Кометы рыже-красный хвост

 

01 Comet.jpg


И в зыбком сумраке безлунном,

Пугая мириады звёзд,

Торил тропу от греков к гуннам

Кометы рыже-красный хвост.

(Борис Пастернак)

 

Полгода назад, в разгар новогодней канители, я запостил прогноз на год грядущий, в котором педантично расписал все запланированные на него межпланетные события: кто куда отправится, и кто куда прилетит в течение года. Как я и обещал, 6 августа сего года европейская станция Розетта (Rosetta) должна выйти на орбиту вокруг кометы Чурюмова-Герасименко, а в середине ноября она совершит посадку на её поверхность. События абсолютно не ординарные, поскольку и то и другое будет совершено впервые в истории космических исследований. До прилёта Розетты к пункту назначения остался ровно месяц, поэтому пришло время осветить это событие, дабы не только не прошло оно нами незамеченным, но и подошли мы к нему должным образом подготовленными О самом проекте я расскажу подробно в следующей публикации, а в этой - разверну перед вами ретроспективу исследования комет с помощью межпланетных автоматических станций - помещу полёт Розетты в соответствующий контекст. Не пугайтесь, - это не больно. По сегодняшний день таким способом было "прощупано" всего 6 комет, так что ретроспектива получится не слишком обременительной. Вообще говоря, "актов исследования" - прости Господи - было 7, но одна из комет удостоилась визита дважды

 

 

Коротко о том, что такое комета

 

Комета (от др.-греч. komḗtēs волосатый, косматый) небольшое небесное тело, имеющее вид туманного пятнышка, обращающееся вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите. При приближении к Солнцу комета образует кому и иногда хвост из газа и пыли.

Предположительно, кометы залетают к нам из Облака Оорта, в котором находится огромное количество кометных ядер. Эти тела, находящиеся на окраинах Солнечной системы, как правило, состоят из летучих веществ (водяных, метановых и других льдов), испаряющихся при подлёте к Солнцу

 

02 Comet orbit.JPG

 

Ядро кометы представляет собой тело из твёрдых частиц и льда, окутанное туманной оболочкой, которая называется комой. Ядро диаметром в несколько километров может иметь вокруг себя кому в 80 тыс. км в поперечнике.

Потоки солнечных лучей выбивают частицы газа из комы и отбрасывают их назад, вытягивая в длинный дымчатый хвост, который движется за ней в пространстве и может достигать десятков миллионов километров в длину.

Многие из наблюдаемых нами метеоров (падающих звёзд) имеют кометное происхождение: это потерянные кометой частицы, которые сгорают при попадании в атмосферу Земли

 

03 Comet structure.jpg

 

 

Исследование комет с помощью космических аппаратов

 

1. Комета Джакобини - Циннера

Первым рукотворным изделием, посетившим окрестности кометы, стал ICE (International Comet Explorer), пролетевший через хвост кометы Джакобини - Циннера в сентябре 1985 года. Несмотря на относительно близкий пролёт (в 7800км от ядра), никаких снимков сделано не было по той простой причине, что аппарат не был оснащён фотокамерой: он был запущен под другим именем (ISEE-3) и для других целей (для изучения взаимодействия магнитосферы Солнца с магнитосферой Земли), но по окончании своей основной миссии был направлен к удачно подвернувшейся ему комете Джакобини - Циннера. Как утверждали некоторые советские источники - единственно с целью украсть пальму первенства в исследовании комет у проекта "Вега" ("Венера-Галлей"), нацеленному на изучение пресловутой кометы Галлея... Заветная пальма была уже практически в руках у советской космонавтики, но коварный ICE унёс её прямо из-под носа вместе с кадкой, в которой она произрастала

 

04 1985.09.11 ICE (ISEE-3).jpg

 

2. Комета Галлея

Как бы там ни было, исследование кометы Джакобини - Циннера прошло относительно незамеченным широкой публикой, а комета Галлея была встречена землянами с царскими почестями и наделала много шуму. На перехват кометы вылетела целая международная армада: две советские станции "Вега", станция Джотто, Европейского Космического Агентства, и две японские станции "Суйсэй" и "Сакигакэ". Происходило всё это в марте 1986 в момент сближения кометы Галлея с Солнцем и, соответственно, пышного цветения её "хвоста". Научным вкладом японцев можно смело пренебречь: это была робкая проба пера в области межпланетных перелётов, их станции пролетели на огромном расстоянии от кометы (150 тыс. км и 7 млн. км соответственно) и мало что добавили к данным, полученным основными игроками: обеими Вегами и Джотто. Веги пролетели на расстоянии 8 и 9 тыс. км от ядра, передали его снимки и изучили "околокометную обстановку" (магнитные поля, потоки частиц и т.п.), притом, добытые ими фотографии были использованы для окончательного наведения на цель европейского аппарата Джотто. К посрамлению японцев, именно он был главным "камикадзе" в этой флотилии из пяти межпланетных станций: Джотто "просвистел" сквозь кому кометы всего в шестистах километрах от ядра, бурно извергавшего потоки газа и пыли. Его счётчик столкновений с частицами комы зашкаливал, но он успешно пережил это травматическое событие и передал на землю снимки, которые оставались самыми подробными изображениями кометного ядра в течение долгих пятнадцати лет, на протяжении которых в исследовании комет с помощью космических аппаратов царил унылый застой.

