№9, 2006 г.
© Сурдин В.Г.
Экспедиция
за веществом кометыВ.Г.Сурдин,
кандидат физико-математических наук
Москва15 января 2006 г. межпланетный аппарат совершил посадку в пустыне Юта (США). Однако он не имел никакого отношения к летающим тарелкам. Прибывшие на нем «инопланетяне» оказались частичками межпланетного вещества. Их доставила на Землю спускаемая капсула аппарата «Stardust» («Звездная пыль»). В основном это частицы кометы Вилда-2, захваченные два года назад во время встречи аппарата «Stardust» с древней кометой *. Но среди них могут быть и частицы межпланетного и даже межзвездного вещества!
* Что расскажет комета Вилда-2? // Природа. 2004. №9. С.81-82.А началась эта история 7 февраля 1999 г., когда НАСА запустило в межпланетное пространство космический аппарат для сбора вещества в хвосте периодической кометы 81P/Вилда-2 и доставки собранных образцов на Землю. До этого несколько раз космические зонды уже сближались с кометами. В 1985 г. с ядром кометы 21P/Джакобини-Циннера сблизился аппарат «International Cometary Explorer» (НАСА). В 1986 г. ядро кометы 1P/Галлея изучали с близкого расстояния сразу пять автоматических межпланетных станций - две японские («Сакигаке» и «Суйсей»), две советские («ВЕГА-1 и -2») и одна европейская («Джотто»), причем последняя приблизилась к ядру на 600 км. А в июле 1992 г. «Джотто» подошел к ядру кометы 26P/Григга-Скьеллерупа на расстояние всего 200 км. В 2001 г. с ядром кометы 19P/Борелли сблизился аппарат «Deep Space-1» (НАСА).В ходе этих экспедиций на Землю были переданы результаты дистанционного зондирования, а также изображения ядер комет Галлея и Борелли. Но о доставке на Землю вещества комет не было даже речи. Экспедиция «Stardust» стала первой, в рамках которой аппарат должен был не только долететь до ядра кометы, но и вернуться обратно! Полет был рассчитан на 7 лет, но астрономы готовы были ждать так долго, лишь бы получить образцы кометной пыли.
Аппарат «Stardust» (НАСА).
Аппарат «Stardust» невелик: 1.7 м в длину и массой 380 кг (вместе с топливом для двигателей коррекции). Для сбора космической пыли был разработан специальный коллектор площадью в 1000 см2, состоящий из алюминиевых сот, заполненных особым мелкопористым силикатным материалом - аэрогелем. По существу это сверхпористое стекло (SiO2), самое легкое среди известных твердых тел, на 99.8% состоящее из пор нанометрового размера. Считается, что он лучше всего подходит для захвата хрупких частиц кометы без их серьезного повреждения. Налетая со скоростью несколько километров в секунду, пылинки глубоко погружаются в вещество коллектора и достаточно плавно тормозятся. При этом они не пробивают коллектор насквозь, но и сами не испаряются от удара. Частицы вязнут в аэрогеле, оставляя за собой конусообразный след в сотни раз длиннее самой частицы. Поскольку аэрогель полупрозрачен, ученые могут использовать эти следы для обнаружения крошечных частиц.
Ловушка с аэрогелем (диаметр 40 см, толщина 1.3 см). Зачем нужна была такая длительная и дорогостоящая экспедиция? Почему астрономы интересуются кометами и по какой причине для пробы вещества была выбрана именно комета Вилда-2? Для ответа на эти вопросы нужно кое-что напомнить о кометах. Астрономы считают кометы наиболее старыми и примитивными телами Солнечной системы; они образовались из того же вещества, что и протосолнечная туманность, которая затем сжалась, образовав Солнце и планеты. Теперь мы уже точно знаем, что кометы содержат существенное количество замерзшей воды, пыль и углеводородные смеси. Именно они могли быть основным источником воды и органических молекул на Земле, когда она более 4 млрд лет назад подверглась интенсивной бомбардировке этими телами. Несмотря на свой большой физический возраст, ядра комет, населяющих периферию Солнечной системы, не претерпели, как полагают, заметной эволюции. Вдали от Солнца, лишенные внутренних источников тепла, они стали идеальным хранилищем первичного планетного вещества. В некотором смысле современные кометы похожи на «машины времени»: они открывают окно в прошлое, в те времена, когда Солнечная система была совсем юной и жизнь на Земле только зарождалась.
Поскольку экспедиция к комете планируется за несколько лет, кандидата для встречи приходится выбирать из числа известных, неоднократно наблюдавшихся комет с точно вычисленной орбитой. Это периодические кометы, при этом предпочтительны движущиеся недалеко от орбиты Земли, с особо коротким периодом (ведь космическому аппарату после встречи предстоит еще вернуться назад). Однако близость орбиты к Земле означает и ее близость к Солнцу, жар которого стимулирует химические процессы в древнем веществе кометы, а этого хотелось бы избежать. И тут астрономам повезло: среди сотен известных периодических комет судьба подарила им комету Вилда-2. Еще недавно она обращалась вокруг Солнца между орбитами Юпитера и Урана, но все изменилось, когда в сентябре 1974 г. она пролетела на расстоянии 0.006 а.е. от Юпитера. Это сближение с гигантской планетой катастрофически изменило орбиту кометы и отбросило ее внутрь Солнечной системы.
