Na 16 maanden succesvolle observaties staat ESA's SMART-1 op het punt zijn laatste bijdrage te leveren aan de maanwetenschap. In zijn laatste banen zal het ruimtevaartuig zo laag vliegen dat het op een eerdere pas tegen een heuvel zou kunnen botsen, waardoor verschillende op de aarde gebaseerde telescopen een beter zicht zouden krijgen. De laatste krater zal naar verwachting 3-10 meter (10-33 voet) breed en 1 meter (3 voet) diep zijn.
SMART-1, het succesvolle eerste Europese ruimtevaartuig naar de maan, staat nu op het punt zijn verkenningsavontuur te beëindigen, na bijna zestien maanden wetenschappelijk onderzoek naar de maan.
SMART-1 werd gelanceerd op 27 september 2003 en bereikte de maan in november 2004 na een lange spiraal rond de aarde. In deze fase testte het ruimtevaartuig voor het eerst in de ruimte een reeks geavanceerde technologieën.
Deze omvatten het eerste gebruik van een ionenmotor (zonne-elektrische voortstuwing) voor interplanetaire reizen, in combinatie met zwaartekrachthulpmanoeuvres.
SMART-1 testte ook toekomstige deep-space communicatietechnieken voor ruimtevaartuigen, technieken om autonome ruimtevaartuignavigatie te bereiken en geminiaturiseerde wetenschappelijke instrumenten, die voor het eerst rond de maan werden gebruikt.
Oorspronkelijk was gepland om zes maanden rond de maan te opereren, maar SMART-1 kreeg later een missie-verlenging van nog een jaar, die nu bijna zal worden afgerond. Het ruimtevaartuig zal het maanoppervlak raken door een kleine impact die momenteel wordt verwacht op 3 september 2006 om 07:41 CEST (05:41 UT) of om 02:37 CEST (00:37 UT), met een onzekerheid vanwege de onvolledige kennis van de maantopografie. De verwachte coördinaten voor impact op 5:41 UT zijn ongeveer 36,44 ° ten zuiden van de breedtegraad en 46,25 ° ten westen van de lengtegraad.
Manoeuvreert tot impact
Als SMART-1 in de loop van zijn baan om de maan zou zijn gelaten, zou hij op 17 augustus 2006 van nature op de maan zijn beland, niet zichtbaar vanaf de aarde.
Een reeks van manoeuvres van twee weken begon op 19 juni en eindigde op 2 juli, waardoor SMART-1 zijn baan kon aanpassen om te voorkomen dat het ruimtevaartuig vanuit wetenschappelijk oogpunt op een ongunstige tijd de maan zou kruisen, en om een bruikbare kleine missie 'extensie'.
Op 27 en 28 juli, 25 augustus en 1 en 2 september 2006 kunnen nog een reeks kleine manoeuvres worden uitgevoerd om het SMART-1-traject aan te passen.
Waarom 3 september?
De keuze voor 3 september voor de impact van de maan werd geleid door de beslissing om verdere maandata met hoge resolutie uit de ruimte te halen en om grondtelescopen de impact van de aarde te laten zien.
Op 3 september 2006 zal het SMART-1-gevaar, dat samenvalt met het inslagpunt, zich bevinden op het maangebied genaamd ‘Lake of Excellence’, gelegen op het midden van de zuidelijke breedtegraden. Dit gebied is vanuit wetenschappelijk oogpunt zeer interessant. Het is een vulkanisch vlak gebied omgeven door hooglanden, maar wordt ook gekenmerkt door heterogeniteit van grondmineralen.
Op het moment van de inslag bevindt dit gebied zich in het donker aan de nabije kant van de maan, vlak bij de terminator - de lijn die de maanzijde van de nachtzijde scheidt. Het gebied zal worden overschaduwd door de directe stralen van de zon, maar het zal vaag worden verlicht door het licht van de aarde - door aardschijn. De baan van het ruimtevaartuig zal elke vijf uur over de regio vliegen en bij elke pas een kilometer lager worden. Vanaf de aarde zal op dat moment een maankwartier zichtbaar zijn.
Deze geometrie is ideaal om grondwaarnemingen mogelijk te maken. In feite zou tijdens volle maan de helderheid de impact voor waarnemers op de grond volledig hebben verduisterd, en tijdens nieuwe maan zou het ook moeilijk zijn geweest, omdat nieuwe maan slechts enkele seconden na zonsondergang zichtbaar is. Bovendien zal een impact in het donker de detectie van de impactflits bevorderen.
De grondtelescopen zullen ook proberen het door de inslag uitgestoten stof te observeren, in de hoop fysieke en mineralogische gegevens te verkrijgen over het door het ruimtevaartuig opgegraven oppervlak.
De verwachte impacttijd (07:41 CEST) zal goed zijn voor grote telescopen in Zuid- en Noordwest-Amerika en Hawaï en mogelijk Australië. Maar als de SMART-1 een heuvel raakt op zijn vorige pas, rond 02:37 CEST op 3 september, dan kan hij worden waargenomen vanaf de Canarische Eilanden en Zuid-Amerika. Als de SMART-1 op 2 september om 21:33 CEST een heuvel op de pas raakt, hebben telescopen in Continentaal Europa en Afrika het voordeel.
Gevangen door de zwaartekracht van de maan
Wanneer een ruimtevaartuig om de maan draait, zoals SMART-1, is het gedoemd door de wet van de zwaartekracht. Sleepboten van de zon, de aarde en onregelmatigheden in de maan zelf verstoren allemaal zijn baan. Vroeg of laat zal elke maanorbiter het maanoppervlak beïnvloeden, tenzij er nog zeer grote hoeveelheden brandstof over zijn om opnieuw te worden opgevoerd en aan de maanzwaartekracht te ontsnappen.
