De Rosetta missie

  • Afdrukken
Gegevens
Gemaakt op vrijdag 20 augustus 2021 11:07
Laatst bijgewerkt op dinsdag 31 augustus 2021 21:30
Gepubliceerd op vrijdag 20 augustus 2021 11:07
Hits: 1124

De Rosetta missie

Hoe is de overgang van materie naar eencellige organismen tot stand gekomen? De Rosetta missie die in 1993 startte, had als doel, hier meer over aan de weet te komen. Dat wilde men doen door naar een komeet te reizen, op deze komeet te landen en de bodemmonsters van deze komeet te analyseren. De betreffende komeet heet naar zijn ontdekkers: Chjuryumov-Gerasimenko; kortweg 67P. 67P draait een keer in de zeseneenhalf jaar in een elliptische baan rond de zon en kruist daarbij de baan van Jupiter en Mars.

Een van de belangrijke vragen die mensen stellen is: Hoe ontstaat het leven? Over de biologische evolutie van eerste vormen van aards leven weten wij al veel. Kortom eerst ontstonden eencellige organismes, daarna meercellige organismen, etc. tot uiteindelijk de huidige soortenrijkdom van planten en dieren inclusief mensen. De oorsprong van het leven is echter een van de vraagstukken die vandaag de dag nog niet beantwoord zijn.
De astrochemicus Louis D’Hendecourt was een van de wetenschappers die deelnamen aan de Rosetta missie. Hij zoekt in het laboratorium naar de formule van het leven. Daar simuleert hij omstandigheden zoals die golden voor het zonlicht er was. Het leven op aarde moet volgens D’Hendecourt, drie-en-een-half miljard jaar ontstaan zijn uit ketens organische moleculen.
"Het moet een systeem zijn geweest met niet al te warm water met daarin zeer stabiele moleculen. Om mogelijk te maken dat chemische elementen met elkaar kunnen reageren moet er een toevoer van energie zijn en dat kan alleen energie van de fotonen van de zon zijn."
Wetenschappers, zoals Louis D’Hendecourt willen ontdekken hoe de elementaire deeltjes die in het universum zijn gefabriceerd, nieuwe atomen vormen die als bouwstenen dienen voor moleculen en uit deze moleculen uiteindelijk levende organismen zoals eencelligen.
Het antwoord op de vragen: ”Hoe komt het dat wij er zijn en waar gaan wij heen?” is volgens D’Hendecourt: ”Wij zijn er omdat wij kinderen van de kosmos zijn en wij volgen het pad van de evolutie.”

Echter welke gebeurtenis leidde ertoe dat materie levend werd?

