Как в настоящее время изучают кометы. Современные исследования комет - Кометы: общее описание. Исторические факты, начало исследования комет

Когда-то Аристотель объяснял появление комет дыханием Земли. По его словам, земные газы — «сухая плева» — поднимаются в верхние слои атмосферы, где и воспламеняются от «небесного огня». После чего летят по небосклону, сияя пламенеющим хвостом. Такое представление об этих небесных телах продержалось до середины прошлого тысячелетия. Только в XVIII веке английский астроном Эдмонд Галлей обратил внимание на то, что в 1531, 1607 и 1682 годах кометы летели практически по одному и тому же маршруту. Тогда он и предположил, что это не какой-то газ, а небесное тело, летящее по своей орбите, и оно должно вновь пролететь мимо Земли в 1758 году. Комета опоздала совсем чуть-чуть и была замечена в 1759-м.

Сейчас принято делить кометы на две группы — короткопериодические, с периодом обращения вокруг Солнца меньше 200 лет, и долгопериодические. И если про первые мы еще можем сказать что-то определенное, то вторые — темное дело. Считается, что место их «проживания» — облако Оорта, расположенное у самой границы Солнечной системы. Расстояние от Солнца до его границы может в 100 тыс. раз превышать расстояние от Солнца до Земли.

Астроном Эдмонд Галлей.

Рисунок, иллюстрирующий предполагаемый вид облака Оорта.

Сеялка разумного

Именно эти приходящие к нам из недр глубокого космоса кометы время от времени «балуют» астрономов странными и необъяснимыми выходками. Так, далеко не все из них строго следуют вычисленной траектории. В 1926 году астрономы наблюдали комету, которая произвольно отклонялась от предписанного гравитацией пути на целых 24 градуса, что с точки зрения небесной механики просто немыслимо. Многие кометы обладают орбитами, которые будто бы специально предназначены для облета планет земного типа. Такой была, например, открытая в 1969 году комета Беннета. Пройдя совсем рядом с Землей, она затем навестила Марс, после чего полетела к Венере и, наконец, унеслась к Юпитеру.

Снимок кометы Беннета. 1969 год.

Комета Ли, открытая в самом конце прошедшего тысячелетия и получившая прозвище Комета Нострадамуса, обладала непредсказуемой траекторией и аномальным хвостом, направленным вопреки законам физики не от Солнца, а к нему. По всем канонам считается, что хвост кометы — это «сдутый» с нее солнечным ветром ионизированный газ, и как он может быть не направлен к Солнцу — не вполне понятно. Такой же аномальный хвост наблюдался и у некоторых других комет.

Да и обычные кометы тоже иногда приносят сюрпризы. Бывает, что их яркость по непонятным причинам в одночасье увеличивается в десятки тысяч раз, как это было в 1977 году с кометой Туттля-Джакобини-Крессака. Или комета начинает неожиданно мигать (комета Донати, период мигания — 4,6 часа). Все эти неразрешенные загадки привели к тому, что некоторые астрономы всерьез объявили, будто кометы вполне могли быть созданы искусственно. Как аппараты для засева инозвездных планет жизнью и для их периодической инспекции. Если учесть, что последние исследования обнаружили в кометном веществе весьма сложные органические молекулы и соединения, напоминающие аминокислоты, из которых состоят наши белки, предположение это не так уж и фантастично.

Миссия «ВЕГА»

Вплоть до конца прошлого века ученым не удавалось рассмотреть, как выглядит ядро кометы. Увидеть его мешала ионизированная кома — своеобразная ярко светящаяся «атмосфера». Лишь 32 года назад советским космическим аппаратам «Вега-1» и «Вега-2» удалось приблизиться к ядру кометы Галлея и снять его с расстояния менее 9.000 км. Миссия «Вега» состояла из двух частей, о чем говорило уже ее название (ВЕГА — ВЕнера ГАллея). Сперва аппараты-близнецы, вышли на орбиту Венеры и десантировали спускаемые модули. После чего они направились на рандеву с кометой. Свидания состоялись 6 и 9 марта 1986 года. Аппараты сделали около 1500 снимков кометы и передали на Землю основные ее параметры. Галлея оказалась не шаром, а скорее «космическим башмаком» 14 км в длину 7,5 км в ширину, весящим 600 млрд т. Выяснилось, что «башмак» вращает» вокруг своего «каблука» и делает полный оборот за 54 часа. Температура на поверхности ядра кометы достигала 87°С. Каждую секунду она выбрасывала в космос 45 т газа и до 8 т пыли.

Из чего состоит комета?

