Hera na tropie kosmicznej katastrofy
DART (Double Asteroid Redirection Test) to pierwsza misja kosmiczna, której zadaniem było przetestowanie programu ochrony Ziemi przed zagrażającymi jej w przyszłości asteroidami czy kometami. Sonda zbliżyła się do pary asteroid z pobliskiej grupy Amora – znajdującej się ok. 11 mln km od Ziemi – i uderzyła w mniejszą z nich. Ta para to Didymos (średnica 780 m) i krążący wokół niego Dimorphos (średnica 163 m). Zadaniem zbudowanej przez NASA sondy DART było nie zniszczenie Dimorphosa, lecz jedynie zmiana jego orbity wokół większego towarzysza. Badacze chcieli sprawdzić, czy w ten sposób da się unieszkodliwić zbliżający się do Ziemi obiekt kosmiczny poprzez korekcję trajektorii jego lotu. Wcześniej wykonywano jedynie symulacje takich zdarzeń, a ponad dwa lata temu przeprowadzono w końcu prawdziwy test w kosmosie. Sonda wystartowała w listopadzie 2021 r., a z asteroidą Dimorphos zderzyła się 22 września 2022 r.
Dimorphos zmienia orbitę
Misja była bardzo ciekawa z wielu względów. Po pierwsze, by uznać ją za udaną, nie wystarczyło tylko uderzyć w asteroidę. Trzeba było ten fakt i jego skutki dokładnie zaobserwować. Dlatego razem z sondą DART w stronę Didymosa i Dimorphosa poleciał też mały (14-kilogramowy) próbnik LICIACube, który na 10 dni przed zderzeniem odłączył się od DART i zajął taką pozycję, by przelecieć nad miejscem zderzenia 3 min po fakcie. I tak zrobił. Wykonał wówczas serię dokładnych zdjęć. Poza tym sam DART był wyposażony w bardzo czułą kamerę DRACO, która utrwaliła obraz dwóch asteroid, po czym uległa zniszczeniu wraz z całą sondą.
Przez cały czas podróży do układu Didymos– –Dimorphos DART był sterowany z Ziemi, ale na 4 godz. przed zderzeniem zaczął pracę autonomiczną, to znaczy zarządzanie nim przejęło oprogramowanie SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation). Wtedy już wyłącznie od niego zależało, czy pędząca z szybkością 24 tys. km/h sonda trafi w niewielką asteroidę, tylko nieco większą od stadionu piłkarskiego. Istotną częścią SMART Nav była właśnie kamera DRACO, wykonująca zdjęcia co sekundę; i taki też był interwał korekt toru lotu sondy. Czyli wszystko rozgrywało się niezwykle szybko. DART wyposażono jeszcze w nowatorski system paneli fotowoltaicznych, rozwijających się jak dywan, oraz jonowy silnik NEXT (NASA Evolutionary Xenon Thruster), który był podczas misji jedynie testowany. Podstawowy napęd konstrukcji stanowiły silniki na hydrazynę.
Pierwotnie Didymos i Dimorphos obiegały wspólny środek masy w czasie 11 godz. i 55 min. Według założeń misji po uderzeniu sondy DART w drugą asteroidę okres jej obiegu wokół większego towarzysza miał zmaleć, i to znacząco. Po kilku tygodniach obserwacji okazało się, że zmalał aż o 32 min. Czyli orbita asteroidy istotnie się zmieniła, została zacieśniona – Dimorphos zbliżył się do Didymosa. Naukowcy uważają, że efekt uderzenia został jeszcze wzmocniony przez odrzut materii Dimorphosa z miejsca uderzenia. Misja zakończyła się zatem sukcesem. Skoro można istotnie zmienić orbitę asteroidy metodą impaktową, czyli uderzając w obiekt, to da się również w ten sposób zmienić trajektorię lotu asteroidy ku Ziemi, by ostatecznie ominęła naszą planetę.
Sonda Hera wkracza do akcji
Już gdy planowano misję DART, zakładano, że po jej zakończeniu do układu Dimorphos–Didymos poleci inna sonda, by dokładnie zbadać skutki zderzenia, czyli ustalić, jak zmienił się okres orbitalny i kształt Dimorphosa. Miała to być Hera, sonda zbudowana przez Europejską Agencję Kosmiczną. Niemal w całości skonstruowali ją niemieccy inżynierowie. Ostatecznie została wystrzelona w kosmos 27 października ub.r. na pokładzie rakiety Falcon 9 z Bazy Sił Kosmicznych Vandenberg w Kalifornii. Waży 1128 kg, jest naszpikowana przyrządami pomiarowymi i kamerami oraz wiezie na pokładzie dwa 12-kilogramowe cubesaty, których zadaniem będzie wylądowanie na powierzchni Dimorphosa pod koniec trwania misji. To Juventas i Milani, każdy wielkości pudełka na buty. Właściwa misja rozpocznie się 28 grudnia 2026 r., czyli za 2 lata, i potrwa 6 mies. Wśród przyrządów badawczych Hery bardzo ważną rolę odgrywają dwie kamery AFC (Asteroid Framin Camera). Zespół naukowy wykorzysta ich zdjęcia do obliczenia cyfrowego modelu terenu planetoidy i poszukiwania zmian spowodowanych uderzeniem DART w Dimorphosa. Te badania mają dać odpowiedź na kilka pytań: Czy na Dimorphosie powstał krater? Czy zmienił się kształt całej asteroidy? Czy wyrzucony materiał miał również wpływ na powierzchnię Didymosa?
