Як зараз вивчають комети. Сучасні дослідження комет – Комети: загальний опис. Історичні факти, початок дослідження комет

Колись Аристотель пояснював появу комет диханням Землі. За його словами, земні гази — «суха плева» — піднімаються у верхні шари атмосфери, де й спалахують від «небесного вогню». Після чого летять небосхилом, сяючи полум'яним хвостом. Таке уявлення про ці небесні тіла протрималося до середини минулого тисячоліття. Лише у XVIII столітті англійський астроном Едмонд Галлей звернув увагу на те, що у 1531, 1607 та 1682 роках комети летіли практично по тому самому маршруту. Тоді він і припустив, що це не якийсь газ, а небесне тіло, що летить по своїй орбіті, і воно має знову пролетіти повз Землю в 1758 році. Комета запізнилася зовсім трохи і була помічена 1759-го.

Наразі прийнято ділити комети на дві групи — короткоперіодичні, з періодом обігу навколо Сонця менше 200 років, і довгоперіодичні. І якщо про перші ми можемо сказати щось певне, то другі — темна справа. Вважається, що місце їхнього «проживання» — хмара Оорта, розташована біля межі Сонячної системи. Відстань від Сонця до його кордону може у 100 тис. разів перевищувати відстань від Сонця до Землі.

Астроном Едмонд Галлей.

Малюнок, що ілюструє передбачуваний вид хмари Оорта.

Сівалка розумного

Саме ці комети, що приходять до нас з надр глибокого космосу, час від часу «балують» астрономів дивними і незрозумілими витівками. Так, далеко не всі з них суворо дотримуються обчисленої траєкторії. У 1926 році астрономи спостерігали комету, яка довільно відхилялася від запропонованого гравітацією шляху на цілих 24 градуси, що з погляду небесної механіки просто неможливо. Багато комет мають орбіти, які нібито спеціально призначені для обльоту планет земного типу. Такою була, наприклад, відкрита 1969 року комета Беннета. Пройшовши зовсім поряд із Землею, вона потім відвідала Марс, після чого полетіла до Венери і, нарешті, помчала до Юпітера.

Фото комети Беннета. 1969 рік.

Комета Лі, відкрита наприкінці минулого тисячоліття і яка отримала прізвисько Комета Нострадамуса, мала непередбачувану траєкторію та аномальний хвост, спрямований всупереч законам фізики не від Сонця, а до нього. За всіма канонами вважається, що хвіст комети – це «здутий» із неї сонячним вітром іонізований газ, і як він може бути не спрямований до Сонця – не зовсім зрозуміло. Такий самий аномальний хвіст спостерігався і в деяких інших комет.

Та й звичайні комети теж іноді дають сюрпризи. Буває, що їхня яскравість з незрозумілих причин відразу збільшується в десятки тисяч разів, як це було 1977 року з кометою Туттля-Джакобіні-Крессака. Або комета починає несподівано блимати (комета Донаті, період миготіння – 4,6 години). Всі ці невирішені загадки призвели до того, що деякі астрономи всерйоз оголосили, що комети цілком могли бути створені штучно. Як апарати для засіву інозоряних планет життям та для їх періодичної інспекції. Якщо врахувати, що останні дослідження виявили в кометній речовині дуже складні органічні молекули та сполуки, що нагадують амінокислоти, з яких складаються наші білки, припущення це не таке вже й фантастичне.

Місія «ВЕГА»

До кінця минулого століття вченим не вдавалося розглянути, як виглядає ядро ​​комети. Побачити його заважала іонізована кома — своєрідна «атмосфера», що яскраво світиться. Лише 32 роки тому радянським космічним апаратам «Вега-1» та «Вега-2» вдалося наблизитися до ядра комети Галлея та зняти його з відстані менше ніж 9.000 км. Місія "Вега" складалася з двох частин, про що говорила вже її назва (ВЕГА - Венера Галлея). Спочатку апарати-близнюки, вийшли на орбіту Венери і десантували модулі, що спускаються. Після чого вони попрямували на рандеву з кометою. Побачення відбулися 6 та 9 березня 1986 року. Апарати зробили близько 1500 знімків комети та передали на Землю основні її параметри. Галлея виявилася не кулею, а скоріше «космічним черевиком» 14 км завдовжки 7,5 км завширшки, що важить 600 млрд т. З'ясувалося, що «башмак» обертає навколо свого «каблука» і робить повний оборот за 54 години. Температура лежить на поверхні ядра комети досягала 87°С. Кожну секунду вона викидала до космосу 45 т газу та до 8 т пилу.

З чого складається комета?

