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/ Ian & Stuart's Australian Mac: Not for Sale / Another.not.for.sale (Australia).iso / Dr. Doyle / Jupiter Comet / Education Notes / sl9-jpl.08 < prev    next >
Text File  |  1994-04-15  |  9KB  |  164 lines

  1.  
  2. 8. How Can These Impacts and Their Consequences be Studied?
  3.  
  4. Space-Based    
  5.         There are at least four spacecraft -- Galileo, Ulysses, 
  6. Voyager 2, and Clementine -- with some potential to observe the 
  7. Jovian impacts from different vantage points than that of Earth. 
  8. There is also the Hubble Space Telescope (HST), in orbit around 
  9. Earth, which will view the event with essentially the same 
  10. geometry as any Earth-based telescope. HST, however, has the 
  11. advantages of perfect "seeing" (no atmospheric turbulence), very 
  12. low scattered light, ultraviolet sensitivity, and the ability to 
  13. observe much more than two hours each day. HST is scheduled to 
  14. devote considerable time to the observation of Shoemaker-Levy 9 
  15. before as well as during the impacts.
  16.  
  17. The Galileo spacecraft has the best vantage point from which to 
  18. observe the impacts. It is on its way to Jupiter and will be only 
  19. 246 million km away from the planet, less than a third the 
  20. distance of Earth from Jupiter at that time. All of the impacts 
  21. will occur directly in the field of view of its high resolution 
  22. camera and 20-25 degrees of Jovian longitude from the limb. Images of 
  23. Jupiter will be 60 picture elements (pixels) across, although the 
  24. impact site will still be smaller than the resolution of the 
  25. camera. Several instruments besides the camera have potential use, 
  26. including an ultraviolet spectrometer, a near infrared mapping 
  27. spectrometer, and a photopolarimeter radiometer. This last suite 
  28. of instruments could acquire light curves (plots of intensity 
  29. versus time) of the entry and fireball at many wavelengths from 
  30. ultraviolet to thermal infrared (from wavelengths much shorter 
  31. than visible light to much longer).
  32.  
  33. Using Galileo to make these observations will be challenging. The 
  34. amount of data the spacecraft can transmit back to Earth is 
  35. limited by the capability of its low-gain antenna and the time 
  36. available on the receiving antennas of the National Aeronautics 
  37. and Space Administration's (NASA's) Deep Space Network here on 
  38. Earth. The "commands" that tell the spacecraft what to do must be 
  39. sent up several weeks before the fact and before the impact times 
  40. are known to better than about 20 minutes with 95% certainty. A 
  41. later command that simply triggers the entire command sequence may 
  42. be possible. A lot of data frames can be stored in the Galileo 
  43. tape recorder, but only about 5% of them can be transmitted back 
  44. to Earth, so the trick will be to decide which 5% of the data are 
  45. likely to include the impacts and to have the greatest scientific 
  46. value, without being able to look at any of them first! After the 
  47. fact, the impact times should be known quite accurately. This 
  48. knowledge can help to make the decisions about which data to 
  49. return to Earth.
  50.  
  51. The Ulysses spacecraft was designed for solar study and used a 
  52. gravity assist from flying close to Jupiter to change its 
  53. inclination (the tilt of its path relative to the plane of the 
  54. planets) so it can fly over the poles of the Sun. In July 1994 it 
  55. will be about 378 million km south of the plane of the planets 
  56. (the ecliptic) and able to "look" over the south pole of Jupiter 
  57. directly at the impact sites. Unfortunately, Ulysses has no camera 
  58. as a part of its instrument complement. It does have an extremely 
  59. sensitive receiver of radio frequency signals from 1 to 1000 kHz 
  60. (kilohertz, or kilocycles in older terminology) called URAP 
  61. (Unified Radio and Plasma wave experiment). URAP may be able to 
  62. detect thermal radiation from the impact fireballs once they rise 
  63. sufficiently high above interference from the Jovian ionosphere 
  64. (upper atmosphere) and to measure a precise time history of their 
  65. rapid cooling.
  66.  
  67. The Voyager 2 spacecraft is now far beyond Neptune (its last 
  68. object of study back in 1989 after visiting Jupiter in 1979, 
  69. Saturn in 1981, and Uranus in 1986) and is about 6.4 billionJ m 
  70. from the Sun. It can look directly back at the dark side of 
  71. Jupiter, but the whole of Jupiter is now only two picture elements 
  72. in diameter as seen by its high-resolution camera, if that 
  73. instrument were to be used. In fact the camera has been shut down 
  74. for several years, and the engineers who knew how to control it 
  75. have new jobs or are retired. It would be very expensive to take 
  76. the camera "out of mothballs" and probably of limited scientific 
  77. value. Voyager does have an ultraviolet spectrometer which is 
  78. still taking data, and it will probably be used to acquire 
  79. ultraviolet light curves (brightness versus time) of the impact 
  80. phenomena. The possibility of using one or two other instruments 
  81. is being considered, though useful results from them seem less 
  82. likely.
  83.  
  84. A new small spacecraft called Clementine was launched on 
  85. January 25 of this year, intended to orbit the Moon and then 
  86. proceed on to study the asteroid Geographos. Clementine has good 
  87. imaging capabilities, but its viewpoint will not be much different 
  88. from Earth's. The impact sites will still be just over the limb, 
  89. and Clementine's resolution will be only a few picture elements on 
  90. Jupiter. Since the spacecraft will be in cruise mode at the time, 
  91. on its way to Geographos and not terribly busy, it seems probable 
  92. that attempts will be made to observe "blips" of light on the limb 
  93. of Jupiter, from the entering fragments or the fireballs or 
  94. perhaps light scattered from cometary material (coma) that has not 
  95. yet entered the atmosphere. Useful light curves could result.
  96.  
  97.  
  98.  
  99. Ground-Based
  100.         Many large telescopes will be available on Earth with 
  101. which to observe the phenomena associated with the Shoemaker-
  102. Levy 9 impacts on Jupiter in visible, infrared, and radio 
  103. wavelengths. Small portable telescopes can fill in gaps in 
  104. existing observatory locations for some purposes. Imaging, 
  105. photometry, spectroscopy, and radiometry will certainly be carried 
  106. out using a multitude of detectors. Many of these attempts will 
  107. fail, but some should succeed.
  108.  
  109. Apart from the obvious difficulty that the impacts will occur on 
  110. the back side of Jupiter as seen from Earth, the biggest problem 
  111. is that Jupiter in July can only be observed usefully for about 
  112. two hours per night from any given site. Earlier the sky is still 
  113. too bright and later the planet is too close to the horizon. 
  114. Therefore, to keep Jupiter under continuous surveillance would 
  115. require a dozen observatories equally spaced in longitude clear 
  116. around the globe. A dozen observatories is feasible, but equal 
  117. spacing is not. There will be gaps in the coverage, notably in the 
  118. Pacific Ocean, where Mauna Kea, Hawaii, is the only astronomical 
  119. bastion.
  120.  
  121. Measuring the light curve of the entering fragments and the post-
  122. explosion fireball can be done only by measuring the light 
  123. reflected from something else, one of Jupiter's satellites or 
  124. perhaps the dust coma accompanying the fragment. That dust coma 
  125. could still be fairly dense out to distances of 10,000 km or more 
  126. around each fragment. Moving at 60 km/s, it will be almost 
  127. three minutes before all of the dust also impacts Jupiter. Proper 
  128. interpretation of such observations will be difficult, however, 
  129. because the area of the "reflector", the coma dust particles, will 
  130. be changing as the observations are made. Another complication is 
  131. the brightness of Jupiter itself, which will have to be masked to 
  132. the greatest extent possible. Observations in visible light 
  133. reflected from the satellites will be relatively straightforward 
  134. and can be done with small telescopes and simple photometers or 
  135. imaging devices. This equipment is small enough that it can be 
  136. transported to appropriate sites.
  137.  
  138. Spectroscopy of the entry phenomena via reflected light from one 
  139. of the Galilean satellites could be used to determine the 
  140. composition of the comet and the physical conditions in the 
  141. fireball, if the terminal explosions occur above Jupiter's clouds. 
  142. If the explosion occurs below the clouds, there will be too little 
  143. light to do useful spectroscopy with even the largest telescopes.
  144.  
  145. The impact zone on Jupiter will rotate into sight from Earth about 
  146. 20 minutes after each impact, though quite foreshortened as 
  147. initially viewed. Extensive studies of the zone and the area 
  148. around it can be made at that time. Such studies surely will 
  149. include imaging, infrared temperature measurements, and 
  150. spectroscopy using many of the largest telescopes on Earth. These 
  151. studies will continue for some weeks, if there is any evidence of 
  152. changes in Jupiter's atmosphere and cloud structure as a result of 
  153. the impacts.
  154.  
  155. For example, astronomers will use spectrometers to look for 
  156. evidence of chemical changes in Jupiter's atmosphere. Some of the 
  157. species observed might be those only present in the deep 
  158. atmosphere and carried up by the fireball (if the explosion occurs 
  159. deep enough). Others will be the result of changes to the 
  160. chemistry of the upper atmosphere, taking place because of the 
  161. energy deposited there by the impacts or because of the additional 
  162. particulates.
  163.  
  164.