Высадка на комету: зачем ученые повторяют подвиги Брюса

Эти небесные гостьи веками считались предзнаменованиями свыше. Потом их низвели до статуса грязного снежного комка. Сейчас они стали одной из самых удивительных загадок природы. В середине сентября была назначена точка, где человечество сможет получить ответ на вопрос о том, что такое кометы. Вопрос на удивление практичный.

15 сентября на пресс-конференции в Париже было объявлено, что команда ученых выбрала место посадки научного модуля Philae, который должен опуститься на поверхность кометы 67P / Чурюмова – Герасименко. Модуль Philae отстыкуется от межпланетной станции Rosetta и прикометится 11 ноября этого года в условной точке J. Аппарат Philae прикрепится к поверхности кометы специальным гарпуном-якорем, произведет бурение и будет наблюдать за тем, как комета начнет нагреваться и таять по мере ее приближения к Солнцу.

Кометные ужасы

Кометы – самые таинственные небесные тела Солнечной системы. Они поражали воображение землян. В них видели знаки свыше, правда, не всегда удачно их истолковывали. Давно уже ходит по манускриптам и книгам история о римском папе Каликсте III, знаменитом Альфонсо ди Борджиа, который, желая поддержать христолюбивое воинство Венгерского королевства, выступившего против турок, объявил появившуюся на небесах комету «знаком свыше», имеющем-де форму креста. Турки, однако, увидели, что хвост кометы скорее напоминает ятаган, и объявили, что это Всевышний именно им обещает победу. Тем не менее послание папы дошло до венгерской армии и воодушевило ее. Турки под Белградом были разбиты.

Конец мистике положил в XVIII веке Эдмунд Галлей. В 1716 году он предсказал, что в 1758 году прилетит та же комета, которую все видели в 1682 году. Великий астроном не дожил до своего триумфа, но благодарные потомки назвали комету его именем.

К XX веку в зловещие знамения уже никто не верил, зато начали верить в науку и околонаучные домыслы. С появлением спектрографии ученые стали изучать, что же светится в кометах, и были просто шокированы, как, впрочем, и широкая публика. В 1910 году во время очередного прохождения кометы Галлея в ее хвосте были обнаружены молекулы HCN, синильной кислоты, соль которой (цианистый калий) давно стала символом смертельной отравы. Просвещенный мир обуяла паника, но ничего страшного не случилось.

В кометах видели что угодно: и базы инопланетных кораблей, и анти-Земли, летящие, чтобы нас погубить, и много чего еще. Нет никакого сомнения, что с приближением новых комет появятся новые страшилки. Но вот за шлейфом этих занимательных и скандальных историй остались незамеченными действительно серьезные тайны хвостатых звезд.

Что это такое?

В наши дни принято считать, что кометы – это огромный грязный снежок, летящий в космосе по вытянутой орбите, в одном из фокусов которой находится Солнце. Большую часть времени кометы летают в отдалении от нашего светила, но регулярно возвращаются к нему и, облетая его, начинают испаряться, формируя красивый хвост.

Долгое время считалось, что кометы – это останки не разобранного по планетам и спутникам древнего вещества, из которого и сформировалась наша Солнечная система. Считалось, что основу кометы составляют замерзшие до твердого состояния газы и вода вперемешку с пылью и мелкими камнями. Пока комета летит в отдалении от Солнца, она выглядит как астероид, но по мере приближения к светилу замерзшее вещество принимать газообразную форму, вынося с собой пыль.

Так вокруг ядра кометы образуется своеобразный ореол или кома, хорошо заметная в свете Солнца. Кома гораздо больше ядра и может достигать миллионов километров в поперечнике. Давление солнечного света сносит молекулы газов и микроскопической пыли, формируя хвосты кометы. Хвосты комет крайне разреженны – ученые сравнивают это с одним наперстком вещества, рассеянного над всей Москвой, – такова их плотность. Поскольку химический состав комет достаточно пестр, разные молекулы и пылинки по-разному отклоняются солнечным излучением, поэтому у комет наблюдается отдельно пылевой, отдельно – газовый хвост, да и сам газовый хвост может иметь совершенно разный облик.