En...Wat hebben kometen met het ontstaan van leven te maken?
Het vermoeden bestaat dat de bouwstenen voor het leven op aarde geleverd zijn door de kosmos.
Een algemeen door sterrenkundigen aanvaarde theorie, stelt dat ons zonnestelsel ongeveer 4,5 miljard jaar geleden tot stand kwam door het in elkaar storten van een moleculaire wolk. Een moleculaire wolk is een interstellaire wolk waarvan de dichtheid en omvang, de vorming van moleculaire waterstof en nog andere moleculen toelaat. Een dergelijke wolk werd voor het eerst ontdekt in 1970 met behulp van de National Radio Astronomy Observatory telescoop op Kitt Peak, Arizona.
Een moleculaire wolk zal vroeg of laat, door zijn enorme zwaartekracht, op meerdere plaatsen een kernfusie van waterstof atomen veroorzaken en op deze manier vele sterren c.q. zonnen vormen. Het stof in de nabijheid van de zonnen zal samenklonteren tot brokken steen en uiteindelijk planeten zoals de aarde vormen. Het ijsachtige stof dat verder van de zon verwijderd is zal samenklonteren tot gasplaneten.
Nadat de planeten rondom onze zon gevormd waren, bleven vele brokstukken over die zich allen in de omgeving van Pluto bevinden. Sommige van deze brokstukken zijn in een baan om de zon geraakt en worden kometen genoemd. Deze kometen bestaan uit steen en ijs. Wanneer een komeet dicht bij de zon komt sublimeert dit ijs gedeeltelijk waardoor stofdeeltjes en ijsdeeltjes ontstaan. Deze deeltjes vormen een staart of coma van honderdduizenden kilometers, terwijl de komeet zelf maar enkele kilometers groot is. Kometen verschijnen al zo lang de mensheid hiervan melding maakt periodiek aan de nachtelijke hemel als oversized sterren. Denk bijvoorbeeld aan de ster van Bethlehem en de komeet van Haley die een keer in de 76 jaar op de aarde zichtbaar is.
Lang werden deze fenomenen niet begrepen althans niet natuurkundig begrepen. Sommige mensen gaven er een goddelijke betekenis aan. Het duurde tot de zwaartekracht wetten van Newton tot mensen begrepen dat deze verschijnselen kometen waren die net als de planeten om de zon draaien volgens een bepaalde baan en snelheid. De aarde doet er bijvoorbeeld 1 jaar over om rond de zon te draaien en Jupiter 12 jaar. Hoe verder van de zon verwijderd hoe langer de omlooptijd.
De aarde waarop wij wonen is dus zo’n samenklontering van kometen of brokstukken. Het vermoeden bestaat dat op die brokstukken al ingrediënten voor het ontstaan van leven aanwezig waren. Denk hierbij aan water, zuurstof, fosfor en aminozuren. Zeker is dat niet. Sinds de viereneenhalf miljard jaar na dit samenklonteren is er immers op de aarde veel veranderd. De kometen die om de zon razen zijn echter sinds hun ontstaan niets veranderd. Door die kometen op hun samenstelling te onderzoeken hoopt men dus meer te weten te komen, over het basismateriaal waaruit mogelijk het leven in onze oceanen is ontstaan.

Rosetta en Philae
Voor de reis naar een komeet bouwde de ESA: European Space Agency een Ariane 5 raket met daarin een klein ruimtevaartuig Rosetta genaamd dat als doel had naar komeet Virtanen te reizen. Aan boord van Rosetta bevond zich een landingsvaartuig Philae genaamd. Het was de bedoeling dat dit landingsvaartuig op deze komeet zou landen. Rosetta zou in de nabijheid van de komeet het contact met de aarde en de lander Philae gaan onderhouden vanaf het moment dat Philae op de komeet geland zou zijn.
Vele wetenschappers werkten vanaf de start van het Rosetta project zo’n 10 jaar niet alleen aan Rosetta en Philae maar ook aan tientallen complexe meetinstrumenten die deze vaartuigen mee zouden nemen. Behalve ruimteschip en landingsvaartuig waren Philae en Rosetta samen een volwaardig automatisch laboratorium dat in staat was steen-stof en ijsmonsters te nemen en deze ter plaatse te analyseren in aanwezige elementen, moleculen en leeftijd. Elementen en oer moleculen van de kosmos die mogelijk als bouwstof kunnen dienen voor het leven zoals wij dat op aarde kennen.
Na een tienjarige voorbereiding viel het startschot in 2002 voor de queeste van Rosetta en Philae. Echter door vertraging van de ontwikkeling van een nieuwe Ariane draagraket die Rosetta de aarde moest doen verlaten werd besloten te kiezen voor komeet 67P in plaats van de oorspronkelijk gekozen komeet Virtanen. Komeet 67P is 700 miljoen kilometer van zon verwijderd en raast tussen Jupiter en Saturnus in een elliptische baan om de zon.

De meetinstrumenten van Rosetta en Philae
Wat eerder komeet missies niet konden onderzoeken namelijk hun samenstelling moesten Rozetta en Philae wel mogelijk maken.

