Philae-o

ระหว่างที่ยานหลับ เรามีดูอุปกรณ์ของยาน Philae ว่ามีอะไรบ้าง

ภาพจาก ESA

APXS : Alpha Particle X-ray Spectrometer
เครื่องสเปคโตรมิเตอร์อนุภาคอัลฟาและรังสีเอ็กซ์ : ใช้ศึกษาธาตุองค์ประกอบของดาวหาง เป็นรุ่นที่พัฒนามาจาก APXS ของยาน Pathfinder ที่อยู่บนดาวอังคาร ตัวอย่างที่พื้นผิวจะถูกฉายรังสีอัลฟาและเอ็กสีเรย์ ตรวจจับการกระจายตัวของอนุภาค ทำให้สามารถคำนวนน้ำหนักของนิวเคลียสอะตอมได้

CIVA : Comet Nucleus Infrared and Visible Analyser
กล้องวิเคราะห์นิวเคลียสดาวหางย่านอินฟาเรดและแสงตาเห็น : กล้องสำหรับถ่ายภาพพาโนรามา 7 ตัว กล้องจุลทรรศน์ย่านตาเห็น สเปคโตรมิเตอร์ย่านอินฟาเรด ใช้ถ่ายภาพและดูความสามารถในการสะท้อนแสงของตัวอย่างที่พื้นผิว

CONSERT : COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission
เครื่องทดลองรอบๆนิวเคลียสดาวหางโดยการส่งคลื่นวิทยุ : ใช้จัดคอนเสิร์ตบนดาวหาง เอ้ย! ไม่ใช่ ใช้ศึกษาโครงสร้างภายในของนิวเคลียสดาวหางโดยการส่งเรดาห์คลื่นวิทยุจาก Philae และ Rosetta คลื่นที่ถูกปล่อยออกมาเมื่อผ่านวัตถุจะมีความเร็วช้าลงเมื่อเทียบกับในอวกาศ วัสดุที่ต่างกันจะส่งผลต่อความเร็วที่ต่างกัน

COSAC : The COmetary SAmpling and Composition
เครื่องวิเคราะห์ตัวอย่างและองค์ประกอบดาวหาง : จำแนกองค์ประกอบก๊าซและระบุโมเลกุลอินทรีย์ วัดอัตราส่วนมวลต่อประจุ

MUPUS : MUlti-PUrpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science
เซ็นเซอร์เอนกประสงค์สำหรับพื้นผิวและใต้พื้นผิว : ใชัวัดความหนาแน่น วัดอุณหภูมิ และคุณสมบัติเชิงกลของพื้นผิวและใต้พื้นผิวดาวหาง

Ptolemy
ทอเลมี : วิเคราะห์ก๊าซโดยการวัดอัตราส่วนไอโซโธปเสถียรของธาตุเบา เช่น ไฮโดรเจน คาร์บอน ไนโตรเจนและออกซิเจน

ROLIS : Rosetta Lander Imaging System
ระบบถ่ายภาพของยานลงจอดโรเซตตา : ถ่ายภาพความระเอียดสูงสำหรับการลงจอด

ROMAP : Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor
เครื่องตรวจวัดแม่เหล็กและพลาสมายานลงจอดโรเซตตา : ใช้ศึกษาสนามแม่เหล็กและพลาสมา และปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะ

SD2 : Sampling, drilling and distribution subsystem
ระบบขุดเจาะและเก็บตัวอย่าง : เป็นสว่านเหล็กกล้าและไทเทเนียมยาวเกือบหนึ่งไม้บรรทัด ใช้เจาะพื้นผิวและเก็บตัวอย่างนำไปวิเคราะห์กับเครื่อง Ptolemy, COSAC, และ CIVA นอกจากนั้นยังมีเครื่องหมุน เครื่องตรวจปริมาตร เตาแพลทินัม 26 เตาสำหรับให้ความร้อนตัวอย่าง – เป็นเตาอุณหภูมิปานกลาง 10 เตา (180 °C) เตาอุณหภูมิสูง 16 เตา (800 °C) และเตาสำหรับทำความสะอาดสว่านอีก 1 เตา

SESAME : Surface Electric Sounding and Acoustic Monitoring Experiment
เครื่องทดลองตรวจวัดทางไฟฟ้าและเสียงที่พื้นผิว : ใช้ตรวจสอบคุณสมบัติไฟฟ้า ตรวจจับเส้นทางการเดินทางของเสียงในพื้นผิว กระแทกฝุ่นและวัดฝุ่นที่ตกลงมา