Как не бывает двух одинаковых планет, так не встречается двух одинаковых комет. Даже одна и та же комета, в очередной раз, пролетающая мимо нас, сильно отличается от того небесного путешественника, каким она была на предыдущем витке.

Кома

Своеобразная атмосфера кометы — смесь углекислого газа, водорода, аммиака и метана. Около миллиона километров в длину.

Лучи

Возникают у «рыскающих комет». Предположительно влияют на траекторию полета, весьма значительно ее корректируя. Образуются исключительно в районе хвоста.

Ядро кометы

Состоит из смеси камней, пыли и различных видов льда — водяного, углекислотного, метанового и аммиачного.

Галос

Разбегающаяся световая оболочка. Появляется довольно редко, предположительно в результате взрыва и сброса внешней оболочки ядра кометы.

Аномальный хвост

Есть у немногих комет. Направлен строго к Солнцу. Происхождение малопонятно.
Орбита кометы.

Плазменный хвост

Состоит из ярко светящихся ионизированных атомов и молекул. Увеличивается по мере приближения кометы к Солнцу и всегда направлен в противоположную от него сторону.

Пылевой хвост

Обычно самый яркий из кометных хвостов и наиболее протяженный из встречающихся в Солнечной системе объектов, достигает в длину нескольких десятков миллионов километров.

Как самому сделать комету?

Для того чтобы прикоснуться к средней комете или вблизи посмотреть на то, как она устроена, не надо тратить сумасшедшие миллионы и снаряжать экспедицию. Достаточно построить ее.

Для производства ядра кометы потребуется:

1. Сухой лед — 2 кг (можно приобрести у продавцов мороженого; будьте осторожны: сухой лед имеет температуру -80С, и прикосновение к нему голыми руками может вызвать ожог);
2. Вода — 2 л;
3. Аммиак — несколько капель нашатыря либо несколько «пшиков» из баллончика для мытья окон;
4. Песок — горстка;
5. Крахмал или уорчестерский соус — несколько щепоток или капель;
6. Пакеты для мусора — 2 шт;
7. Большая чашка или маленькая кастрюлька;
8. Резиновые или кожаные перчатки (лучше утепленные);
9. Полотенце;
10. Бумажные салфетки;
11. Молоток;
12. Ложка или лопатка для перемешивания.

Руководство по изготовлению кометы

Шаг 1. Выстелите чашку изнутри мусорным пакетом, второй пакет положите на пол.

Шаг 2. Залейте в чашку примерно пол-литра воды, добавьте крахмал или соус, аммиак, немного песка, все тщательно перемешайте.

Шаг 3. Наденьте перчатки, заверните сухой лед в полотенце, положите его на второй пакет и раскрошите.

Шаг 4. Тонкой струйкой, постоянно помешивая, высыпьте получившуюся ледяную крошку в чашку. При этом будет образовываться густой пар. Получится разбухающая снежная масса. Продолжайте перемешивать массу еще несколько секунд после того, как она перестанет разбухать.

Шаг 5. Извлеките пакет с получившимся снегом из чашки и скатайте из снега крепкий комок.

Шаг 6. Обваляйте получившийся ком в оставшемся песке и равномерно облейте его со всех сторон водой до образования монолитной ледяной корки.

Шаг 7. После формирования корки процесс изготовления ядра кометы можно считать законченным. Если в нем теперь при нагреве образуется трещина, из нее будут бить фонтаны углекислого газа, смешанного с аммиаком. Полученную комету следует хранить в морозильном шкафу завернутой в салфетки, а для демонстрации выставлять на Солнце .

4 февраля 2004 года Марк Цукерберг запустил Facebook. 13 февраля 2004 г. ученые Южной Кореи клонировали 30 человеческих эмбрионов, в Северной же Корее 24 мая 2004 г. запретили мобильные телефоны. 1 июля 2004 года Ватикан наконец-то получил полноценное (за исключением возможности голосовать) членство в ООН. 21 сентября началась постройка небоскреба Бурдж-Халифа. 20 октября 2004 г. вышел первый релиз операционной системы Ubuntu. В этом же году случился печально известный захват и штурм школы в Беслане, повлекший множественные жертвы, и прошла первая украинская революция. На фоне этих событий запуск 2 марта 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане ракеты-носителя Ariane 5 с автоматической космической станцией Rosetta на борту прошел почти незамеченным, тем более что основная миссия аппарата, изучение кометы Чурюмова-Герасименко (67P/Churyumov-Gerasimenko), должна была начаться только через 10 лет – в 2014 г. И вот 10 лет прошли.

