Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Лилипуты
Зонд NEAR
Страница: Миссия "NEAR", Астероид Матильда, Астероид Эрос (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4), Посадка (Part #1, Part #2);
Малые тела Солнечной системы

Астероид 433 Эрос: Сначала немного хроники…

    Сентябрь, ноябрь и особенно октябрь 2000 года прошли напряженно и плодотворно как для ученых из команды NEAR, так и для группы управления аппаратом. Обеспечение большого количества коррекций траектории, обработка значительного объема данных, создание «горячих» научных отчетов, успешный пролет астероида 26 октября на высоте всего в пять километров, а также первые официальные отчеты о проведенной работе, выполненные командами всех научных приборов, установленных на борту аппарата. Но обо всем по порядку.

Столько коррекций!

    8 сентября 2000 г. в 23:00 UTC очередной коррекцией OCM-13 аппарат был переведен на околокруговую орбиту вокруг Эроса высотой 100 км (здесь и далее все высоты – это расстояния от центра масс астероида).

Астероид Эрос
Мозаика из 4х снимков сделанных 5 сентября 2000 года с орбиты 100 км.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Напомним, 27 августа была выполнена коррекция OCM-12, после которой КА работал на высотах 50x100 км. 20 сентября в 17:00 UTC был выполнен обычный маневр для «сброса» кинетического момента бортовых маховиков, а с середины октября коррекции орбиты «посыпались» одна за другой.

Астероид Эрос
Южное полушарие Эроса. 6 сентября 2000 года, орбита 101 км.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Дата и время, UTC Обозначение Результат
    13.10.2000, 05:45 OCM-14 50x100 км
    20.10.2000, 21:40 OCM-15 50 км
    25.10.2000, 22:10 OCM-16 21x50 км
    26.10.2000, 17:40 OCM-17 63x200 км
    03.11.2000, 03:00 OCM-18 200 км

Астероид Эрос
Седло с южного направления. Мозаика из 4х изображений полученныйх 26 сентября 2000 года с орбиты в 100 км. Широкая, изогнутая, депрессия тянущаяся вертикально по изображению была в тени в апреле 2000 года, когда проводилась съемка со 100 км орбиты.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Отчасти столь сложные манипуляции объясняются ниже. А кроме того, управленцы готовились к 26 октября – дню, на который был запланирован пролет Эроса на минимально возможной высоте (над поверхностью) – 5.4 км!
    Напряжение росло, и особенно «подогрел» ситуацию выход аппарата в защитный режим с ориентацией на Землю 24 октября в 00:00 UTC – как раз накануне обеспечивающей пролет коррекции OCM-16.
    Сбой случился во время сеанса связи, когда управленцы хотели загрузить на борт новую эфемериду (параметры траектории) аппарата. Но из-за неготовности антенны наземной станции не успели это сделать к моменту, когда закончился последний виток текущей орбиты.
Астероид Эрос
Поверхность Эроса во время максимального сближения. 26 октября 2000 года, 6,4 км над поверхностью Эроса. Разрешение 1,4 метра на пиксель.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Вернули КА в рабочее состояние в тот же день к 11:00 UTC. Благодаря обновленному ПО во время сбоя научная аппаратура на борту осталась включенной, так что не пришлось тратить время и вновь проводить ее калибровку.
    Итак, последняя перед пролетом коррекция OCM-16 состоялась, как и было запланировано, в ночь с 25 на 26 октября. Через 8 час 45 мин после отработки OCM-16, 27 октября в 06:55 UTC, аппарат совершил свой исторический пролет над одним из «концов» астероида.
    Скорость полета КА относительно астероида составила около 6 м/с. Сбор данных и съемка велись в течение 5 часов, пока КА приближался к поверхности. Примерно в течение 30 минут он находился на сверхмалой высоте, после чего расстояние вновь стало увеличиваться из-за собственного вращения астероида и его неправильной формы. Точка сближения лежала вблизи южного полюса астероида, но ее точные координаты заранее известны не были.
    26 октября, менее чем через сутки после OCM-16, коррекция OCM-17 длительностью около 3 минут перевела NEAR на орбиту 63х200 км. Это был самый длительный из импульсов, выдаваемых аппаратом после 14 февраля 2000 г. «Оставшись на прежней орбите, мы подвергли бы аппарат опасности столкновения с поверхностью астероида, – сказал Роберт Фаркуар (Robert Farquhar), руководитель полета NEAR. – Кроме того, на столь малой высоте трудно предугадать, как воздействуют возмущения гравитационного поля на траекторию аппарата».