У кометы Икейя – Занг прекрасная крупная кома и прямой газопылевой хвост

Предполагалось, что кометы могут содержать огромные объемы воды. В частности, по одной из гипотез, земные океаны – это вода комет, которые упали на Землю на заре ее существования. Состав твердых частиц предполагался близким к составу каменных метеоритов. Однако когда открытая 18 сентября 1965 годa кометa Икейя – Секи стала приближаться к Солнцу, научный мир пришел в легкий шок – кометa окaзaлaсь не только исключительно яркой, но и необыкновенно теплой. Когда же ее ядро от близости к Солнцу стало активно разрушаться, спектрометры показали наличие в его составе таких металлов, как железо и никель. Чтобы уточнить детали, придется подождать – комета Икейя – Секи вернется к Солнцу только через 1400 лет.
Их короткая жизнь

Все кометы можно разделить на две группы: короткопериодические и длиннопериодические. Короткопериодические возвращаются к Солнцу каждые 200 лет или чаще – комета Энке спешит на встречу с ним каждые 3 года, к примеру. Комета Чурюмова – Герасименко – каждые 6 лет, чуть больше. Комета Галлея – каждые 76 лет.

А вот длиннопериодические кометы могут иметь период обращения в десятки тысяч лет. Все кометы могут менять его, если во время путешествия будут пролетать мимо массивных небесных тел. Например, комета Хякутаке 1996 года имела расчетный период обращения 17 тысяч лет, но сила тяжести внешних планет изменила ее орбиту, и теперь она вернется к нам не ранее чем через 70 тысяч лет.

Жизнь комет, которые прилетают к Солнцу, часто по астрономическим меркам короткая – десятки, сотни тысяч лет. Причина проста – каждый подлет кометы к Солнцу испаряет ее часть, комета разрушается и под конец либо превращается в нечто астероидоподобное, или просто в кучу камней, песка и пыли, которые постепенно рассеиваются в пространстве.

Ну а берутся они из периферии нашей Солнечной системы, где медленно плывут во мраке вечного холода. Оттуда их выдергивают всякие гравитационные возмущения и столкновения. Но эта благостная картина жизни комет нуждалась в подтверждении. И тогда к кометам послали космические станции.

На встречу со звездой

Встретиться с кометой в космосе, когда она стремится к Солнцу, очень сложно. Это там, в черных далях, их скорость падает до сотен и десятков метров в секунду. Чем ближе к Солнцу, тем больше скорость, которая превышает 40 км/сек. Иначе им не вырваться от нашего светила, и остается одна дорога – в пекло.

Но в 1980-е годы у человечества уже были определенный опыт и знания. И возвращающуюся к Солнцу комету Галлея поджидала целая армада научных аппаратов. СССР запустил два зонда ВеГа (Венера – Галлей), которые должны были изучить Венеру и затем пройти мимо кометы. На советских станциях стояла также аппаратура Европейского космического агентства. Одновременно ЕКА запустило свою станцию – Giotto, а японцы – зонды Sakigake и Suisei.

ВеГа и Giotto подошли ближе всех, на 8000 км и 660 км соответственно. Они оказались под лавиной частиц, которые нанесли станциям значительный урон. Но они узнали, что ядро яркой кометы на самом деле почти черное, а светятся только газы, которые вырываются в пространство на солнечной стороне. Пористый, черный, хрупкий и непредсказуемый мир – создатели фильма «Армагеддон» базировались именно на тех данных, пытаясь показать нам комету-убийцу.

Такой увидел комету Галлея в 1986 году зонд Giotto

Спустя десять лет американские ученые начали готовиться к своим запускам. Погоня за кометой Галлея показала – пыль вокруг кометы может убить любую станцию, а попытки что-то сделать на встречных курсах, когда относительная скорость составляет 70 км/сек, просто бессмысленны. За кометой нужно гнаться. И в этой погоне есть шансы захватить частички кометного материала.

В 1999 году к комете Wild 2 была отправлена экспедиция Stardust, которая должна была собрать образцы пыли и вернуть их на Землю для лабораторного анализа. Вслед за «пылесосом» американцы готовили зонд для изучения плотноcти кометы, а европейцы начали работу над проектом Rosetta.

Тайна черных картофелин

Ядро кометы Wild 2 в качестве цели экспедиции Stardust было выбрано неслучайно. Астрономы убеждены, что до 1974 года это тело спокойно летало по орбите за Юпитером, пока не прошло слишком близко от гигантской планеты, и та отбросила Wild 2 к Солнцу, сделав кометой с периодичностью возвращения чуть более 6 лет. То есть Wild 2 – совсем свежая комета, в отличие от престарелой кометы Галлея.