Зачем изучать кометы?

В отличие от научных миссий на планетах и их спутниках, исследование комет не несет никакой практической ценности. Колонизировать мечущиеся по солнечной системе ледяные глыбы невозможно. По причине высоких скоростей, эксцентриситета орбит и большого времени обращения добыча полезных ископаемых на кометах, даже если такие ископаемые обнаружатся, маловероятна.

Комета Чурюмова-Герасименко с расстояния 100 км

С другой стороны, кометы – одни из немногих доступных нам объектов, которые практически не изменились с момента формирования этих небесных тел 4,6 млрд. лет назад. Как астероиды и карликовые планеты, кометы, несмотря на агрессивное воздействие Солнца, являются отличными лабораториями для исследования условий, существовавших в солнечной системе на ранних стадиях ее формирования. Правильное же понимание процессов и хронологии зарождения планетарных систем является фундаментальным для многих разделов астрономии.

Ученые надеются, что как и давший имя аппарату Розеттский камень, позволивший в свое время расшифровать египетское иероглифическое письмо, Rosetta позволит разгадать тайны формирования Солнечной системы.

Так что исследование комет – это чистая наука, удовлетворение присущего лучшим представителям человечества любопытства.

История вопроса

Первыми исследованием комет с помощью автоматических космических станций заинтересовались в NASA и ESA (European Space Agency). В 1982 г. после окончания основной миссии аппарата International Sun/Earth Explorer 3 (ISEE-3), провисевшего пять лет в точке Лагранжа на гелиостационарной орбите, он был отправлен на встречу с кометой Джакобини-Циннера (21P/Giacobini-Zinner), «ответственной» за метеорный поток Дракониды (максимум 8-10 октября). ISEE-3 встретился с кометой 11 сентября 1985 г, пройдя через ее хвост на расстоянии 7862 км от ядра. К сожалению, никаких камер на борту станции установлено не было, так что изображений исследователи не получили. Впрочем, затеяно все это было ради совсем другой кометы, очередное возвращение которой должно было состояться в 1986 году – знаменитой кометы Галлея.

Легендарный первопроходец ISEE-3

Стартовать к ней готовился целый международный космический флот – пять аппаратов. ISEE-3 тоже поучаствовал в торжественной встрече, исследуя хвост кометы издалека, с расстояния 28 млн. км. Но и на этом служба ISEE-3 науке не закончилась. Аппарат вышел на гелиоцентрическую орбиту и продолжал поставлять информацию ученым. Регулярную связь с ним поддерживали вплоть до 1999 г. А как оказалось после контрольного сеанса связи в 2008 г., по крайней мере один из приборов спутника продолжал функционировать, так что появилась надежда на реактивацию аппарата. В 2014 г. был запущен краудфандинговый проект ISEE-3 Reboot Project , который успешно собрал $150 тыс. Увы, вывести ISEE-3 на нужную орбиту не удалось, хотя пять из тринадцати научных инструментов станции вновь заработали. В рамках Interplanetary Citizen Science Mission данные космического долгожителя продолжит собирать команда энтузиастов. Впрочем, мы отвлеклись.

Итак, комету Галлея (Галлея, а не Галилея!) готовилось встретить все международное космическое сообщество. В состав армады Галлея вошли два советских аппарата «Вега-1» и «Вега-2», два японских – Sakigake и Suisei, и европейский Giotto.

Проект «Вега» стал последним большим космическим проектом СССР – их спускаемые аппараты не только осуществили посадку на поверхность Венеры и сбросили в ее атмосферу уникальные аэростатные зонды, но и передали первые фотографии ядра кометы, пройдя на расстоянии 8889 и 8030 км от него 6 и 9 марта 1986 г., соответственно. Мало того, данные, собранные «Вегами», помогли скорректировать траекторию Giotto, который 14 марта 1986 г. смог подобраться к комете Галлея на 596 км. Всего же обе «Веги» сделали около 1500 снимков кометы, собрали информацию о составе комы, характеристиках плазмы и т.д.

Межпланетная космическая станция «Вега», макет

Giotto подошел ближе к ядру и даже неожиданно для ученых пережил сближение, хотя удары кометной пыли развернули аппарат и вывели из строя его камеру, которая все же успела передать снимок ядра с близкого расстояния. После встречи с кометой орбиту Giotto скорректировали, а сам спутник погрузили в сон до 1990 г. Пробудившийся отправился на рандеву с другой кометой, Григга-Скьеллерупа (26P/Grigg-Skjellerup). И хотя во втором случае аппарат промчался мимо кометы на расстоянии всего 200 км, получить снимки из-за неисправности камеры так и не удалось. Giotto собрал уникальные данные о составе кометного ядра, плотности комы, скорости потери массы и т.д.