Ядро кометы Вилда-2. Перейдя на новую орбиту, комета приблизилась к Солнцу и 6 января 1978 г., во время своего первого сближения с Землей (на 1.21 а.е.), была открыта Паулем Вилдом (на его счету она оказалась второй). Новая орбита кометы Вилда-2 имеет период 6.39 года и лежит почти в плоскости земной орбиты, что существенно облегчает встречу с ней космического аппарата.
Но главное не в этом. Комета Вилда-2 девственно свежа. До своего сближения с Юпитером в 1974 г. она была «законсервирована» на холодной окраине Солнечной системы. Обычно каждое сближение с Солнцем приводит к выпариванию некоторого количества летучих веществ с поверхности ядра кометы; примерно после 100 ее сближений с Солнцем (как это было, например, с кометой Галлея) она теряет большую часть своих летучих газов, покрывается толстой термостойкой корой и уже при следующих встречах с Солнцем не проявляет активности - не окружает себя газово-пылевой комой и не распускает гигантский хвост. А поскольку Вилда-2 к моменту встречи с аппаратом «Stardust» всего лишь пять раз приближалась к Солнцу, она еще не потеряла большую часть своих замерзших газов, смешанных с пылью, а значит, вещество на ее поверхности все еще сохраняет свои изначальные качества.
В общем, комета Вилда-2 оказалась в нужное время в нужном месте. Рассчитанная для «Stardust» траектория полета позволила космическому аппарату подлететь к комете с относительно малой скоростью - около 6 км/с. Поэтому мелкие частицы кометной пыли неспособны были пробить коллектор насквозь, а должны были застрять в нем. Доставил ли их посадочный аппарат на Землю - пока не ясно: исследования заполненного аэрогелем коллектора только начались.
Впрочем, на своем долгом пути к комете «Stardust» решал многие задачи: вдоль траектории полета он дважды брал пробы межпланетного вещества; в январе 2001 г. совершил гравитационный маневр в поле тяготения Земли, чтобы в январе 2004 г. сблизиться с кометой, а попутно, в ноябре 2002 г., он пролетел близ астероида 5535 Аннефранк. Эта малая планета, названная в память о жертве фашистского геноцида Анны Франк, которая вела знаменитый дневник, находится в Главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером. При максимальном сближении с астероидом на 3300 км космический аппарат получил его изображение. Хотя разрешение картинки недостаточно высокое, чтобы различить детали поверхности, все же были определены форма, размер и отражательная способность астероида. Имея в поперечнике 6 км, астероид Аннефранк оказался больше и темнее, чем ожидалось.
Встреча зонда с кометой Вилда-2 состоялась за орбитой Марса, что довольно далеко от Солнца, но все же солнечного тепла оказалось достаточно для испарения газа и сдувания частиц с ее поверхности. Уже на расстоянии 500 км «Stardust» начал передавать снимки ядра кометы. На них хорошо видны многочисленные кратеры и холмистая поверхность. При сближении с ядром кометы на 240 км ее частицы ударяли по земному посланцу со скоростью, в шесть раз превышающей скорость винтовочной пули. Но жизненно важные органы аппарата были прикрыты специальной защитой (типа многослойной танковой брони, хотя и не столь тяжелой), а ловушка с аэрогелем была выставлена наружу. При этом ее развернули «свежей» стороной вперед, чтобы кометные пылинки не смешались с ранее захваченными межпланетными, а может быть, кто знает, и межзвездными.
Собрав кометную пыль, «Stardust» вернулся к Земле и сбросил спускаемый аппарат с ловушкой пыли, а комета Вилда-2, слабая и едва различимая в телескоп, заняла свое место в списке исторических комет. Ее частички, хранящиеся в возвращаемой капсуле, вероятно, старше Солнца. Они будут изучаться в течение нескольких лет и должны дать новые сведения о ранней истории Солнечной системы. Но прежде чем исследовать эти микроскопические частицы, их нужно разыскать в веществе ловушки. Предварительные оценки показывают, что захвачено несколько тысяч кометных частиц и всего около полусотни частиц межпланетной (или даже межзвездной) пыли. Так что найти их в объеме ловушки - непростая задача. Каждый из нас тоже может помочь в поиске этих пылинок. В лаборатории НАСА ловушка с аэрогелем будет сфотографирована слой за слоем, и около 1.5 млн снимков будут выложены в Интернете (адрес http: // stardustathome.ssl.berkeley.edu/). Доступ к ним был открыт в марте 2006 г.
Космическая пылинка и ее след в аэрогеле длиной около 1 мм. Эта ловушка экспонировалась на околоземной орбите
во время полета шаттла.Виртуальный микроскоп поможет в трудном поиске пылинок в недрах аэрогеля. В рамках программы Stardust@home каждый желающий сможет участвовать в увлекательной охоте за космическим веществом, а найдя пылинку, получит право дать ей имя.
Любопытно, что пока «Stardust» нес свой бесценный груз к Земле, состоялась еще одна встреча автоматического зонда с кометой: аппарат «Deep Impact» (НАСА) сблизился с ядром кометы 9P/Темпеля-1. Контакт был более чем тесным: выстрелив массивной болванкой в комету, зонд вызвал солидный взрыв на поверхности ядра и дистанционно исследовал выброшенное вещество. А в перспективе - еще одна интересная встреча: к комете 67P/Чурюмова-Герасименко держит путь европейский зонд «Rosetta». В 2014 г. он станет спутником ядра этой кометы и высадит на него автоматическую лабораторию.
Одним словом, за кометы взялись всерьез.