Астероид Эрос
18 ноября 2000 года, 194 км над южной частью западного полушария Эроса. Кривизна поверхности с этого ракурса делает астероид похожим на арахис.
АСТЕРОИД ЭРОС

    После этого управленцы вернулись к обычному расписанию работы с аппаратом. 3 ноября аппарат вышел на 200-километровую орбиту вокруг Эроса, а 15 ноября в 20:00 UTC был отработан обычный алгоритм сброса кинетического момента маховиков. Специалисты сконцентрировали свое внимание на составлении плана по окончанию миссии NEAR (напомним, завершить полет аппарата планируют в феврале 2001 г.), в то время как ученые вели глобальную съемку южного полушария астероида и уточняли модель формы Эроса.
    Следующая коррекция (OCM-19) планируется на 7 декабря. Она переведет аппарат на орбиту 200x35 км, а 13 декабря OCM-20 понизит орбиту до 35 км. Вся научная аппаратура на борту КА, за исключением ИК-спектрометра NIS (он вышел из строя еще летом 2000 г. и с тех пор не используется), работает безупречно. Правда, из-за обострения солнечной активности в ноябре были временно отключены некоторые детекторы спектрометра XGRS.

Зачем так сложно?

    Вот что рассказывают специалисты об особенностях управления КА NEAR. Аппарат изначально был разработан с неподвижными относительно корпуса антенной, панелями солнечных батарей, научными приборами. Такие упрощения увеличили его надежность при сокращении стоимости, но внесли некоторые неудобства в управление им. С одной стороны, аппарат должен постоянно быть ориентированным на Солнце так, чтобы обеспечить требуемую энергетику. Нет никакой возможности отвернуть панели СБ от Солнца хотя бы на час. Дело даже не в том, что при этом не хватит энергии для работы служебной и научной аппаратуры – она может просто замерзнуть, так же как и топливо в баках аппарата. В этом случае с NEAR'ом можно попрощаться.
    С другой стороны, приборы на борту КА требуют наведения на астероид для сбора данных. А передающая направленная антенна должна быть направлена на Землю для сброса полученных данных в ЦУП. И лишь антенна служебной телеметрии, через которую с КА поступает информация о состоянии бортовых систем, не требует ориентации КА на Землю.
    Угодить всем одновременно не удается. Работать удается, последовательно выполняя задачи сбора и передачи данных на Землю. Под них и подбирается рабочая орбита.
    Аппарат был выведен на такую орбиту вокруг Эроса, чтобы угол между ее плоскостью и направлением на Солнце не превышал 30°. Это позволяет почти всегда держать «хорошую» ориентацию панелей СБ на Солнце (с небольшим отклонением по углу). Больше того, в течение 16 часов в сутки приборы на борту КА смотрят на Эрос, а оставшиеся 8 часов антенна высокого усиления (HGA) аппарата смотрит на Землю и КА выполняет сброс данных.
    Ограничения по ориентации плоскости орбиты и условия освещенности аппарата Солнцем определяют три из шести орбитальных параметров. Остальные три параметра остаются свободными, так что управленцы могут их варьировать. На практике это выливается в то, что варьируют высоту орбиты, выбирая те или иные участки орбиты, где они имеют право изменять эту высоту.
    И тут появляются ученые со своими требованиями. Некоторые пункты научной программы требуют низких орбит (например, эксперименты со спектрометром XGRS требуют орбит высотой до 50 км и ниже, для того чтобы получить как можно более детальные данные о составе поверхности; то же относится к лазерному высотомеру, экспериментам по исследованию гравитационного и магнитного полей), в то время как другие, наоборот, оптимизированы под высокие. Например, для группы камеры для получения глобальных снимков поверхности астероида оптимальными являются высоты в 200, 100 и 50 км. Кроме того, команда камеры MSI хочет получать снимки как черно-белые, так и цветные. Условия для черно-белой съемки оптимальны, когда солнце низко над горизонтом и хорошо видны тени, рельеф поверхности. При цветной съемке, наоборот, желательно меньше теней. И, наконец, требования на программу съемок накладывают времена года на Эросе. Сейчас, например, северное полушарие Эроса погружено во мрак, в то время как в начале 2000 г. в тени находилось все южное полушарие астероида.

