Светлой памяти главного кометчика Украины Клима Ивановича Чурюмова

Продолжение. Начало в №1, 2018.

Часть 2. КОМЕТА ЧУРЮМОВА – ГЕРАСИМЕНКО

2 марта 2004 г. из космодрома Куру (Французская Гвиана, Южная Америка) Европейским Космическим Агентством был запущен межпланетный зонд «Розетта», главная цель которого – исследование кометы Чурюмова-Герасименко (Ч.–Г.). Во время запуска в качестве почётных гостей присутствовали первооткрыватели кометы К.И. Чурюмов и С.И. Гарасименко.

Комета Ч.–Г. была открыта 23 октября 1969 года во время экспедиции сотрудников кафедры астрономии Киевского государственного университета в Институт Астрофизики Академии Наук Казахстана. В состав этой экспедиции входили также Клим Чурюмов и Светлана Герасименко.

Комета относится к числу короткопериодических с периодом обращения вокруг Солнца 6,6 года, с перигелием между орбитами Земли и Марса и афелием за орбитой Юпитера. С момента открытия она 6 раз возвращалась к Земле, и, следовательно, астрономы досконально изучили её орбиту, что явилось одной из причин выбора её для миссии «Розетта».

Основные параметры кометы Ч.–Г.: линейные размеры ядра – 5, 3 и 3 км, объём ядра ≈ 25 куб. км, масса ≈ 10 млрд т, плотность ≈ 0,5 г/куб. см, период вращения вокруг оси – 12,4 часа, сила тяжести – 1/10000 земной. Даже на пике яркости (через месяц после прохождения перигелия) комета не была доступна для невооруженного глаза и наблюдалась только в телескоп.

Комета Ч.–Г. не была первой целью для миссии «Розетта». Сначала нужно было отобрать одну среди 12 претендентов, и среди них была выбрана комета Виртанена с орбитальными параметрами, близкими к параметрам кометы Ч.–Г.. Запуск к ней был запланирован на 12 января 2003 г.

Однако в декабре 2002 г. во время запуска ракеты-носителя Ариан-5 случился отказ двигателей ракеты, и запуск пришлось отложить. Соответственно благоприятный для запуска момент был упущен и участники программы разработали новый вариант. Оказалось, что приблизительно через год можно будет направить «Розетту» к другой комете – Ч.–Г. для встречи с ней в 2014 г.

Космический аппарат «Розетта» изготовлен Европейским Космическим Агентством (ЕКА) и американским агентством NASA. Сначала планировалось посадить аппарат на поверхность кометы для забора образца поверхностного грунта и доставки его на Землю (Comet Nucleus Samples Return – CNSR).

В 1992 г. NASA прекратило работу над проектом из-за финансовых ограничений. Стало ясно, что в полном объёме программу с доставкой кометного вещества на Землю невозможно реализовать. Поэтому её сократили и ограничились мягкой посадкой спускового модуля на поверхность ядра кометы. Соответственно аппарат состоял из двух частей – собственно зонда, который вышел на орбиту кометы, и посадочного модуля «Филы» (Philae Lander). Масса посадочного аппарата – 85 кг, из которых полезного веса – 27 кг.

Название «Розетта» происходит от Розетского камня, обнаруженного сапёрами Наполеоновской армии в 1799 г. недалеко от Александрии около города Розетта (теперь Рашид).

Сейчас этот камень сохраняется в Британском музее и представляет собой базальтовую плиту весом 760 кг с надписями (196 год до н.э.) одного и того же текста древнеегипетскими иероглифами (два варианта) и по-гречески.

Название посадочного аппарата «Филы» взято также из древней египтологии. Такое название имеет остров на реке Нил, где в 1815 г. был найден обелиск с иероглифическими надписями, в тексте которых встречаются имена царя Птолемея и царицы Клеопатры.

Эти надписи вместе с упомянутыми именами и текстами Розетского камня положили начало расшифровке древнеегипетских иероглифов. Таким образом, «Розетта» и «Филы» должны были символизировать успех научной миссии в раскрытии тайн комет и проблем, связанных с происхождением Солнечной системы.

Траектория полёта «Розетты» достаточно сложна и предполагала многочисленные маневры на орбите с использованием гравитационных полей Земли и Марса (рис. 1), при этом даже незначительные отклонения в коррекции орбиты могли повлиять на успех программы.