Rosetta werd uitgerust met:
Een deeltjes analysator die de samenstelling kometenstofdeeltjes moest onderzoeken.
Aan de universiteit Bern in Zwitserland begon archeologe en natuurkundige Kathrin Altwegg 1996 geleden de ontwikkeling van de massaspectrometer aan boord van Rosetta. De ontwikkeling van dit instrument duurde ook bijna 10 jaar. Men heeft allerlei substanties die men bij de komeet verwachtte aan te treffen, getest om zich ervan te verzekeren, dat de spektrometer goed werkte. Daarvoor verdiende zij ook al haar sporen door haar werk aan de Ion Mass Spectrometer (IMS), een Instrument aan boord van ruimtemsonde Giotto für voor onderzoek van de komeet Halley.
Hd camera’s die met behulp van topografische opnames de voorbereiding van de landing zullen verzorgen

Het landingsvaartuig Philae was uitgerust met
7 camera’s die moesten zorgen voor een 360 graden panorama opname van de plaats van de komeet waar geland wordt.
De mogelijkheid om met radiogolven het hart van de komeet door te lichten.
In totaal was de sonde uitgerust met 22 analyseapparaten
Ook moest van tevoren de hele navigatietechniek en krachtige communicatiesystemen ontwikkeld worden om honderden miljoenen kilometers te kunnen overbruggen.
Dit naast 64 vierkante meter zonnepanelen die de module van energie voorzien Een systeem dat het landingsvaartuig Rosetta op het juiste moment ontkoppelt met de exacte snelheid.
Batterijen die bij minus 150 graden blijven functioneren.
Harpoenen waarmee Philae aan de oppervlakte van de komeet verankerd zou worden. Deze beelden uit 2002 tonen Rosetta met het landingsvaartuig Philae kort voor hun start in het heelal.
Fred Großmann van het Max planck instituut in Göttingen, was verantwoordelijk voor de Kosak-module. Deze module moest in de bodem van de komeet boren. De gewonnen monsters zouden in twee mini ovens van de module verhit kunnen worden. Het vrijkomende gas zou geanalyseerd kunnen worden op het voorkomen van organische moleculen. De ontwikkeling hiervan duurde 5 jaar.

De lancering van Rosetta
in 2005 werd Rosetta eindelijk gelanceerd. De reis naar de komeet 67P zou 10 jaar duren. De draagraket Ariane 5 was slechts in staat de Rosetta in een omloopbaan om de aarde te brengen. Dat is 500 miljoen kilometer van de komeet P67. Rosetta had zelf ook een stuwingsmechanisme met 1670 kg brandstof. Hoe komt Rosetta met zo weinig brandstof dan toch bij 67P? De zon bevindt zich in het centrum van het zonnestelsel. De komeet 67P beschrijft een veel grotere elliptisch baan rond de zon dan de omloopbaan van de aarde die net als alle planeten in een elliptische baan rond de zon draait.

Video over de ruimtereis en zwaartekrachtslingers van Rosetta


Om de komeet te bereiken werd een in de ruimtevaart veelgebruikte techniek toegepast. De zogenaamde “swing-by manoeuvre” ofwel “gravity assist. De swing-by manoeuvre of de zogenaamde zwaartekrachsslinger baseert zich op newtoniaanse principes. De Rosetta Sonde werd eerst in een omloopbaan met de aarde gebracht. Gezamenlijke draaien De aarde en Rosetta met 107000 km per uur om de zon. Voeg daarbij de rotatie van de aarde waar Rosetta mee in draait. Wanneer aarde en Rosetta vervolgens in het zwaartekrachtveld komen van andere planeten die de zon omcirkelen, die bovendien in dezelfde richting cirkelen als de aarde en Rosetta, zorgen de aantrekkingskracht van deze planeten, de snelheid van de aarde en de voortstuwing van Rosetta ervoor dat Rosetta als het ware telkens verder weg wordt geslingerd richting de omloopbaan van komeet 67P. Daarbij treedt ook een versnelling op.
De zwaartekracht energie van de om de zon cirkelende planeten en ook de aarde zelf wordt op deze manier benut om Rosetta zo in telkens in een grotere omloopbaan te slingeren. Drie jaar na vertrek kwam de sonde Rosetta met het zwaartekrachtveld van Mars in aanraking en onderging een vernieuwde slinger toen ze aan Mars voorbijvloog.