Астероид Эрос
24 октября 2000 г. была опубликована первая цилиндрическая карта-развертка поверхности Эроса. Правда, поскольку Эрос обладает неправильной формой и, кроме того, снимки выполнены при разных условиях освещенности, под разными углами, не обошлось без искажений. Кстати, на карте впервые нанесены названия самых выдающихся особенностей рельефа астероида. Как видно, это имена влюбленных, как живших на самом деле, так и романтических героев книг, взятые из разных культур мира. Названия (всего 40) предложены Международному астрономическому союзу для официального утверждения.
Первая карта поверхности Эроса

    Еще одним ограничением является требование устойчивости орбиты КА вокруг Эроса. Только при прогнозируемой орбите есть возможность составления расписания связи с КА, отработки коррекций и определения условий того, чтобы аппарат не столкнулся с поверхностью Эроса или не ушел на гелиоцентрическую орбиту. Аппарат должен находиться на орбите, которую баллистики могут прогнозировать хотя бы на неделю вперед.
    Найти такие орбиты нелегко, поскольку от высоты ниже 200 км возмущения, связанные с неоднородностью гравитационного поля Эроса, становятся определяющими. Следствием возмущений становится прецессия плоскости орбиты NEAR относительно Эроса, и нарушаются все те требования, о которых говорилось раньше. В течение года есть только несколько возможностей летать ниже 50 км без существенных затрат топлива, с одной стороны, и не подвергая аппарат риску – с другой.
    Чем дальше от астероида, тем ближе его гравитационное поле к сферическому и меньше возмущения. Правда, при высоте более 1000 км становятся существенными возмущения от гравитационного поля Солнца и от давления солнечного ветра.

Ученые об Эросе

    К концу октября глобальные исследования южного полушария Эроса были почти завершены, набрано достаточно фактического материала, анализ которого займет много времени. Однако ученые уже поделились некоторыми своими соображениями о форме, происхождении и составе поверхности астероида.
    Проанализировав допплеровские измерения, ученые определили основные параметры астероида: • масса – 6.687x1015 кг; • плотность – 2700 кг/м3(близка к земной).
    Угловая скорость Эроса вокруг своей оси постоянна, период обращения составляет около 5 час 16 мин. Первая космическая скорость в разных точках Эроса варьируется от 3.1 до 17.1 м/с. Ускорение свободного падения составляет от 2.3 до 5.5 мм/с2.
    К концу сентября КА выполнил более 130300 снимков и измерений состава поверхности астероида, с расстояний от 35 до 350 км. Вот что по этим данным удалось выяснить. Мультиспектральная камера MSI и вышедший из строя весной 2000 г. ИК-спектрометр NIS показали, что поверхность астероида почти вся покрыта кратерами, за исключением небольших «залысин». Самый большой кратер на Эросе имеет диаметр 5.5 км; на противоположной от него стороне астероида располагается седловидная впадина размером более 10 км. Почти вся поверхность астероида усыпана камнями размерами до 100 м. Камни распределены по ней неравномерно. Некоторые участки поверхности покрыты почти непрерывно кратерами диаметром более 200 м. Лазерным высотомером NLR выполнено более 8 млн измерений рельефа поверхности Эроса. По полученным данным ученые составили трехмерную модель астероида и сделали предварительный вывод о том, что Эрос скорее монолитное тело, нежели конгломерат реголита и пыли, удерживаемых силой гравитации.