Зонд Giotto

Японский аппарат Suisei исследовал комету Галлея с расстояния 152 400 км и тоже получил несколько ударов микрочастицами. Попытка перехватить им же комету Джакобини-Циннера в 1998 г. провалилась из-за недостатка топлива.

Sakigake же изучал важную гостью с расстояния в 6,99 млн. км. И также, как сестринский аппарат, не смог встретиться с 21P/Giacobini-Zinner в 1998 г.

Следующей кометой, которой повезло стать объектом исследования, стала 81P/Вильда (81P/Wild, или Wild 2). США, не успевшие поучаствовать в международной космической регате 1986 г. из-за сокращения финансирования NASA, задумали обскакать конкурентов, впервые вернув на Землю образцы кометной пыли. Для этого космический аппарат Stardust, направившийся на встречу к комете, был оснащен 132 заполненными аэрогелем ячейками для улавливания космической пыли. Стартовавший 7 февраля 1999 г. аппарат пролетел 2 ноября 2002 г. возле астероида Annefrank и 2 января 2004 г. сблизился с кометой Вилда на расстояние 237 км. Образцы вернулись на Землю 16 января 2006 г. Из-за особенностей орбиты аппарата скорость входа в плотные слои атмосферы составила огромные 12,9 км/с (этот рекорд держится до сих пор), перегрузки во время посадки достигали 34 g, а тепловой щит нагрелся до 2900 C°. Интересно, что поиском микрочастичек кометной пыли, застрявших в слоях аэрогеля, занимались астрономы-любители, изучавшие послойные микроснимки аэрогеля в рамках проекта Stardust@home . Основная часть Stardust@home уже завершилась, но ученые планируют вскоре запустить новую фазу исследований.

Ловец космической пыли Stardust

Нельзя обойти вниманием и миссию NASA Deep Impact к комете 9P/Темпеля (9P/Tempel 1). Стартовавший 12 января 2005 г. аппарат успешно сбросил на поверхность кометы так называемый ударник – 370 килограммовую медную болванку с камерой, системой наведения и датчиками, создавшую кратер диаметром около 100 м, который позже зафиксировал пролетавший мимо Stardust. Выброс вещества позволил провести анализ кометного ядра, причем результаты заставили ученых частично пересмотреть теорию образования комет. Deep Impact удалось посетить наибольшее количество комет за один полет. После 9P/Темпеля он отправился к 103P/Хартли (103P/Hartley), исследовал издалека кометы Гаррадда (C/2009 P1) и C/2012 S1 (ISON). К сожалению, после этого связь с аппаратом прервалась.

Пришло время Rosetta.

Миссия Rosetta

Кардинальное отличие миссии Rosetta от предыдущих – использование не встречной или пролетной траектории, на которой относительные скорости могут достигать десятков километров в секунду, а выход на солнечную орбиту, аналогичную орбите кометы, и аккуратное сближение на минимальных скоростях. В момент первой встречи скорость кометы и аппарата составляли 15,2 км/с, в то время как относительная скорость – всего 1 м/с.

Rosetta на сборочном стенде, 2003 г.

По большому счету, комета Чурюмова-Герасименко – вполне ординарное небесное тело, и вообще, изначально планировалось, что Rosetta отправится к другой цели – комете 46P/Виртанена (46P/Wirtanen). Но из-за аварии ракеты-носителя Ariane 5 незадолго до запланированного пуска, стартовое окно закрылось и ученые нашли альтернативу – 67P/Churyumov–Gerasimenko.

Как было сказано в самом начале, Rosetta стартовала с космодрома Куру 2 марта 2004 г., на 14 месяцев позже первоначально запланированной даты. Чтобы выйти на орбиту, параллельную комете Чурюмова-Герасименко, кораблю понадобилось четыре гравитационных маневра – три вокруг Земли и один возле Марса. Именно эти маневры и привели к увеличению времени миссии, впрочем, все было рассчитано заранее и шло строго по плану.

За время пути Rosetta успела издалека понаблюдать за миссией Deep Impact на 9P/Темпеля и зафиксировать столкновение ударника с кометой, посетить небольшой астероид 2867 Šteins, пройдя 5 сентября 2008 г на расстоянии 800 км от него, обследовать пылевой хвост малого тела P/2010 A2, пролететь на расстоянии 3162 км мимо крупного астероида 21 Lutetia. В 2011 г. ушедший за орбиту Марса аппарат впал в спячку, из которой он вышел в районе орбиты Юпитера 20 января 2014 г. С мая по июль 2014 г. Rosetta провела ряд маневров, гася относительную скорость с 775 м/с до 1 м/с, сближаясь с кометой с космических 2 млн. км до вполне осязаемых 100 км.