Як немає двох однакових планет, не зустрічається двох однакових комет. Навіть одна і та ж комета, яка вкотре пролітає повз нас, сильно відрізняється від того небесного мандрівника, яким вона була на попередньому витку.

Кома

Своєрідна атмосфера комети – суміш вуглекислого газу, водню, аміаку та метану. Близько мільйона кілометрів завдовжки.

Промені

Виникають у «голубих комет». Імовірно впливають на траєкторію польоту, дуже її коригуючи. Утворюються виключно у районі хвоста.

Ядро комети

Складається із суміші каменів, пилу та різних видів льоду — водяного, вуглекислотного, метанового та аміачного.

Галос

Світлова оболонка, що розбігається. З'являється досить рідко, імовірно внаслідок вибуху та скидання зовнішньої оболонки ядра комети.

Аномальний хвіст

Є у небагатьох комет. Спрямований суворо до Сонця. Походження малозрозуміле.
Орбіта комети.

Плазмовий хвіст

Складається з іонізованих атомів і молекул, що яскраво світяться. Збільшується з наближенням комети до Сонця і завжди спрямований у протилежний від нього бік.

Пиловий хвіст

Зазвичай найяскравіший з кометних хвостіві найбільш протяжний з об'єктів, що зустрічаються в Сонячній системі, досягає в довжину декількох десятків мільйонів кілометрів.

Як зробити комету?

Для того, щоб торкнутися середньої комети або поблизу подивитися на те, як вона влаштована, не треба витрачати божевільні мільйони і споряджати експедицію. Достатньо збудувати її.

Для виробництва ядра комети потрібно:

1. Сухий лід - 2 кг (можна придбати у продавців морозива; будьте обережні: сухий лід має температуру -80С, і дотик до нього голими руками може спричинити опік);
2. Вода - 2 л;
3. Аміак — кілька крапель нашатиря чи кілька «пшиків» з балончика для миття вікон;
4. Пісок - жменька;
5. Крохмаль або уорчестерський соус - кілька щіпок або крапель;
6. Пакети для сміття – 2 шт;
7. Велика чашка чи маленька каструлька;
8. Гумові або шкіряні рукавички (краще утеплені);
9. Рушник;
10. Паперові серветки;
11. Молоток;
12. Ложка чи лопатка для перемішування.

Посібник з виготовлення комети

Крок 1.Вистеліть чашку зсередини пакетом для сміття, другий пакет покладіть на підлогу.

Крок 2Залийте в чашку приблизно півлітра води, додайте крохмаль або соус, аміак, трохи піску, ретельно перемішайте.

Крок 3Надягніть рукавички, загорніть сухий лід у рушник, покладіть його на другий пакет і розкришіть.

Крок 4.Тонким цівком, постійно помішуючи, висипте крижану крихту в чашку, що вийшла. При цьому утворюватиметься густа пара. Вийде набряка снігова маса. Продовжуйте перемішувати масу ще кілька секунд після того, як вона перестане набухати.

Крок 5.Вийміть пакет із снігом з чашки і скачайте зі снігу міцну грудку.

Крок 6Обваляйте ком, що вийшов, в піску, що залишився, і рівномірно облийте його з усіх боків водою до утворення монолітної крижаної кірки.

Крок 7.Після формування кірки процес виготовлення ядра комети вважатимуться закінченим. Якщо в ньому тепер при нагріванні утворюється тріщина, з неї битиму фонтани вуглекислого газу, змішаного з аміаком. Отриману комету слід зберігати в морозильній шафі, загорнутій у серветки, а для демонстрації виставляти на Сонці..

4 лютого 2004 року Марк Цукерберг запустив Facebook. 13 лютого 2004 р. вчені Південної Кореїклонували 30 людських ембріонів, у Північній Кореї 24 травня 2004 р. заборонили мобільні телефони. 1 липня 2004 року Ватикан нарешті отримав повноцінне (за винятком можливості голосувати) членство в ООН. 21 вересня почалося будівництво хмарочоса Бурдж-Халіфа. 20 жовтня 2004 р. вийшов перший реліз операційної системи Ubuntu. Цього ж року сталося сумнозвісне захоплення і штурм школи в Беслані, що спричинило численні жертви, і пройшла перша українська революція. На тлі цих подій запуск 2 березня 2004 року з космодрому Куру у Французькій Гвіані ракети-носія Ariane 5 з автоматичною космічною станцією Rosetta на борту пройшов майже непоміченим, тим більше, що основна місія апарату, вивчення комети Чурюмова-Герасименко (67P/Churyumov) , мала розпочатися лише через 10 років – у 2014 р. І ось 10 років минули.