เครื่องมือและการออกแบบยานเกิดจากกการสร้างสรรของหน่วยงานและมหาวิทยาลัยจากหลายๆประเทศได้แก่ ออสเตรีย เบลเยียม แคนาดา ฟินแลนด์ ฝรั่งเศส เยอรมัน ฮังการี ไอร์แลนด์ อิตาลี เนเธอร์แลนด์ โปแลนด์ สเปน สวิสเซอร์แลนด์ และสหราชอาณาจักร

ชื่อของยาน Philae มาจากเสาหินที่มีอักษรโบราณใช้อ่านควบคู่กับหิน Rosetta stone เพื่อใช้ในอาการถอดรหัสอักษรภาพอียิปต์โบราณ

401px-Geograph-1789450-by-Eugene-Birchall

ภาพจาก Wikipedia

ข้อค้นพบจาก Philae และ Rosetta

-พบว่ามีน้ำ น้ำแข็ง คาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนนอกไซด์ คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน องค์ประกอบอินทรีย์ได้แก่ อะซีตาไมด์ อะซีโตน มิธิลไอโซไซยาเนต โพรพิโอนัลดีไฮด์

-ผลการศึกษแม่เหล็กจากเครื่อง ROMAP ค่อนข้างมั่นใจว่าดาวหางเป็นวัตถุไม่ใช่แม่เหล็ก

-เครื่องสเปตโตกราฟ Alice ของ NASA บน Rosetta พบว่าโฟตอนอุลตาไวโอเลตจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ชนเข้ากับโมเลกุลของน้ำทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาและไปชนเข้ากับโมเลกุลของน้ำอื่นทำให้น้ำแตก ตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน เช่นเดียวกับคาร์บอนไดออกไซด์ก็แตกตัวออกมาเป็นคาร์บอน

-เครื่อง ROSINA บนยาน Rosetta ตรวจพบว่า น้ำ (H20) ที่พบมีอัตราส่วนดิวเทอเรียมต่อไฮโดรเจนสูงกว่าบนโลกสามเท่า ดิวเทอเรียมคือไฮโดรเจนที่มีนิวตรอนเพิ่มเข้ามาอีก 1 ตัว น้ำที่ไฮโดรเจนเป็นดิวเทอเรียมจะเรียกว่า “น้ำหนัก” หรือ “น้ำมวลมาก” เป็นไปได้ว่าน้ำจากบนโลกอาจไม่ได้มาจากดาวหางประเภทเดียวกับดาวหาง 67P ในดาวหาง 11 ดวงที่เคยตรวจวัดมีเพียงดาวหาง 103P/Hartley 2 จากดาวพฤหัส เพียงดวงเดียวที่มีน้ำคล้ายกับโลก

-วัฐจักรน้ำแข็งของดาวหาง ข้อมูลจาก VIRTIS บน Rosetta แสดงให้เห็นถึงวัฐจักรของน้ำที่สอดคล้องกับการหมุน 12.4 ชั่วโมงต่อรอบของดาวหาง น้ำซึมออกในจากพื้นผิวและระเหยเมื่อถูกความร้อนจากแสงอาทิตย์ในเวลากลางวัน และตกกลางคืนน้ำที่ซึมออกมาจะแข็งตัวแต่เคลือบผิวหน้าของดาวหางไว้ และจะระเหยอีกครั้งเมื่อเข้าสู่ช่วงกลางวันวนเป็นวัฐจักร

Comet-67P-water-cycle

ภาพจาก skyandtelescope.com

-ดาวหาง 67P อาจเป็น 2 ชิ้น เมื่อดูจากลักษณะโดยรวมคร่าวๆแล้วดาวหาง 67P จะดูเหมือนจะเป็น2 ก้อนติดกัน ก้อนหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอีกก้อนหนึ่งเป็นสองเท่า รูปร่างเหมือนเป็ดยางของเล่นสีเหลือง ทีมใช้กล้อง OSIRIS ศึกษาลักษณะพื้นผิวบริเวณคอเป็ดมากกว่า 100 จุร่วมกับการศึกษาแรงโน้มถ่วงเฉพาะถิ่น เป็นไปได้ว่าดาวหางนี้จะเกิดจาก 2 ชิ้นมาชนติดกันด้วยความเร็วต่ำ มากกว่าที่จะเป็นชิ้นเดียวและถูกกัดกร่อนไป จึงตั้งชื่อก้อนหนึ่งว่า Churyumov และอีกก้อนหนึ่งว่า Gerasimenko