Весь август аппарат потратит на картографирование кометы, снабжая нас уникальными снимками этого небесного тела с предельно близкого расстояния. А ученые будут выбирать место для посадки спускаемого модуля Philae. Его приземление (прикометивание) намечено на ноябрь 2014 г.

Окончание миссии запланировано на декабрь 2015 г. Комета и оба аппарата к тому времени опять уйдут в далекий космос, и энергии солнечных батарей перестанет хватать для функционирования электроники. Учитывая возможные повреждения от микрочастиц и запыление панелей, это может произойти и раньше.

Финальная часть миссии Rosetta, иллюстрация сделана еще до того, как стала известна форма кометы Чурюмова-Герасименко

Rosetta позволит ученым наблюдать трансформацию кометы во время приближения к Солнцу, причем не только в непосредственной близости от небесного тела, но и с его поверхности, благодаря спускаемому модулю Philae. Кроме того, одной из задач обоих аппаратов является поиск органических компонентов, тех самых семян жизни, которые кометы могли занести на Землю миллионы лет назад.

В создании аппарата принимали участие более 50 субподрядчиков, специалисты и компании из 14 европейских стран. На борту трехтонного базового модуля Rosetta разместили 11 приборов для изучения ядра кометы, газов комы и частиц вещества. Среди них: три спектрографа разного назначения, длиннофокусная (140 и 700 мм) камера OSIRIS, позволяющая получать снимки разрешением 2048×2048 пикселей, сканирующий атомно-силовой микроскоп для изучения пыли и т.д. Интересным должен стать и эксперимент по радарному сканированию кометы, который позволит получить своеобразную «томографию» ядра.

Rosetta и Philae

Питанием орбитальный модуль обеспечивают панели солнечных батарей с размахом 32 м. На расстоянии 3,4 астрономические единицы от Солнца, в поясе астероидов, она способна выдать 850 Вт, а на орбите Юпитера (5,25 AU) – только 295 Вт. Именно поэтому при удалении от Солнца Rosetta «засыпает».

Во времена гигабитных каналов и огромных файлов поражает скорость передачи информации с зонда Rosetta. Дециметровая антенна обеспечивает скорость передачи 7,8 бит/с (М и К в начале не пропущены, именно бит/с), а сантиметровая – 22 кбит/с. И это при том, что массив твердотельной памяти, для хранения ПО и данных измерений, установленной на зонде, имеет объем 25 Гб.

Посадочный модуль Philae

Интересна и конструкция посадочного модуля Philae, названного в честь острова на Ниле, на котором был найден Розеттский камень. Масса кометы недостаточна для создания полноценного гравитационного поля, так что посадка требует специальных инструментов. При приближении со скоростью 1 м/с к поверхности Philae должен загарпунить комету и подтянуть себя к ней. После этого в дело пойдут дрели в трех посадочных штангах, которые «прикрутят» аппарат к поверхности.

Покрытый солнечными батареями малютка Philae имеет массу 100 кг, 21 из которых составляет научное оборудование. Спускаемый аппарат оснащен CCD-камерой, которая будет производить съемку во время сближения и после посадки. Кроме того, в комплекте оборудования имеются несколько спектрометров, микрокамеры для изучения поверхности, газовый хромограф для изучения образцов, дрели для бурения поверхности, инструменты для звукового и электрического зондирования ядра и т.д. Предполагается, что Philae проработает на поверхности кометы от одной до шести недель.

Philae за работой

В ожидании посадки

Ближайшие месяцы Rosetta проведет в сближении с кометой. Самое интересное, посадка Philae, намечена на ноябрь 2014 г. Тем не менее, уже сейчас аппарат передает интереснейшую информацию и уникальные снимки ядра кометы Чурюмова-Герасименко с расстояния меньше 100 км. То, что происходит сейчас где-то за орбитой Марса – самое грандиозное событие непилотируемой космонавтики с момента посадки в августе 2012 г.

Кометы Чурюмова-Герасименко с расстояния 81 км и другого ракурса

Пожелаем Rosetta и Philae, а также их создателям, удачи в исследованиях дальнего космоса, особенно таких сложных, это тоже немаловажный фактор.

Быть в курсе последних новостей от Rosetta поможет сайт Европейского космического агентства . Фотографии кометы действительно завораживают.