Отметим здесь главные события миссии, которые обозначены на орбите полета КА соответствующими цифрами: 1) – запуск, 2 марта 2004 г.; 2) – первый пролёт мимо Земли, март 2005 г.; 3) – пролёт мимо Марса на расстоянии 1000 км, 25 февраля 2007 г.; 4) – второй пролёт мимо Земли, ноябрь 2007 г.; 5) – сближение с астероидом Штейнс, сентябрь 2008 г.; 6) – третий пролёт мимо Земли, ноябрь 2009 г.; 7) – сближение с астероидом Лютеция, июль 2010 г.; 8) – переход в режим сна, июль 2011 г.; 9) – пробуждение, январь 2014 г.; 10) – выход на орбиту кометы, август 2014 г.; 11) – посадка спускаемого модуля «Филы» на поверхность кометы, ноябрь 2014 г.; 12) – конец миссии «Розетта», 30 сентября 2016 г.

Во время вояжа по Солнечной системе, который продолжался более 12 лет, «Розетта» несколько раз пересекла пояс астероидов, трижды приближалась к Земле, один раз сближалась с Марсом и с двумя астероидами. В итоге – на Землю были переданы снимки этих космических объектов в различных ракурсах, а также данные о магнитном поле Марса, неоднородном и меньшем в несколько раз земного.

В июле 2014 г. «Розетта» получила первые данные о комете, 14 июля получен снимок кометы с расстояния 12 тыс. км. Оказалось, что ядро кометы состоит из двух неравных соединённых перешейком частей (рис. 2). Комета Ч.–Г. не имеет магнитного поля, значит не оно стало тем фактором, который объединил две составляющие части кометы. 6 августа КА приблизился к комете на 100 км и вышел на её орбиту. Этот маневр был осуществлён впервые, ранее зонды получали информацию в пролётном режиме малое время и на большой скорости.

12 ноября 2014 г. в 17 ч. 34 мин. по Киевскому времени (из-за большого расстояния к комете сигнал на Землю поступил только через 29 минут) после 7-часового снижения осуществлена посадка модуля «Филы» на поверхность ядра кометы (рис. 3). В Центре управления полётом Европейского Космического Агентства в Дармштадте (ФРГ) посадку наблюдал также и Клим Иванович Чурюмов.

Посадка произошла не в штатном режиме. Аппарат должен был сблизиться с ядром на скорости 1 м/с, включить прижимной ракетный двигатель, выставить два гарпуна для закрепления во избежание отскока, поскольку сила тяжести на комете в тысячи раз меньше, чем на Земле. Во время посадки не сработал прижимной двигатель и не «выстрелили» гарпуны, из-за чего первый контакт с поверхностью прошёл с отскоком (рис. 3).

Прежде, чем опуститься на комету второй раз, аппарат пролетел около 1 км, достигнув высоты 500 м, второй раз опустился также с отскоком и только на третий раз остановился далеко от расчётной точки в неизвестном месте, слишком затенённом, чтобы получить достаточное для солнечных батарей освещение.

Несмотря на это, «Филы», благодаря заряженным аккумуляторам выполнил намеченную программу на 80%, проработав 55 часов вместо запланированных 60. Можно сказать, что первая в истории посадка на поверхность кометы прошла удачно, и модуль «Филы» смог передать на Землю массу научной информации.

Определённая «Розеттой» температура на поверхности ядра на расстоянии 500 млн км от Солнца оказалась -70 градусов Цельсия, в то время как определённые в 1986 г. КА «Вега» температуры на поверхности кометы Галлея изменялись в пределах +30 – +130 градусов Цельсия. Очевидно, что эта разница объясняется различным удалением от Солнца.

При погружении температурного зонда в почву определена пористость (отношение объёма пор ко всему объёму пористого тела) приповерхностного слоя в пределах 30–65%.

Анализ поверхностного слоя ядра кометы показал, что он состоит из сухого тёмного вещества почти такой же черноты, как уголь (отражательная способность 6%) с небольшими примесями водного льда. Вместе с некоторыми спектральными данными это указывает на значительное содержание в приповерхностном слое высокомолекулярных органических соединений. Водный лёд обнаружен под поверхностной оболочкой и в некоторых местах на поверхности.

Комета Ч.–Г. относится к классу пылевых комет. Гравиметрические измерения «Розетты» показали, что тело кометы состоит на 75% из пыли и только на 25% изо льда. Лёд кометы находится главным образом в кристаллической фазе. Это свидетельствует о том, что комета сформировалась в протосолнечной туманности и имеет возраст, одинаковый с возрастом Солнечной системы.