Навіщо вивчати комети?

На відміну від наукових місій на планетах та їх супутниках, дослідження комет не несе жодної практичної цінності. Колонізувати крижані брили, що мечаються за сонячною системою, неможливо. Через високі швидкості, ексцентриситет орбіт і великий час обігу видобуток корисних копалин на кометах, навіть якщо такі копалини виявляться, малоймовірна.

Комета Чурюмова-Герасименко з відстані 100 км.

З іншого боку, комети – одні з небагатьох об'єктів, які нам доступні, які практично не змінилися з моменту формування цих небесних тіл 4,6 млрд. років тому. Як астероїди та карликові планети, комети, незважаючи на агресивну дію Сонця, є відмінними лабораторіями для дослідження умов, що існували в сонячній системі на ранніх стадіях її формування. Правильне розуміння процесів і хронології зародження планетарних систем є фундаментальним для багатьох розділів астрономії.

Вчені сподіваються, що як і Розеттський камінь, що дав ім'я апарату, що дозволив свого часу розшифрувати єгипетський ієрогліфічний лист, Rosetta дозволить розгадати таємниці формування Сонячної системи.

Отже, дослідження комет – це чиста наука, задоволення властивого кращим представникам людства цікавості.

Історія питання

Першими дослідженнями комет за допомогою автоматичних космічних станцій зацікавилися NASA і ESA (European Space Agency). У 1982 р. після закінчення основної місії апарату International Sun/Earth Explorer 3 (ISEE-3), що провисів п'ять років у точці Лагранжа на геліостаціонарній орбіті, він був відправлений на зустріч із кометою Джакобіні-Циннера (21P/Giacobini-Zinner), « відповідальною» за метеорний потікДраконіди (максимум 8-10 жовтня). ISEE-3 зустрівся з кометою 11 вересня 1985 року, пройшовши через її хвіст на відстані 7862 км від ядра. На жаль, жодних камер на борту станції встановлено не було, тому зображень дослідники не отримали. Втім, затеяно все це було заради зовсім іншої комети, чергове повернення якої мало відбутися 1986 року. знаменитої кометиГаллея.

Легендарний першопрохідник ISEE-3

Стартувати до неї готувався цілий міжнародний космічний флот – п'ять апаратів. ISEE-3 теж взяв участь в урочистій зустрічі, досліджуючи хвіст комети здалеку, з відстані 28 млн. км. Але на цьому служба ISEE-3 науці не закінчилася. Апарат вийшов на геліоцентричну орбіту і продовжував постачати інформацію вченим. Регулярний зв'язок з ним підтримували аж до 1999 р. Як виявилося після контрольного сеансу зв'язку в 2008 р., принаймні один із приладів супутника продовжував функціонувати, тож з'явилася надія на реактивацію апарату. У 2014 р. було запущено краудфандинговий проект ISEE-3 Reboot Project, який успішно зібрав $150 тис. На жаль, вивести ISEE-3 на потрібну орбіту не вдалося, хоча п'ять із тринадцяти наукових інструментів станції знову запрацювали. У рамках Interplanetary Citizen Science Mission дані космічного довгожителя продовжуватиме збирати команда ентузіастів. Втім, ми відволіклися.

Отже, комету Галлея (Галлея, а не Галілея!) готувалася зустріти всю міжнародну космічну спільноту. До складу армади Галлея увійшли два радянські апарати "Вега-1" і "Вега-2", два японські - Sakigake і Suisei, і європейський Giotto.

Проект «Вега» став останнім великим космічним проектом СРСР – їх апарати, що спускаються, не тільки здійснили посадку на поверхню Венери і скинули в її атмосферу унікальні аеростатні зонди, але й передали перші фотографії ядра комети, пройшовши на відстані 8889 і 8030 км від нього 6 березня 1986 р. відповідно. Мало того, дані, зібрані "Вегамі", допомогли скоригувати траєкторію Giotto, який 14 березня 1986 р. зміг підібратися до комети Галлея на 596 км. Всього ж обидві «Веги» зробили близько 1500 знімків комети, зібрали інформацію про склад коми, характеристики плазми тощо.

Міжпланетна космічна станція "Вега", макет

Giotto підійшов ближче до ядра і навіть несподівано для вчених пережив зближення, хоча удари кометного пилу розгорнули апарат і вивели з ладу його камеру, яка все ж таки встигла передати знімок ядра зблизька. Після зустрічі з кометою орбіту Giotto скоригували, а сам супутник занурили в сон до 1990 р. Прокинувся вирушив на рандеву з іншою кометою, Грігга-Ск'єллерупа (26P/Grigg-Skjellerup). І хоча в другому випадку апарат промчав повз комету на відстані всього 200 км, отримати знімки через несправність камери так і не вдалося. Giotto зібрав унікальні дані про склад кометного ядра, щільність коми, швидкість втрати маси і т.д.