Layers_on_the_comet_s_surface_large

ภาพจาก ESA

-เมื่อดาวหางโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ทำให้ได้ภาพอันน่าตื่นเต้นนี้

Approaching_perihelion_large (1)

ภาพจาก ESA

ESA_Rosetta_OSIRISwac_20141122-350x350

ภาพจาก ESA

ตื่นอีกครั้งหลังจากหลับ

13 มิถุนาคม 2558 ยาน Philae ตื่นขึ้นอีกครั้ง โลกได้รับสัญญาณ 85 วินาที จาก ยาน Philae ที่ส่งต่อมาจาก Rosetta อีกที Rosetta ได้ข้อมูลว่ายานยังอยู่ในสภาพดีและสามารถชาร์จไฟจนสามารถออกจาก safe mode ได้ ประวัติข้อมูลบอกว่ายานตื่นก่อนหน้านี้แล้วแต่ไม่สามารถติดต่อกับ Rosetta ได้ ยานรายงานว่าได้ทำงานที่อุณหภูมิ -35 องศาเซลเซียส ที่กำลังไฟฟ้า 24 วัตต์

จากนั้นยานติดต่อกันได้เป็นครั้งคราวครั้งละไม่กี่นาที ประมาณ 2 ครั้งต่อวัน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งทิศของเสาอากาศของ Philae ตำแหน่งในวงโคจรของ Rosetta และกระแสไฟฟ้าที่สามารถชาร์จได้ ทีมงานจึงเปลี่ยนวงโคจรของ Roseta ให้ใกล้เข้ามาอีก แต่เข้าใกล้ไม่ได้มากนักเนื่องจากต้องระวังการส่ายของดาวหาง ถึงอย่างนั้นสัญญานก็ยังไม่ชัดอยู่ดี และสัญญาณก็ขาดหายไปในที่สุด ครั้งสุดท้ายคือวันที่ 9 กรกฎามคม 2558

หลับอีกตั้งและปลุกไม่ตื่น

หลังจากเดือนกรกฎคม 2558 เราก็ไม่ได้รับสัญญานจาก Philae อีกเลย และดวงหางก็โคจรออกห่างจากดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้จุดที่ Philae อยู่ยิ่งมืดและหนาวเข้าไปอีก ทีมได้ลองสั่งคำสั่งไปหลายครั้งแล้ว แต่ดููเหมือนว่า Philae จะจากไปอย่างเป็นทางการ “เราต้องเผชิญหน้ากับความความเป็นจริง ความหวังมีน้อยและน้อยลงไปเรื่อยๆทุกๆวัน และยานก็ยิ่งห่างออกไปเรื่อยๆจากดาวอาทิตย์” กล่าวโดยกล่าวโลก Stephan Ulamec ผู้จัดการโครงการยานลงจอด Philae

น่าเสียดายที่ข้อมูลช่วงเดือนมิถุนาน 2558 ไม่ได้ถูกส่งกลับมาทั้งหมด ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องใช้ข้อมูลของเดือนพฤศจิกายน 2557 แทน

ขณะที่ยานโคจร Rosetta ก็พยายามกล้องค้นหาหายาน Philae แต่ยานนั้นก็อยู่ใกลเกินไปและยาน Philae ก็มีขนาดเล็กเกินไปที่จะมองเห็นได้ตรงๆ

แต่ก็ยังคงมีความหวังเล็กๆครั้งสุดท้าย เมื่อ Rosetta สิ้นสุดภาระกิจในเดือนกันยานยนของปีนี้ มีแผนจะให้ยานลดอยู่วงโคจรระดับต่ำและลงไปแตะที่พื้นผิว พอมีโอกาสที่จะได้ถ่ายภาพยาน Philae จากระยะใกล้ ซึ่งจะทำให้รู้ต่ำแหน่งของยาน Philae ช่วยให้ตีความข้อมูลของเดือนพฤศจิกายนได้ถูกต้องยิ่งขึ้น

แม้จะยานจะไม่สามารถทำภาระได้ตามแผนเดิมที่วางไว้ แต่ก็ถือว่าประสบความเร็จไม่น้อย เป็นก้าวหนึ่งของความพยายามของมนุษย์ที่จะเข้าใจธรรมชาติและจักรวาล

philae