Ловить пылинки с ядра кометы решили с помощью силикатного аэрогеля – вещества, которое за легкость называют стеклянным дымом. Сам же зонд одели в латы из керамических пластин. И 2 января 2004 года станция Stardust приблизилась к ядру кометы на 250 км. Попутно станция проводила фотосъемку ядра. То, что увидели ученые, превосходило творения фантастов. Ядро оказалось украшенным огромными выемками и пиками. Никогда и нигде подобного рельефа в Солнечной системе не видели.

Комета Wild 2 оказалась крайне сложной формы

Еще сильнее удивил специалистов состав пойманных частиц кометы. До этого считалось, что кометы собраны из каменного материала, оставшегося от процесса формирования планет и астероидов. Однако образцы пыли показали, что они образовались под действием крайне высоких температур, скорее всего, неподалеку от поверхности Солнца 4,5 млрд лет назад, то есть много позже начала формирования Солнечной системы. Ученые задались вопросом: а как тогда комета собрала в одно целое лед, замерзшие газы и твердые частицы, родившиеся близ Солнца?

Другой вопрос, интересовавший специалистов: какой плотности тело кометы? Что это – айсберг с вмороженными камнями или рыхлый ком снега? Это должна была выяснить станция Deep Impact, запущенная в самом начале 2005 года к комете Темпель-1. Станция догоняла комету и, приблизившись на небольшое расстояние, сбросила зонд Impactor, который 4 июля 2005 года врезался в тело кометы на скорости более 10 км/сек.

Вспышка при ударе о рыхлый Темпель-1 удивила ученых своей яркостью

Медный заряд массой около 370 килограмм породил мощный выброс материи кометы и очень яркую вспышку. Ученые пришли в легкое недоумение: характер выброса показал, что ядро кометы крайне рыхлое, но почему тогда была ярчайшая вспышка? С другой стороны, если ядро рассыпчатое, как отварная крахмальная картофелина, то как на таком теле могут сохраняться четкие границы кратеров от многочисленных метеоритных попаданий? Без посадки на комету это выяснить было невозможно. Вот тут-то на горизонте появилась неспешная Rosetta.

Тише едешь – Розеттой будешь

В космосе все относительно. Stardust начал свою миссию в 1999 году, а закончил в 2011-м, разглядывая след от удара Impactor на комете Темпель-1 в 2005 году. А зонд Rosetta Европейское космическое агентство запустило раньше успеха Deep Impact, аж в 2004-м. И вот только через 10 лет станция подлетела к цели.

Столь длительный срок был обусловлен сложностью задачи. Европейцы не собирались бомбить комету, оставив эту работу американцам. Они захотели стать спутником кометы, а затем отправить на ее поверхность зонд, который не только сделает замеры, но и дождется того времени, когда комета под лучами Солнца начнет таять и испаряться. Именно поэтому станция совершала хитроумные виражи по Солнечной системе, чтобы в конце концов выйти на орбиту, практически идентичную орбите самой кометы.

Уже на стадии приближения к комете были обнаружены некоторые странности. Впрочем, исследователи комет начинают к ним привыкать. В частности, спектрограф ультрафиолетового излучения обнаружил, что комета является необыкновенно темной в данном диапазоне, и никаких свидетельств наличия участков открытого льда не наблюдал. При этом в развивающейся коме кометы фиксируется как водород, так и кислород.

Но больше всего удивила астрономов форма кометы, напоминающая резинового игрушечного утенка. Широкая публика подумала, что ученые никогда не видели такой формы, и поэтому так восторгаются. Но интрига-то в том, что астрономы такую удивительную форму УЖЕ ВИДЕЛИ – она похожа на комету Галлея.

Слева – комета Галлея, справа – Чурюмова – Герасименко. У обеих комет замечена перетяжка, которая делит их на две неравные части

Почему столь разные кометы приобрели со временем столь странную общую форму? И какие они все же – твердые или рыхлые? Или тело кометы – это нечто такое, чего мы еще не встречали в природе? Если они будут угрожать Земле – как с ними бороться? Их можно расколоть, например, ядерным взрывом, как поступил герой Брюса Уиллиса в «Армагеддоне», или же они просто испарятся? А может, они способны сдетонировать, как кусок взрывчатки? На данном этапе в каждой шутке есть доля шутки.

Возможно, это не угроза для нашей планеты, а как раз шанс для ее развития, новый Клондайк, который может изменить представления о поиске полезных ископаемых? Или это материал для терраформирования Марса...

Все эти вопросы становятся более актуальными в свете сообщений о том, что NASA приступает к программе отбора астероидов с целью их управляемого перемещения. Это может касаться и комет. Ждать результатов осталось недолго – и они могут быть действительно сенсационными.

Константин Ранкс Источник: slon.ru