Зонд Giotto

Японський апарат Suisei досліджував комету Галлея з відстані 152 400 км і також отримав кілька ударів мікрочастинками. Спроба перехопити їм комету Джакобіні-Циннера в 1998 р. провалилася через нестачу палива.

Sakigake вивчав важливу гостю з відстані 6,99 млн. км. І також, як сестринський апарат, не зміг зустрітися з 21P/Giacobini-Zinner у 1998 році.

Наступною кометою, якій пощастило стати об'єктом дослідження, стала 81P/Вільда ​​(81P/Wild або Wild 2). США, які не встигли взяти участь у міжнародній космічній регаті 1986 р. через скорочення фінансування NASA, задумали обскакати конкурентів, вперше повернувши на Землю зразки кометного пилу. Для цього космічний апарат Stardust, що попрямував на зустріч до комети, був оснащений 132 заповненими аерогелем осередками для уловлювання космічного пилу. Апарат, що стартував 7 лютого 1999 р., пролетів 2 листопада 2002 р. біля астероїда Annefrank і 2 січня 2004 р. зблизився з кометою Вілда на відстань 237 км. Зразки повернулися на Землю 16 січня 2006 р. Через особливості орбіти апарату швидкість входу в щільні шари атмосфери склала величезні 12,9 км/с (цей рекорд тримається досі), навантаження під час посадки досягали 34 g, а тепловий щит нагрівся до 2900 °C. Цікаво, що пошуком мікрочастинок кометного пилу, що застрягли в шарах аерогелю, займалися астрономи-аматори, що вивчали пошарові мікрознімки аерогелю в рамках проекту Stardust@home. Основна частина Stardust@home вже завершилася, але вчені планують незабаром розпочати нову фазу досліджень.

Ловець космічного пилу Stardust

Не можна залишити без уваги і місію NASA Deep Impact до комети 9P/Темпеля (9P/Tempel 1). Апарат, що стартував 12 січня 2005 р., успішно скинув на поверхню комети так званий ударник - 370 кілограмову мідну болванку з камерою, системою наведення і датчиками, що створила кратер діаметром близько 100 м, який пізніше зафіксував пролітав повз Stardust. Викид речовини дозволив провести аналіз кометного ядра, причому результати змусили вчених частково переглянути теорію утворення комет. Deep Impact удалося відвідати найбільшу кількість комет за один політ. Після 9P/Темпеля він вирушив до 103P/Хартлі (103P/Hartley), досліджував здалеку комети Гаррадда (C/2009 P1) та C/2012 S1 (ISON). На жаль, після цього зв'язок із апаратом перервався.

Настав час Rosetta.

Місія Rosetta

Кардинальна відмінність місії Rosetta від попередніх – використання не зустрічної чи прогонової траєкторії, на якій відносні швидкості можуть досягати десятків кілометрів на секунду, а вихід на сонячну орбіту, аналогічну орбіті комети, та акуратне зближення на мінімальних швидкостях. У момент першої зустрічі швидкість комети та апарату складали 15,2 км/с, тоді як відносна швидкість – лише 1 м/с.

Rosetta на складальному стенді, 2003 р.

За великим рахунком, комета Чурюмова-Герасименко – цілком ординарне небесне тіло, і взагалі спочатку планувалося, що Rosetta вирушить до іншої мети – комети 46P/Віртанена (46P/Wirtanen). Але через аварію ракети-носія Ariane 5 незадовго до запланованого пуску, стартове вікно закрилося і вчені знайшли альтернативу - 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Як було сказано на початку, Rosetta стартувала з космодрому Куру 2 березня 2004 р., на 14 місяців пізніше спочатку запланованої дати. Щоб вийти на орбіту, паралельну кометі Чурюмова-Герасименка, кораблю знадобилося чотири гравітаційні маневри – три навколо Землі та один біля Марса. Саме ці маневри і призвели до збільшення часу місії, проте все було розраховано заздалегідь і йшло строго за планом.

За час шляху Rosetta встигла здалеку спостерігати за місією Deep Impact на 9P/Темпеля і зафіксувати зіткнення ударника з кометою, відвідати невеликий астероїд 2867 Šteins, пройшовши 5 вересня 2008 р на відстані 800 км від нього, обстежити пиловий хвіст мало пролетіти на відстані 3162 км повз великого астероїда 21 Lutetia. У 2011 р. апарат, що пішов за орбіту Марса, впав у сплячку, з якої він вийшов в районі орбіти Юпітера 20 січня 2014 р. З травня по липень 2014 р. Rosetta провела ряд маневрів, гасячи відносну швидкість з 775 м/с до 1 м/с з, зближуючись із кометою з космічних 2 млн. км до цілком відчутних 100 км.