Z kolei nanosatelity Juventas i Milani będą obserwować Dimorphosa z bliska i ostatecznie spróbują wylądować na nim w końcowej fazie misji, aby zmierzyć charakterystykę jego powierzchni, strukturę wnętrza i pole grawitacyjne. Dokładne określenie struktury wnętrza asteroidy będzie tym samym pierwszym takim badaniem w historii. Pomiary te mają też m.in. na celu określenie dokładnej masy Dimorphosa, która zostanie przedtem wstępnie określona przez AFC. Uzyskane dane posłużą do obliczenia, w jaki sposób trajektorie innych ciał niebieskich mogłyby zostać odchylone, co pomogłoby w budowaniu strategii obronnej przed asteroidami znajdującymi się na kursie kolizyjnym z Ziemią. Będą również kolejnym ważnym krokiem w ogólnych badaniach planetoid. W planach jest posadowienie na Dimorphosie obu nanosatelitów lub przynajmniej jednego z nich.
Uderzenia asteroid w Ziemię są bardzo rzadkie, ale mogą mieć poważne konsekwencje. 15 lutego 2013 r. ok. 1500 osób zostało rannych, gdy taki obiekt o średnicy 20 m wszedł w atmosferę ziemską w pobliżu Czelabińska, rosyjskiego miasta liczącego ponad milion mieszkańców. Większa część materii asteroidy wyparowała w atmosferze. Niestety reszta wywołała eksplozję na wysokości ok. 30 km, a skutkiem fali uderzeniowej były spore zniszczenia w mieście. „Czelabińsk służy jako ostrzeżenie i aby zapobiec takim niebezpiecznym incydentom w przyszłości, potrzebujemy danych z misji Hera”, wyjaśnia Manuel Metz, kierownik projektu Hera w Niemieckiej Agencji Kosmicznej (DLR).
Po uderzeniu w Księżyc
Co ciekawe, misja DART nie jest wcale pierwszą, podczas której sonda kosmiczna z premedytacją została w celach badawczych skierowana na zderzenie z ciałem niebieskim. W 2009 r. NASA wysłała w stronę Księżyca LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite). W odległości ok. 87 tys. km od jego powierzchni sonda odłączyła się od ważącego prawie 2,5 t członu uderzeniowego EDUS, czyli górnego pierścienia rakiety nośnej Atlas V. Ten zaś z prędkością 2,5 km/s uderzył we wnętrze krateru Cabeus, blisko bieguna południowego naszego satelity. Impakt wytworzył dziurę o 27-metrowej średnicy i spowodował wyrzucenie ponad 300 t materii. Chwilę po tym sonda wyposażona w kilka spektrometrów i kamer przeleciała przez obłok wyrzuconej materii, analizując jej skład, po czym sama też uderzyła w powierzchnię Księżyca.
Miesiąc później NASA przyznała, że w materii tej odnaleziono wyraźne spektrometryczne ślady wody, i to w obu frakcjach wyrzutu – wyższej, złożonej z pary oraz drobnego pyłu, oraz niższej, zawierającej cięższy materiał. Tym samym potwierdzono przypuszczenia, że na Księżycu istnieje woda. Oczywiście występuje ona w postaci lodu. Dostała się na Srebrny Glob wraz z uderzającymi weń kometami i meteorytami, a w wiecznie zaciemnionych przybiegunowych głębokich kraterach panowały na tyle niskie temperatury, że przetrwała. Jest jej szczególnie dużo w kraterach uderzeniowych wokół bieguna południowego. Fakt ten ma duże znaczenie dla przyszłych załogowych misji na naszego satelitę, a także dla planów budowy stałych baz księżycowych.
Ludzie niekiedy zastanawiają się, jaki jest sens wysyłania sond i próbników kosmicznych wartych setki milionów dolarów lub euro na pewne zderzenie z tym czy innym ciałem niebieskim. Czy to nie jest czyste marnotrawstwo? Nie. Wszystkie – nawet te najdroższe i najbardziej skomplikowane – sondy, teleskopy czy obserwatoria, umieszczone w przestrzeni kosmicznej, pozostają w niej na zawsze. To jest za każdym razem podróż w jedną stronę. Nie organizuje się procedury ich powrotu na Ziemię, bo to nie miałoby sensu. Niektóre z nich kieruje się od razu na samobójcze misje, gdyż tylko tak możemy się dowiedzieć o obserwowanych obiektach kosmicznych czegoś naprawdę ważnego.