Om los te komen van de zwaartekracht van de maan en de diepe ruimte in te gaan, zou het SMART-1 wetenschapsprogramma volledig zijn geannuleerd. Tegen de tijd dat SMART-1 in zijn baan rond de maan was, was er nog genoeg drijfgas over voor een orbitale boost, maar niet voor een ontsnapping, dus het ruimtevaartuig was een echte 'gevangene' van de maan.
SMART-1 heeft veel langer overleefd dan verwacht tijdens de oorspronkelijk geplande wetenschappelijke missie van 6 maanden. Zijn experimentele ionenmotor, aangedreven door de zon, was erg efficiënt. Tegen de tijd dat SMART-1 zich in maart 2005 in zijn operationele baan rond de maan had gevestigd, was er nog maar 7 kilogram drijfgas over (gebotteld xenongas) van de 84 kilogram die beschikbaar was bij de lancering.
ESA-ingenieurs gebruikten alle resterende xenon om een vroege crash in september 2005 te voorkomen, na een manoeuvre om de baan opnieuw te versterken. Als gevolg hiervan heeft de SMART-1 een extra jaar operationele levensduur gekregen in zijn maanbaan, tot groot voordeel van de Europese ruimtewetenschappers en ingenieurs.
Zonder xenon-drijfgas gebruikte SMART-1 zijn hydrazine-stuwraketten om de laatste grote manoeuvre eind juni 2006 uit te voeren om de levensduur van de missie verder te verlengen en nog eens drie weken aan operaties te winnen.
Is er schade voor de maan?
Bijna 50 jaar geleden, in 1959, was het Russische Luna-2-ruimtevaartuig het eerste door de mens gemaakte object dat de maan raakte. Sindsdien hebben vele anderen hetzelfde gedaan, zonder merkbare schade, en de impact van SMART-1 zal tot nu toe zachter zijn dan die van een door mensen gemaakt impactor.
Wanneer hij aankomt aan het oppervlak van de maan, zal de SMART-1 met 2 kilometer per seconde reizen. Dat is veel langzamer dan een natuurlijke meteoroïde - Leonid-meteoroïden komen bijvoorbeeld op de maan aan met 70 kilometer per seconde. De SMART-1 valt in een oogopslag - als een skispringer. De SMART-1 kan een steile heuvel raken met een snelheid van 7000 kilometer per uur, maar het is waarschijnlijker dat hij over een vlak deel van het maanoppervlak naar beneden glijdt en 15 meter naar beneden valt in de laatste kilometer voorwaartse beweging. Bij impact zal de verticale snelheid slechts 70 kilometer per uur zijn, wat minder is dan sommige skispringers bereiken.
Mogelijk zal de SMART-1 na een botsing een korte afstand slippen, waardoor er stof voorop wordt gegooid en aan beide kanten stof wordt uitgespoten als de vleugels van een vlinder. De door SMART-1 gemaakte krater wordt 3 tot 10 meter breed en misschien wel een meter diep. De maan heeft al 100.000 kraters die meer dan vier kilometer breed zijn, en elke dag maken verschillende kleine meteoroïden kraters zo groot als SMART-1's.
Elk chemisch element dat aanwezig is op SMART-1 en in zijn uitrusting, komt van nature voor op de maan. Aluminium en ijzer komen bijvoorbeeld veel voor. Waterstof, koolstof en stikstof zijn veel schaarser op de maan, maar ze komen van nature op het oppervlak terecht door de zonnewind en door de inslagen van ijzige fragmenten van kometen, die veel elementen bevatten. Vanuit dit oogpunt kan men SMART-1 zien als een kunstmatige komeet. Bovendien zal het kleine hydrazine dat achterblijft in de SMART-1-stuwraketten onmiddellijk branden bij impact.
Laatste opmerkingen
Tijdens naderende maanbenaderingen heeft de AMIE-camera aan boord van de SMART-1 een schuin beeld van sommige gebieden die we eerder alleen verticaal hebben bekeken, wat een soort driedimensionaal beeld van het oppervlak oplevert. Aangezien de inslag echter in een donker gebied van de maan zal plaatsvinden, is het niet mogelijk om tijdens de laatste afdaling veel te zien door zichtbaar licht.
Tijdens de laatste banen hebben de andere instrumenten aan boord, waaronder de D-CIXS-röntgentelescoop en de SIR-infraroodspectrometer, een gedetailleerd beeld van sommige maanregio's vanaf zeer lage hoogten.
Krachtige telescopen op aarde zien mogelijk een zwakke flits van de inslag zelf, gevolgd door een stofwolk die door de inslag wordt opgeworpen, misschien wel 5 kilometer breed. Het stof zal het zicht op een deel van het maanoppervlak gedurende 5 of 10 minuten belemmeren. Het gedrag van de wolk levert waardevolle informatie op over impactgebeurtenissen in het algemeen, terwijl de analyse van het licht van het stof, met spectrografen in de telescopen, materialen kan detecteren die zijn opgegraven door de impact van net onder het maanoppervlak.
De waarnemingen zijn gebaseerd op de zwakke gloed van aardschijn - tenzij een deel van de stofwolk meer dan 20 kilometer boven het maanoppervlak wordt geworpen. In dat geval wordt het direct verlicht door zonlicht en zal het misschien een paar minuten veel helderder lijken. Amateurastronomen kunnen met hun verrekijker en kleine telescopen mogelijk de zonovergoten stofwolk zien.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