Toen Rosetta aan de planeet Mars voorbij vloog werd deze opname gemaakt, waarop op de achtergrond Mars te zien is en op de voorgrond Rosetta met haar zonnezeil.

Na de zwarekrachtsslinger van Mars verwijderde Rosetta zich van Mars. In November in 2007 en februari 2009 naderde Rosetta voor de laatste keer de aarde om nu met behulp van het zwaartekrachtveld van de aarde verder weg geslingerd te worden.
Vijf jaar na het vertrek van Rosetta dook de sonde in de diepte van ons zonnestelsel. In deze periode doorkruiste Rosetta 2 keer de asteroïdengordel en seinde beelden hiervan terug naar de aarde. Op een van die beelden is een asteroïde te zien en op de achtergrond de ringen van Saturnus. Rosetta reisde daarna verder in het heelal op weg naar haar rendez-vous met komeet 67P om op het verste deel van haar omloopbaan rondom de zon P67 te kruisen en te duiken in haar vergezellende coma van stof en ijsdeeltjes.
Vanaf 8 juni 2011 werd een groot deel van de Rosetta systemen stand-by gezet. Omdat Rosetta inmiddels te ver van de zon verwijderd was om energie te putten uit haar zonnecellen. De 32 maanden die daarop volgden raasde Rosetta door het zonnestels zonder contact met de vluchtleiding.
20 januari 2014 werd Rosetta na een reis van 10 jaar uit stand-by gehaald waar de sonde drie jaar daarvoor was gezet om energie te sparen. Een uurwerk in het toestel was zo geprogrammeerd dat het ruimtevaartuig op deze datum uit de stand-by zou komen en het contact met de vluchtleiding mogelijk maken door zijn antenne op de aarde te richten en gedurende zes uur signalen uit te zenden. Op hetzelfde tijdstip werden op de aarde in Californië en Australië twee parabool antennes op de vermoedelijke positie van Rosetta gericht om deze signalen op te vangen.
Na enkele spannende momenten werd een signaal van Rosetta ontvangen. Het lukte daarna om de computer van Rosetta na 32 maanden stand-by weer te activeren.
Nu volgden echter de meest complexe en spannende karweien voor de onderzoekers die de Rosetta missie begeleiden. Men moest eerst bevestigd krijgen dat Rosetta op de juiste koers lag naar de enkele kilometers grote komeet 67P. Door de signalen van Rosetta was haar positie nauwkeurig bekend. De positie van de komeet was echter een ander verhaal. Daar zat een foutmarge van 10.000 kilometer in. Wat men deed om Rosetta op een precieze koers naar 67P te krijgen was het volgende. Vanuit de aarde werden opnames gemaakt van de plaats in het heelal waar men de komeet vermoedde met een zwakke ster als referentiepunt. Vervolgens werden de opnames met de infraroodcamera van Rosetta met dezelfde ster nader onderzocht net zo lang tot men de komeet ontdekt had op deze opnames. Uiteindelijk werden beide opnames over elkaar geschoven totdat de referentiepunten precies op elkaar vielen. Op deze manier kon Rosetta op het juiste aanvliegpunt gestuurd worden.
14 dagen voor de aankomst van Rosetta bij de komeet begon men een berekening te maken van de grootte van 67P. de lengte van de komeet bleek 4 kilometer te zijn. Verder leek de komeet een samenstelling tussen twee grotere brokstukken te zijn met kraters en grote diepe kloven. Het landen op de komeet zou geen makkelijk karwei worden. Dit daar de komeet 0ok in een bepaalde hoek roteerde.