Весь серпень апарат витратить на картографування комети, забезпечуючи нас унікальними знімками цього небесного тілаз гранично близької відстані. А вчені вибиратимуть місце для посадки модуля Philae, що спускається. Його приземлення (прикометування) намічено на листопад 2014 року.

Закінчення місії заплановане на грудень 2015 р. Комета та обидва апарати на той час знову підуть у далекий космос, і енергії сонячних батарей перестане вистачати для функціонування електроніки. З огляду на можливі пошкодження від мікрочастинок та запилення панелей це може статися і раніше.

Фінальна частина місії Rosetta, ілюстрація зроблена ще до того, як стала відома форма комети Чурюмова-Герасименко

Rosetta дозволить вченим спостерігати трансформацію комети під час наближення до Сонця, причому не тільки в безпосередній близькості від небесного тіла, але і з його поверхні завдяки модулю Philae, що спускається. Крім того, одним із завдань обох апаратів є пошук органічних компонентів, того самого насіння життя, яке комети могли занести на Землю мільйони років тому.

У створенні апарату брали участь понад 50 субпідрядників, фахівці та компанії з 14 європейських країн. На борту тритонного базового модуля Rosetta розмістили 11 приладів для вивчення ядра комети, газів коми та частинок речовини. Серед них: три спектрографи різного призначення, довгофокусна (140 і 700 мм) камера OSIRIS, що дозволяє отримувати знімки з роздільною здатністю 2048×2048 пікселів, скануючий атомно-силовий мікроскоп для вивчення пилу і т.д. Цікавим має стати й експеримент із радарного сканування комети, який дозволить отримати своєрідну «томографію» ядра.

Rosetta та Philae

Живленням орбітальний модуль забезпечують панелі сонячних батарей з розмахом 32 м. На відстані 3,4 астрономічні одиниці від Сонця, в поясі астероїдів, вона здатна видати 850 Вт, а на орбіті Юпітера (5,25 AU) – лише 295 Вт. Саме тому при віддаленні від Сонця Rosetta «засинає».

За часів гігабітних каналів та великих файлів вражає швидкість передачі інформації з зонда Rosetta. Дециметрова антена забезпечує швидкість передачі 7,8 біт/с (М і К на початку не пропущено, саме біт/с), а сантиметрова – 22 кбіт/с. І це при тому, що масив твердотільної пам'яті, для зберігання та даних вимірювань, встановленої на зонді, має об'єм 25 Гб.

Посадковий модуль Philae

Цікавою є і конструкція посадкового модуля Philae, названого на честь острова на Нілі, на якому було знайдено Розетський камінь. Маса комети недостатня для створення повноцінного гравітаційного поля, тому посадка вимагає спеціальних інструментів. При наближенні зі швидкістю 1 м/с до поверхні Philae повинен загарпунити комету та підтягнути себе до неї. Після цього у справу підуть дриля у трьох посадкових штангах, які «прикрутять» апарат до поверхні.

Покритий сонячними батареями малюк Philae має масу 100 кг, 21 з яких складає наукове обладнання. Апарат оснащений CCD-камерою, яка буде робити зйомку під час зближення і після посадки. Крім того, в комплекті обладнання є кілька спектрометрів, мікрокамери для вивчення поверхні, газовий хромограф для вивчення зразків, дрилі для буріння поверхні, інструменти для звукового та електричного зондування ядра і т.д. Передбачається, що Philae пропрацює на поверхні комети від одного до шести тижнів.

Philae за роботою

В очікуванні посадки

Найближчі місяці Rosetta проведе у зближенні з кометою. Найцікавіше, посадка Philae, намічена на листопад 2014 р. Проте вже зараз апарат передає найцікавішу інформаціюта унікальні знімки ядра комети Чурюмова-Герасименка з відстані менше 100 км. Те, що відбувається зараз десь за орбітою Марса – найграндіозніша подія непілотованої космонавтики з моменту посадки у серпні 2012 р.

Комети Чурюмова-Герасименка з відстані 81 км та іншого ракурсу

Побажаємо Rosetta і Philae, а також їх творцям, удачі в дослідженнях далекого космосу, особливо таких складних, це теж важливий фактор.

Бути в курсі останніх новин від Rosetta допоможе сайт Європейського космічного агентства. Фотографії комети справді зачаровують.