Cometary plasma environment studied by the Rosetta spacecraft

Etter 10 år i verdensrommet hadde den europeiske romorganisajonen (ESA) sitt romfartøy oppdrag Rosetta endelig kommet fram til og fløyet sammen med kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko på dens vei mot solen. Målet vår var å utforske den gamle og mysteriske fryste verdenen dannet i begynnelsen av solsystemet, mer en 4.5 miliarder år tilbake i tid, og forklare begynnelsen av liv og vann i solsystemet vårt. Dette var en helt spesiell måte å utforske kometen, siden det var det første romfartøy som fløy sammen med kometen og studerte den i forskjellige stadier. Vi hadde mer enn 20 veldig sensitive instrumenter som kunne måle sammensetning og egenskapene av kometens overflate og omgivelser. De ble plassert på romfartstøyet Rosetta og dens liten lander Philae. Fra august 2014 til September 2016 har oppdraget vårt vist den komplekse historien til kometen, og har flere teknologiske høydepunkter: første romfartøyet som omløp en komet, første landing på en kometenkjerne (i november 2014), og første in situ målinger av kometen mens den forandret seg fra et inaktivt frosset legeme til en fullverdig komet med sin karakteristiske hale (eller koma) da den kom nærmere solen (2014-2016). Kometen viste seg å være et ekte primordialt objekt, altså en tidskapsel av det tidlige solsystemet, som nesten ikke har endret seg siden dannelsen. Dens vannkilde (isotopisk innhold) er ikke i samsvar med jordens vann, noe som innebærer at vannreservoaret der kometen er dannet har bidratt svært lite til dannelse av vann på den tidlige Jorden, da planeten ble bombardert av tusenvis av asteroider og kometer. Interessant nok fant Rosetta-forskere også komplekse organiske molekyler, slik som glycin (den enkleste aminosyren), noe som tyder på at romstener som kometer kan ha vært ansvarlige for å bringe byggeklossene av livet til jorden. Ett av instrumentene ombord Rosetta har vært utviklet I samarbeid med Fysisk Institutt ved Universitetet i Oslo og var en del av Rosetta Plasma Consortium (RPC) på romfartøyet. Denne serien av sensorer målte kometenes ladede partikkelmiljø (kalt et "plasma") og karakteriserte den elektromagnetiske aktiviteten rundt den. I dette prosjektet analyserte vi data fra instrumentene ombord Rosetta-romfartøyet og utviklet numeriske modeller for å tolke kometens in situ-miljø på vei rundt Sola. Vi undersøkte også hvordan små støvpartikler fra kometen beveger seg og samhandler med det omkringliggende plasmaet, og hvordan de er elektrisk ladet i de komplekse omgivelsene. Siden kometens koma forandrer seg og kontinuerlig tilpasser seg solens innflytelse (solens ultrafiolette stråling og solvind, en strøm av raske elektroner og ioner som strømmer ut i rommet), er en slik karakteristikk uvurderlig når det gjelder forståelse av dannelsen, livet og fremtiden for en komet. Vi har også forsket på hvordan instrumentene oppfører seg i slike komplekse plasma omgivelsene, med tanken om bedre analyse av data, ikke bare fra Rosetta men også fra andre romfartøy. Prosjektet på UiO har bidratt dermed til vår kunnskap om kometmiljøsammensetningen og dens utvikling, støvpartiklene i plasma, og målingene med instrumentene på romfartøy.

Vi har bidratt til den internasjonale vitenskapelige innsatsen for utnyttelse av vitenskapelige data fra et av de mest utfordrende romutforskningsoppdragene - Rosetta. Gjennom dette prosjektet har det blitt etablert sterkere internasjonale kontakter og samarbeid som vil være av betydning for arbeidet med fremtidige romutforskningsoppdrag, som f.eks. BepiColombo oppdrag til Merkur, og for sterkere samarbeid med den Europeiske romorganisasjonen ESA og andre aktører innen romfart.

Comets are one of the least understood, small objects in our Solar System, made primarily of ice, dust and small rocks. When approaching Sun, parts of this material is being heated up and creates a coma - partially ionized atmosphere around a comet. This represents a very complex system actively interacting with the solar wind plasma. Many essential questions on the nature of comets are likely to be answered by the European Space Agency's Rosetta mission to the comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. The Rosetta mission is unique, as it will accompany the comet for over a year, and it will be the first time ever the mankind will explore a comet with such a close inspection. The section for Plasma and Space Physics at University of Oslo had a unique possibility to participate in planning and construction of instruments for Rosetta within the Rosetta Plasma Consortium (RPC). The PI of the proposal is a Co-investigator in the RPC Langmuir Probe (LAP) experiment which opens for excellent access to data from all RPC instruments. The objective in this project is to analyze data from the instruments on Rosetta and answer the major questions on the role of dust component in the stationary and dynamic plasma phenomena in the vicinity of the comet at various levels of the cometary activity. This will be the first time such an analysis is made, and the results will have impact on the studies of comets and other small objects in space and related dusty plasma phenomena. Data analysis will be supported by numerical simulations and laboratory experiments, as well as complementary results from sounding rocket experiments in naturally occurring mesospheric dusty plasmas. The secondary objective is to understand the performance of electric probes under cometary dusty plasma conditions, which will have large impact on the experimental plasma studies and design and analysis of space experiments, including sounding rocket studies of the lower parts of the Earth ionosphere.