 

05 1986.03.14 Comet Halley by Giotto.jpg

 

С приходом нового тысячелетия к исследованию комет подключилась НАСА, и все последующие станции, отправленные к хвостатым скитальцам были американскими.

 

3. Комета Борелли

В сентябре 2001 межпланетная станция Deep Space-1 пролетела в 2200км от ядра кометы Борелли.

2200км - это довольно далеко, но и комета оказалась весьма крупной картофелиной длиною 8 км, и поэтому снимки получились подробными. Это были на тот момент лучшие снимки кометного ядра. Станция Deep Space-1 была экспериментальным аппаратом, предназначенным для обкатки новых (на то время) систем и технологий, включая и электростатический ионный двигатель. Поскольку весь аппарат был сплошь не опробованные решения, то и вероятность выполнения им каких-то конкретных научных задач оценивалась не очень высоко как, своего рода, бонус. Экспедиция, тем не менее, вышла очень успешной, и по окончании чисто технических испытаний он совершил тесные пролёты мимо астероида Брайль и кометы Борелли.

 

06 2001.09.21 Comet Borrelly by Deep Space 1.jpg

 

Итак, первые две станции НАСА (ICE и Deep Space-1) не были специально спроектированы для исследования комет, а полученные в этих проектах данные являлись бонусом и побочным продуктом довольно оскорбительное отношение к столь примечательным небесным телам, одно появление которых в ночном небе ввергало в ужас поколения наших предков Видимо устыдившись этого очевидного фака (не опечатка), американцы изменили своё отношение к кометам и осуществили подряд два абсолютно замечательных оригинальных проекта каждый из них был пионерским в плане методики изучения небесных тел.

 

4. Комета Вильда-2

В феврале 1999 в сторону кометы Вильда-2 была запущена станция Стардаст (Stardust, звёздная пыль). Цель проекта была амбициозной: ни больше ни меньше как доставить на землю пробы кометного вещества. Поскольку операция по высадке на поверхность кометы штука технически сложная и затратная в финансовом плане, был придуман оригинальный подход, учитывающий уникальную особенность именно комет: приближаясь к Солнцу в перигелии своей орбиты, кометные ядра начинают таять, отправляя в окружающее пространство тонны газа и пыли. Это облако из газа и пыли, формирующееся вокруг ядра кометы, называется комой. В НАСА решили спроектировать аппарат, который пролетит сквозь кому кометы Вильда-2, захватит частицы её пыли и доставит их на Землю.

Проблема такого захвата заключается в колоссальной скорости частиц относительно космического аппарата. В случае с пролётом кометы Вильда эта скорость составляет 6 км в секунду. На такой скорости, любая частица мгновенно испарилась бы при столкновении с поверхностью любого пробоотборника, поэтому для этой миссии был разработан уникальный силиконовый аэрогель вещество с феноменально низкой плотностью. Подушка из такого материала позволяет настолько плавно затормозить частицу, что теоретически в ней могли бы сохраниться даже относительно сложные органические молекулы. Пробоотборное устройство напоминало собой теннисную ракетку, покрытую толстым слоем пеноподобного вещества.

 

07 2004.01.02 Stardust spacecraft.jpg

 

В январе 2004 Стардаст благополучно пролетел сквозь кому кометы Вильда на расстоянии 240км, сделав множество подробных снимков ядра с истекающими из него струями газа и перехватив частички комы с помощью аэрогеля.

 

08 2004.01.02 Comet Wild 2 by Stardust.jpg

 

По окончании пролёта, теннисная ракетка была втянута внутрь возвращаемой капсулы, а сам аппарат продолжил двигаться по своей траектории, которая была рассчитана таким образом, что через два года полёта станция должна была встретиться с Землёй.

Это произошло в январе 2006. На подлёте к Земле возвращаемая капсула отделилась от станции, вошла в атмосферу со скоростью около 13 км в секунду и через несколько минут совершила парашютную посадку на полигоне в штате Юта.

Драгоценный аэрогель доставили в лабораторию НАСА и там извлекли из него довольно много частиц, размеры самой крупной из которых составляли примерно 0.1мм.