АСТЕРОИД ЭРОС
    Как уже говорилось, ученые знают, что некоторые метеориты (хондриты) за всю историю существования полностью избежали процесса плавления, в то время как другие были переплавлены полностью. Однако есть и те, которые подверглись плавлению лишь частично. Возможно, к последним принадлежит материал поверхности Эроса. «Он мало чем отличается от обычных хондритов, за исключением одного, – говорит профессор Уилльям Бойнтон (William V. Boynton) из Университета Аризоны. – Данные XGRS показали, что в составе поверхности отсутствует сера, которой в обычных хондритах достаточно много. А сера теряется при плавлении хондрита в первую очередь, поскольку имеет наименьшую температуру плавления». Следовательно, Эрос вполне мог быть нагрет до температуры испарения серы, то есть до температур порядка тысячи градусов по Цельсию. Что могло так разогреть Эрос?
    Основным источником нагрева, характерным для крупных тел, по словам ученого, является радиоактивный распад. Выделяемое при этом количество теплоты за миллионы лет может аккумулироваться в толще и привести к тому, что внутренность тела расплавится. Так случилось, например, с Землей. Однако в столь малых масштабах, как у Эроса, такой температуры поверхности можно достичь, например, при столкновении Эроса с другим небесным телом. Другая возможность – нагрев поверхности астероида солнечным излучением в те времена, когда Солнце было молодым и выбрасывало огромное количество заряженных частиц. «К сожалению, мы пока имеем данные по наличию серы на Эросе, полученные лишь с небольшого участка поверхности астероида…» – говорит Бойнтон. В заключение он добавил, что единственный точный способ узнать правду о происхождении Эроса – опуститься на его поверхность и взять образцы грунта.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Измерения, выполненные с использованием гамма-лучевого спектрометра XGRS, показали низкое содержание алюминия по сравнению с количеством кремния и марганца. Анализ спектральных характеристик, сделанных спектрометром, проведенный совместно с другими данными, показал, что материал поверхности Эроса – хондрит. Объединив данные, полученные лазерным альтиметром, снимки поверхности, данные допплеровских измерений, ученые создали первую трехмерную детальную карту поверхности астероида. С помощью высотомера была проведена и оценка толщины реголита, которая составила в некоторых местах до 100 м. Исследования показали также, что реголит сползает с более высоких мест в низменности, сглаживая неровности и присыпая кратеры.
    На поверхности астероида ученые насчитали более 100000 кратеров диаметром более 15 м и около миллиона крупных камней.

Гипотезы

    Первым делом, опираясь на весь имеющийся фактический материал, ученые попытались ответить на главный вопрос – о происхождении Эроса. «Мы много узнали об астероиде, но все еще не ясно до конца главное – что он из себя представлял, прежде чем стал околоземным астероидом? Было ли он частью планеты или всегда существовал в виде изолированного куска скалы?».
    Анализируя результаты исследований, ученые склоняются к мысли, что Эрос был частью большего объекта, и почти убеждены в том, что астероид – монолитное тело. Последнее утверждение подтверждает наличие внутренних разломов, проступающих на поверхности в виде рытвин, а также его однородная плотность.

Астероид Эрос
В сентябре ученые обнаружили на снимках поверхности Эроса… квадратные кратеры. Правда, ученые считают, что такие кратеры вполне имеют право на существование. Как считает Энди Ченг (Andy Cheng), научный руководитель проекта NEAR, их форма – признак того, что внутри астероида существует сложная система разломов и трещин. «На Земле, где есть районы со сложным внутренним строением, на поверхности можно увидеть самые причудливые формы рельефа… Один из таких примеров – метеоритный кратер Бэрринджера (Barringer) в Аризоне». Квадратные кратеры, по мнению Ченга, лишний раз доказывают гипотезу о том, что Эрос пронизан трещинами по всей толщине. «Первые глобальные разломы, если помните, мы увидели еще на первом этапе исследований, когда аппарат только вышел на орбиту вокруг астероида», – продолжает Ченг. «Теперь и на самых детальных снимках мы видим ту же картину, те же борозды... Конечно же, мы спрашивали себя – откуда они могли взяться? Видимо, это следы давних столкновений с крупными метеоритами. Но тогда вопрос – были ли эти столкновения до того, как Эрос принял настоящую форму, или когда он был частью другого, большего тела?» Пока этот вопрос остается без ответа.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Согласно одной из гипотез, много миллионов лет назад, отколовшись от «материнского тела», Эрос оказался на орбите между Марсом и Юпитером, в поясе астероидов. Изменилась она, став такой, как сейчас, из-за многочисленных столкновений с другими телами либо из-за возмущающих воздействий гравитационных полей Марса и Юпитера.