Как и у большинства комет, активность ядра (выброс газа и пылевой компоненты вследствие разогревания Солнцем) распределена неравномерно по поверхности: наблюдениями в 2009 г. было обнаружено, во всяком случае, три активные области.

Максимум выброшенной пыли по наблюдениям в 2002/2003 годах составлял 60 кг/с, хотя ранее в 1983/1984 гг. этот максимум достигал 220 кг/с.

Для характеристики поверхности комет можно обратиться к эксперименту, выполненному NASA в 2005 г. Тогда к комете Темпеля-1 был отправлен отделяемый модуль, который со скоростью 10 км/с столкнулся с кометой. Анализ данных удара показал, что вещество верхнего слоя кометы состоит из очень рыхлого и лёгкого материала. Это, в частности, подтвердил и выброс вещества при ударе в форме высокого узкого фонтана.

Анализ водяного пара кометы Ч.–Г. показал, что изотопный состав воды на ней отличается от земного: содержание дейтерия, т.е. тяжёлого водорода, в три раза выше, нежели в земной воде. Так что по данным этой кометы вода на Земле – не кометного происхождения.

Касательно комы кометы, то её состав постоянно менялся. Неожиданно выявлен также значительный перевес углекислого газа над водой. В структуре кометы обнаружены небольшие шаровидные блоки (их назвали кометозималями по аналогии с планетозималями, из которых образовались планеты).

Считается, что эти первичные элементы объединились и образовали комету миллиарды лет назад. Неоднородность комы вместе с двойственным ядром также свидетельствует о её формировании из отдельных малых тел, образованных в различных участках Солнечной системы.

В коме кометы обнаружен молекулярный кислород О₂ в количестве около 4% по отношению к воде, а количество аргона оказалось на несколько порядков больше, чем в водной и воздушной оболочках Земли.

Впервые непосредственно на комете обнаружен молекулярный азот N₂. Этот газ преобладает в земной атмосфере (78%), присутствует в атмосфере Плутона и на спутнике Нептуна Тритоне, где он в замороженном состоянии наблюдается в полярных шапках. По этим данным можно предположить, что комета Ч.–Г. сформировалась в одном месте с Плутоном и Тритоном.

Массивные частицы комы мало реагируют на давление солнечного света и могут выйти на орбиту вокруг ядра. Были получены снимки многих таких «спутников» размерами от 4 см до 2 м. Недалеко от Солнца при взаимодействии кометы с солнечным ветром наблюдалось образование ионосферы вокруг кометы.

На комете Ч.–Г. обнаружено 16 органических соединений, в частности, глицин (относится к простейшим аминокислотам), четыре из них найдены на комете впервые. Вместе с водой, углеродом, метаном и аммиаком, наличных там, они могут стать необходимыми компонентами для синтеза сложных органических соединений.

Согласно одной из гипотез, занесённые в своё время кометами на Землю, они способствовали возникновению жизни на нашей планете.

30 сентября 2016 г. «Розетта» была направлена на столкновение с кометой и на скорости 3 км/час упала на её поверхность. Во время сближения аппарат передавал фотоснимки в течение 14 часов. На нескольких снимках обнаружили спускаемый модуль «Филы» через год после потери связи с ним. Он попал в тёмную расселину и лежит на боку. Стало ясно, почему было трудно связаться с ним.

Так завершилась программа стоимостью 1,4 млрд. евро, один из захватывающих и одновременно сложнейших проектов европейской космонавтики. За 12 с половиной лет «Розетта» прошла более 9 млрд. км и передала на Землю ценную информацию из космоса, в том числе о веществе кометы.

Словарик

Афелий (от греч. απο – далеко. и ηλιος – Солнце) наиболее удалённая от Солнца точка орбиты космического тела, наибольшее расстояние от Солнца.
Дейтерий (от греч. δευτεροσ – второй) – тяжёлый водород, в ядре атома которого кроме протона присутствует нейтрон.
Изотопы (от греч. ισοσ – одинаковый и τοπος – место) – разновидность атомов химических элементов с одинаковым зарядом и разными массами.
Кометозимали (от комета и греч. συμη – заправка) – составные части, из которых в своё время сконденсировались кометы.
Параметр (от греч. παραμετρεω – измерять) – характеристическая величина объекта.
Перигелий (от греч. περι – около и ηλιος – Солнце) – ближайшая от Солнца точка орбиты космического тела и наименьшее расстояние от Солнца.
Планетозимали (от греч. πλανητης – планета и συμη – заправка) – составляющие, из которых в своё время сконденсировались планеты.

Иван Дычко, кандидат физико-математических наук, г. Полтава