 

09 2004.01.02 Stardust capsule.jpg

 

Цитата: К настоящему времени в добытых зондом фрагментах пыли обнаружены химические элементы магний, алюминий, хром, никель, марганец, медь, галлий и, неожиданно, - изотоп железа 60Fe - достаточно молодое вещество (поскольку обладает довольно малым периодом полураспада), что меняет многие представления о формировании Солнечной системы

На этом кометная миссия станции Стардаст не закончилась. После отделения возвращаемой капсулы она совершила маневр уклонения, позволивший ей избежать входа в атмосферу, и продолжила свой полёт по гелиоцентрической орбите. Поскольку после всех этих перипетий она осталась в полном здравии, ей подобрали ещё одну цель, выделили финансы, и новая миссия получила название Стардаст Некст (Stardust NExT), но о ней есть смысл рассказать в связи со следующей кометной эпопеей полётом станции Дип Импакт (Deep Impact)

 

5. Комета Темпель-1

Следующая страница в исследовании комет с помощью межпланетных станций называется Дип Импакт (Deep Impact). Это последний по времени проект, и его идея заключалась в том, чтобы с помощью дистанционных методов пощупать состав внутренних областей кометного ядра, не изменённых в процессе многократного таяния и замерзания, которому подвергаются внешние слои.

Для этого в июле 2005 была запущена станция, состоявшая из двух частей: пролётного аппарата и импактора - массивного зонда, целью которого было столкновение с кометой. Выбросы вещества, которыми сопровождается такое столкновение на космических скоростях, должны были изучаться с помощью аппаратуры, установленной на пролётном аппарате. Сам импактор тоже не был тупой болванкой: он был оснащён двигателями, системой наведения и видеокамерами, передающими картинку на пролётный аппарат, который затем должен был ретранслировать их на Землю.

В качестве объекта для этого агрессивного эксперимента была выбрана комета Темпель-1. В июле того же 2005 года станция Дип Импакт сблизилась с кометой. За пять дней до подлёта импактор был отделён от пролётного аппарата и с помощью собственных двигателей направлен в ядро кометы. 4-го июля на скорости 20км/сек. он ударил в поверхность кометного ядра, породив вспышку, которая была видна в земные телескопы, - в месте столкновения образовался кратер диаметром 100 и глубиной 30 метров До самого момента столкновения импактор передавал на пролётный аппарат снимки поверхности кометы.

Пролётный аппарат, в свою очередь сделал серию фотографий столкновения импактора с кометой, и его приборы зарегистрировали спектр выброшенного при взрыве вещества.

 

10 2005.07.04 Tempel 1 impact by Deep Impact.jpg

 

Видео, составленное из кадров, отснятых импактором: https://www.youtube.com/watch?v=kt6yy7ND4ww

Видео, составленное из кадров, отснятых пролётным аппаратом: https://www.youtube.com/watch?v=dryvDlB1hWA

 

На этом история с изучением Темпель-1 не закончилась. Как я уже упоминал, станция Стардаст вышла живой и невредимой из своего эпохального вояжа по доставке на Землю звёздной пыли, ей подобрали дополнительную цель для исследований, и этой целью стала Темпель-1.

В ноябре 2010, спустя 5.5 лет после обстрела этой кометы Дип Импактом, мимо неё пролетел Стардаст, передав на землю снимки ядра и зоны обстрела:

 

11 2011.02.15 Comet Tempel 1 by Stardust NExT.jpg

 

12 2011.02.15 Comet Tempel 1 impact site by Stardust NExT.jpg

 

6. Комета Хартли-2

Последняя из шести комет, исследованных с помощью автоматических станций, - это комета Хартли-2.

После того, как Дип Импакт благополучно отстрелялся по Темпель-1, ему стали подыскивать новые цели - уже не для стрельбы, а для "мирных" дистанционных методов исследования. Комета Хартли-2 оказалась в нужном месте в нужное время, американский Конгресс изыскал финансы, и проект получил название "Дип Импакт ЭПОКСИ" (Deep Impact EPOXI).

В ноябре 2010 станция пролетела на расстоянии 700км от ядра Хартли-2 и передала на землю снимки его извергающей пыль и газы поверхности:

 

13 2010.11.04 Hartley 2 Comet by Deep Impact (EPOXI).jpg

 

На этом НАСА сделало усталый выдох, но выпавшее из его рук оружие подхватило Европейское Космическое Агентство.

О проекте "Розетта", который стремительно приближается к кульминации, и, в случае успеха, станет одним из центральных событий этого десятилетия в области исследования Солнечной Системы, читайте в следующем выпуске!

ОСТАВАЙТЕСЬ С НАМИ!