АСТЕРОИД ЭРОС
    22 сентября на страницах журнала Science Джозеф Веверка пытался дать объяснение, откуда на Эросе такое обилие камней. По его мнению, эти россыпи вместе с огромным количеством кратеров диаметрами менее 1 км однозначно указывают на следы от столкновений астероида с метеоритами. Но сила гравитации на Эросе столь мала, что «интуиция и расчет показывают нам, что вся пыль и камни после подобных столкновений должны просто улететь обратно в космос», – говорит ученый.
    Веверка считает, что, видимо, ученые просто неправильно понимают процессы столкновения метеоритов с столь малыми телами, как Эрос, и в реальности скорости рассеивания пыли и камней после удара являются очень небольшими. Второй вариант – выброшенный материал оказывается на той же орбите, что и Эрос, так что астероид в конце концов «возвращает» себе эти потери. «Более правдоподобных объяснений пока не найдено», – говорит Веверка.
    Согласно отчету ученого, камни распределены по поверхности астероида неравномерно. Их повышенная концентрация наблюдается в низменности на западе седловины Химеры. «Что нас поражает в поверхности Эроса по сравнению с лунной – это то, что когда я смотрю вблизи на лунную поверхность, то вижу большое количество кратеров и небольшое количество камней. Когда же я приближаюсь к Эросу так, что могу увидеть детали размером с машину, то вижу, наоборот, небольшое число кратеров и огромное число камней». И все-таки поверхность Эроса имеет явные следы сильных ударов.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Однако, приняв эту гипотезу, ученые сталкиваются с загадкой. В том случае, если Эрос является частью планеты, его вещество должно было подвергнуться дифференциации по массе, как у любой крупной планеты, подвергшейся внутреннему нагреву. При дифференциации более тяжелые элементы оказываются ближе к ядру, чем легкие. Следы такого разделения должен был сохранить и Эрос.
    Исследования говорят о том, что на Эросе признаки дифференциации отсутствуют. Наоборот, данные со спектрометра XGRS аппарата показали, что относительные количества алюминия, марганца, кремния на поверхности Эроса такие же, как в первородном звездном веществе. Не обнаружено вариаций в спектральных характеристиках или цвете поверхности Эроса, за исключением мест, где сползший реголит обнажил более светлый материал на крутых склонах крупных кратеров.
    Следовательно, астероид может и не являться частью большего тела. «Эрос – пример очень примитивного тела, ничего никогда не испытавшего, кроме ударов от столкновений с другими космическими телами… Если вы хотите найти самый элементарный материал в солнечной системе, ваш путь должен лежать на Эрос», – говорит Джо Веверка (Joe Veverka), профессор астрономии Корнеллского университета и разработчик камеры КА NEAR.
    Итак, ученые столкнулись с противоречием: данные с NEAR говорят о том, что астероид является монолитным куском скалы и в то же время – полностью однородным телом. Решить его еще предстоит.

Карта «дорог» Эроса

    «Мы никогда не имели раньше столь хороших изображений с космических аппаратов, которые не предназначены для посадки на поверхность небесного тела», – говорит Скотт Мёрчи (Scott L. Murchie) из группы MSI о снимках, полученных с NEAR во время пролета 25–26 октября. Действительно, разрешение некоторых снимков составило до 0.7 м/пиксел!

Астероид Эрос
На четырех снимках показана «географическая» сетка, относительно которой ученые определяют координа ты той или иной точки на поверхности Эроса. Стрелкой на левом нижнем снимке показан нулевой меридиан.
АСТЕРОИД ЭРОС

    14 ноября группа, занимающаяся камерой на КА NEAR, вывесила на сайте целый видеоролик о пролете аппарата над астероидом 26 октября 2000 г. длительностью 90 сек. Фильм составлен из кадров, снятых при приближении КА к астероиду – высота над поверхностью составляла от 13 до 8 км. Судя по клипу, разнообразием рельефа Эрос не балует. Кратеры разнообразных размеров, чередующиеся с гребнями, усеянные россыпями камней (ролик чем-то напомнил вид из окна летящего пепелаца в фильме «Кин-дза-дза»)…

Астероид Эрос
Здесь представлен, пожалуй, самый интересный кадр из фильма – снимок одного из кратеров Эроса, выполненный с разрешением 1.4 м. Хорошо видно, насколько гладким является дно этого кратера (видимо, потому, что он присыпан мелкодисперсной пылью).
АСТЕРОИД ЭРОС

    Ученые говорят, что, помимо познавательной, фильм имеет и научную ценность. «Благодаря такому набору снимков мы можем рассмотреть динамику изменения светотеневой обстановки на поверхности Эроса. Данные о поверхности, полученные при разных условиях освещенности, дадут нам информацию о геологическом строении поверхности астероида», – говорит Марк Робинсон (Mark Robinson).
Автор: С.КАРПЕНКО, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"
Нам понравились эти надежные квадроциклы цф мото, они оснащены мощным инжекторным двигателем.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru