Лев
я могу Анализировать
Только вперед!
Лев Каменцев
Все записи
текст

Пролетая над ядром кометы

"ММ" №06/93 2013, с. 74
В 2014 году все мы станем свидетелями уникального события: впервые в истории космонавтики на одну из комет будет осуществлена посадка спускаемого аппарата с предварительным выводом на орбиту ее искусственного спутника.


В отличие от восьми больших планет Солнечной системы, а также пояса астероидов и прочей тугоплавкой космической «мелочи», большинство комет имеет большие углы наклона к эклиптике. Это позволяет предположить, что их генезис, скорее всего, отличается от происхождения твердого вещества Солнечной системы, сконцентрированного в узкой плоскости эклиптики. Кометы, как правило, состоят из вещества, легко поддающегося плавлению, – водяного льда или замерзших углеводородов. Однако привычные представления о составе и происхождении комет были поставлены под некоторое сомнение анализом небольшого количества вещества кометы Вильда-2, доставленного возвращаемым отсеком зонда Stardust. Анализ выявил наличие тугоплавкого оливина – одного из самых распространенных на Земле минералов.
Этот факт еще больше заострил вопрос о происхождении комет. Дело в том, что во внутренних областях Солнечной системы сейчас можно наблюдать крайне измененные, по сравнению с первичными, характеристики этих небесных тел. Согласно теоретическим расчетам, орбиты комет могут испытывать различные преобразования, кардинально меняющие их первоначальные качества. В связи с этим было бы достаточно интересным сравнить возможные исходные характеристики комет с их минеральным и вещественным составом. И если бы удалось обнаружить их соответствие с прямым или обратным обращением или близостью к плоскости эклиптики, то можно было бы сделать выводы о происхождении комет в результате существенно отличающихся по своим характеристикам явлений в начальный период эволюции Солнечной системы.
С другой стороны, нельзя исключать и возможность контаминации, то есть загрязнения кометного вещества другим, тугоплавким веществом из внутренних областей системы. К тому же кометы до своего появления в этих областях проходят длительный период динамической эволюции. Считается, что только ничтожная часть кометных ядер становится в итоге короткопериодическими кометами. Теоретически установлено, что на расстояниях в десятки тысяч астрономических единиц располагается так называемое облако Оорта, насчитывавшее в начале своего существования сотни миллиардов кометных ядер. Из-за гравитационного воздействия соседних звезд некоторые из них устремляются в околосолнечную область и наблюдаются нами как кометы с гиперболическими или очень вытянутыми эллиптическими орбитами и с периодами обращения в несколько десятков тысяч лет. Афелий орбит таких кометных ядер находится на расстоянии в сотни астрономических единиц. В свою очередь очень небольшая часть из этих комет становятся короткопериодическими и крайне быстро по астрономическим меркам исчезают, превращаясь в метеорные потоки. Последние также достаточно быстро рассеиваются в космическом пространстве, снижая свою концентрацию до уровня спорадического фона. Подобный механизм действует постоянно уже миллиарды лет, и, следовательно, объем облака Оорта должен значительно уменьшиться.
В более отдаленном будущем прояснению генезиса кометных ядер может помочь исследование планетных систем за пределами Солнечной, в некоторых из них есть образования, подобные астероидным и кометным поясам. Возможно, у планетных систем других звезд будут обнаружены структуры, аналогичные облаку Оорта. В перспективе возможно даже создание генетической классификации подобных структур, но, конечно, это дело далекого будущего.

С 1985 года было проведено несколько исследований небесных тел с пролетной траектории. Одной из первых целей стала знаменитая комета Галлея – в 1986 году советские автоматические станции Вега-1 и Вега-2 направились прямо к ней. Практически одновременно с советскими станциями комету исследовали европейская станция Giotto и японские аппараты Sakigake и Suisei. В 1992 году Giotto, уже с неработающими телекамерами, обследовал также комету Григга-Скьеллерупа. Десяток лет спустя, также с пролетных траекторий, кометы изучали американские аппараты Deep Space 1, Deep Impact 1 и Stardust. Особенно эффектными были действия двух последних станций: 4 июля 2005 года, в День независимости США, комета Темпля-1 подверглась бомбардировке медным зондом, отделяемым от основного аппарата Deep Impact. Возвращаемый отсек зонда Stardust после пролета кометы Вильда-2 в январе 2006 года впервые доставил на Землю образцы кометного вещества и пыли, собранные им в специально разработанную «ловушку». В последующие годы основные блоки этих аппаратов осуществили еще два полета, причем Stardust пролетел около кометы Темпля-1, оценив изменения, вызванные столкновением с медным снарядом.


Решение об осуществлении долгой и дорогой миссии «Розетта» (Rosetta) было принято в 1998 году. Из большого количества вариантов был выбран наиболее легко реализуемый и наименее затратный. Первоначальный план предусматривал длительный полет к одной из комет со стартом весной 2003 года, однако проблемы с ракетой-носителем вынудили отложить начало миссии на год. Новый план полета включал старт в марте 2004-го, осуществление ряда пролетов Земли, Марса и Венеры и прибытие к комете Чурюмова-Герасименко с выходом на орбиту искусственного спутника планеты и последующей посадкой на поверхность этого малого небесного тела. В зависимости от времени старта внутри «стартового окна» задавалось время прибытия к комете и конкретный график сближений с планетами и астероидами по пути к ней. План полета предусматривал также «раскручивание» станции во внутренних областях Солнечной системы с последующим выходом на орбиту. Точный график пролета конкретных небесных тел не был известен до старта, а сформирован и объявлен только через несколько недель после него. Он включал три пролета Земли, пролет Марса и два близких пролета астероидов Стейнс и Лютеция. Первый раз в марте 2005 года путь «Розетты» лег мимо Земли, затем в феврале 2007 года впервые в истории космонавтики было проведено исследование Марса с пролетной траектории по пути к другим небесным телам. Откровенно говоря, данный пролет не имел почти никакого научного значения, поскольку вокруг Марса и на его поверхности годами работают искусственные спутники и самоходные аппараты. После соответствующего приращения скорости в ноябре того же 2007 года станция повторно встретилась с Землей. В сентябре 2008 года «Розетта» пролетела 1700 км около астероида Стейнс. В ноябре 2009-го, во время следующего витка вокруг Солнца, станция совершила последний, третий пролет Земли. Во время следующего захода в находящийся между орбитами Марса и Юпитера пояс астероидов «Розетта» встретилась на расстоянии 3000 км с астероидом Лютеция.


***
Аппарат был назван в честь найденного в 1799 году в Египте Розеттского камня. Трехъязычная надпись на его поверхности позволила ученым расшифровать древнеегипетские иероглифы. Точно так же космический аппарат «Розетта» должен доставить с небес на Землю данные, проливающие свет на древнюю историю Солнечной системы. Кстати, в память о знаменитом прототипе на борту «Розетты» имеется цифровой диск, на котором на 6000 языках записаны первые три главы Книги Бытия.

В июле 2011 года, после ряда консервирующих мероприятий, аппаратура станции была выключена – теперь аппарат будет двигаться, не контактируя с Землей. В этот период времени на станции останется включенной лишь «печка» для поддержания дальнейшего функционирования аппаратуры. «Проснется» зонд лишь в январе 2014 года при приближении к цели – комете Чурюмова-Герасименко. Начиная с этого момента «Розетта» будет постепенно подтягиваться к комете, сокращая расстояние до нее. Большинство приборов включится (по крайней мере, в тестовом режиме) вскоре после «пробуждения» станции в январе. В конце мая планируется выход на орбиту вокруг кометы – впервые небесное дело этого класса получит рукотворный спутник. До этого искусственные спутники имелись у Меркурия, Венеры, Земли, Луны, Марса, Юпитера, Сатурна и двух астероидов. Ввиду крошечных размеров ядра кометы аппарат будет парить на высоте около километра.


***
Аппаратура основного блока
ALICE – спектрометр для определения содержания воды и углекислого газа.
CONSERT – антенна для изучения внутреннего строения ядра кометы.
COSIMA – анализатор неорганической и органической частей кометной пыли.
GIADA – прибор для определения скорости, направления, массы кометных и метеоритных частиц.
MIDAS – макроанализатор изображений.
MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) – определитель скорости газовых частиц и температуры поверхности.
В разработке аппаратуры для кометного зонда и его посадочного отсека принимали участие ученые стран – членов Европейского космического агентства Финляндии, Германии, Великобритании, Австрии, Ирландии и Венгрии.


Наиболее интересным этапом экспедиции должна стать посадка. Предназначенный для этого посадочный зонд получил имя «Филы» – так назывался остров на Ниле вблизи города Розетта, где и был найден легендарный камень. Это название предложила пятнадцатилетняя итальянская школьница Серена Висмара; по приглашению Европейского космического агентства она также присутствовала на запуске космической станции.
После выбора удобного места посадки сценарий действий «Филы» будет следующим. В начале ноября 2014 года, после отделения от основного блока, посадочный аппарат снизится с высоты порядка километра и со скоростью всего 1 м/с опустится на поверхность кометы. Зафиксировавшись на поверхности ядра с помощью «гарпуна», зонд сразу же передаст «аварийные» (на случай быстрого прекращения активного существования) панорамные снимки поверхности, выполнит бурение темной корки ядра (состоящей, как считается, из сложных органических молекул) и исследование ледяной и газовой составляющих. Также планируется измерить электрические показатели кометного грунта до глубины полтора метра. Работа зонда на поверхности рассчитана, по крайней мере, на неделю, но, как это обычно бывает, может быть продлена на несколько месяцев. Что касается продолжительности активного функционирования основного орбитального блока, то номинально планируется поддерживать его существование до декабря 2015 года, но скорее всего и этот срок будет существенно продлен.
Аппаратура зонда позволит провести анализ элементного, молекулярного, минералогического и изотопного состава вещества поверхности и подповерхностного слоя ядра кометы, а также измерить его механические характеристики (плотность, прочность, структуру, пористость, наличие льда, тепловые свойства).
Интригуют результаты тонких изотопных анализов, которые могут привести к коренной переоценке представлений о генезисе легкоплавкой составляющей кометного вещества. Остается лишь запастись небольшой долей терпения, чтобы дождаться осени следующего года, когда будет осуществлена мягкая посадка на ядро кометы.


Читать эту статью в онлайн версии журнала "ММ": 


Всего 0 комментариев
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK
Яндекс.Метрика