Om te kunnen landen was het noodzakelijk het zwaartekrachtveld van de komeet te berekenen, evenals de rotatiehoek t.o.v. Rosetta en de rotatiesnelheid van de komeet. Belangrijk was ook het aantal zonuren op de landingsplaats zodat de zonnecellen Philae kunnen voorzien van stroom. Op het moment -12 november 2014- dat Rosetta Philae afwierp was Philae nog 20 kilometer verwijdert van de komeet. Rosetta en Philae waren 500 miljoen kilometer verwijderd van de aarde. Hierdoor deed een radiosignaal van de aarde naar Rosetta er 28 minuten over en nog eens 28 minuten van Rosetta naar de aarde. De landing zou 7 uur duren. Dat maakte dat de landing voorgeprogrammeerd werd zonder dat er precies van vaste referentiepunten uitgegaan kon worden. Dat betekent dat het landingspunt van Philae een omtrek had van 500 meter. Er was dus een gerede kans dat Philae op een rotsblok zou landen of op de rand van een kloof met de kans van neerstorten. Uiteindelijk bleken de harpoenen die Philae moesten verankeren met 67p, niet te werken waardoor Philae bij de landing een meter terug stuiterde en na enig gehobbel tot stilstand kwam op een plek die onbereikbaar was voor zonlicht waardoor Philae over onvoldoende energie kon beschikken. Ook met de camera’s aan boord van Rosetta lukte het niet om de precieze landingsplaats van Philae vast te stellen.
Vanaf dat moment was het contact van Philae met Rosetta te minimaal om bodemmonsters te analyseren en was men aangewezen op de beelden die via Rosetta van de komeet 67P naar de aarde werden geseind. Door de analyse van deze beelden kon met een grote mate van zekerheid gesteld worden dat zuurstof in ruime mate op 67P aanwezig is naast ammoniak, blauwzuur, fosfor, benzeen, water en aminozuren. Daar er op de komeet geen chemische processen plaatsvinden moeten deze moleculen al gevormd zijn voor het ontstaan van de kometen
Het aminozuur glycine, dat vaak wordt aangetroffen in eiwitten, en fosfor, en een belangrijk onderdeel van DNA en celmembranen vormt, werd door ESA's Rosetta-ruimtevaartuig in oktober 2014 en daarna maart 2015 aangetroffen in de coma (de staartstof) van komeet 67P. De glycine kwam door sublimatie van het ijs van de komeet in de staart terecht. Daar is een temperatuur van 150 C voor nodig. Deze temperatuur komt tot stand wanneer de komeet in het perihelium van de zon is en daardoor sterk door de zon verwarmt wordt. Glycine wordt beschouwd als een van de ingrediënten die cruciaal zijn voor het ontstaan van leven op aarde. "Glycine is het enige aminozuur waarvan bekend is dat het kan worden gevormd zonder vloeibaar water, en het feit dat we het zien met de precursormoleculen en stof suggereert dat het wordt gevormd in interstellaire ijzige stofkorrels of door de ultraviolette bestraling van ijs, voordat het voor miljarden jaren wordt gebonden en geconserveerd in de komeet.
Aminozuren zijn biologisch belangrijke organische verbindingen die koolstof, zuurstof, waterstof en stikstof bevatten en vormen de basis van eiwitten.
Een andere opwindende detectie gemaakt door Rosetta was van fosfor, een sleutel element in alle bekende levende organismen. Het wordt bijvoorbeeld aangetroffen in het structurele raamwerk van DNA en in celmembranen, en het wordt gebruikt bij het transporteren van chemische energie in cellen voor metabolisme.
Resultaten van komeet onderzoek, laten zien dat kometen het potentieel hadden, om cruciale ingrediënten te leveren, die als bouwstenen kunnen dienen, voor het leven zoals wij dat kennen. Kometen zijn in 4,5 miljard jaar niet echt veranderd: ze geven ons directe toegang tot enkele van de ingrediënten die waarschijnlijk in de prebiotische soep zijn beland die uiteindelijk resulteerde in het ontstaan van het leven op aarde."

Video

Rendezvous mit einem Kometen

Websites

https://onzetaal.nl/taaladvies/aarde-aarde
https://solarsystem.nasa.gov/asteroids-comets-and-meteors/comets/67p-churyumov-gerasimenko/in-depth/#:~:text=Churyumov%2DGerasimenko%20loops%20around%20the,more%20collisions%20or%20gravitational%20tugs.
https://www.tutorialspoint.com/How-to-make-text-italic-in-HTML
komeet virtanen https://nl.great-spacing.com/publication/44798/