Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Кометы
Deep Impact
Страница: Аппарат Deep Impact, Запуск Deep Impact, Бомбардировка 9P/Tempel-1 (Part #1, Part #2, Part #3), Перенацеливание, Миссия EPOXI;
Малые тела Солнечной системы

Зонд Deep Impact и комета 9P/Tempel 1

It's show time! Или космический феерверк по американски

    Вполне возможно, что такое времяпрепровождение действительно является обыденным во время многочасовых вахт у телескопов, однако в ночь на 4 июля им было явно не до того. За событиями, разворачивавшимися в 133.6 млн км от Земли, наблюдали, похоже, все астрономические средства цивилизации, обладающие таковой возможностью.
    Что же так заинтересовало ученый мир? Прежде всего – кометное вещество. Но не то, которое расположено в приповерхностном слое ядра и, испаряясь при приближении к Солнцу, образует атмосферу кометы (кому) и впечатляющий «хвост».

КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    А то, которое залегает поглубже и, будучи защищенным от воздействия космических лучей и солнечного излучения, должно было сохранить свои первозданные свойства – те, которыми оно обладало миллиарды лет назад, когда Солнечная система еще только формировалась.
    Внимание «общественности» все прошедшие месяцы было приковано к космическому аппарату, стартовавшему 12 января. Естественно, не обошлось и без курьезов. Так, астролог Марина Бай подала иск к NASA и требовала ни много ни мало запретить бомбардировку кометы, аргументируя это тем, что эксперимент может «нарушить естественный баланс сил во Вселенной», а также компенсацию в 9 млрд рублей «за порчу семейной реликвии», коей, по ее мнению, является комета Темпеля-1. Однако в Пресненский суд Москвы представители ответчика почему-то не явились…
    А после того, как 372-килограммовый «импактор» испарился в пламени взрыва, ученые всего мира приступили к приему и обработке долгожданной информации – и не только с пролетного аппарата, но и с других средств наблюдения, участие которых до последнего момента оставалось как бы в тени громкого имени «кометного бомбардировщика», но без которых осуществление миссии в полном объеме было бы немыслимо.

Постановка задачи

    Чтобы собрать как можно больше информации об уникальном событии, необходимо было вести наблюдения не только в видимом диапазоне, но и в других областях электромагнитного спектра – рентгеновской, ультрафиолетовой, инфракрасной… Разместить на пролетном аппарате Deep Impact полный комплект всей необходимой аппаратуры, конечно же, не представлялось возможным. Кроме того, траектория пролетного КА строилась так, что после столкновения ударника с поверхностью ядра непосредственно район удара мог быть доступен для наблюдения с его борта лишь около 800 секунд. Наконец, многие наблюдения (например, динамики прохождения выброшенных осколков кометного ядра через атмосферу кометы) должны были проводиться с большого расстояния.
    При выборе времени удара не в последнюю очередь учитывалось местоположение наземных средств и их возможности по наблюдению предстоящего события. На Земле по меньшей мере 60 обсерваторий в 20 странах сосредоточились на этом событии.
    Среди них – телескопы Мауна-Кеа, Кек, Субару и Джемини. На радиотелескопы возлагалась задача наблюдения молекул, вибрирующих на радиочастотах, в особенности – продуктов распада воды. О том, почему этот вопрос представляет особый интерес, будет рассказано позже.

Снимки кометы Темпеля-1, сделанные северным телескопом Джемини на горе Мауна-Кеа (Гавайи) за 10 мин (слева), через 3 часа (в центре) и через 24 часа после столкновения. Снимки сделаны в среднем ИК-диапазоне (11.6 мкм)
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    К орбитальным наблюдениям, прежде всего, были привлечены три «великие обсерватории» NASA – Hubble, Chandra и Spitzer. Перед спутником GALEX и канадско-французским аппаратом FUSE стояла задача поиска особенных материалов, содержащихся в комете.
    Особая роль отводилась европейской станции Rosetta – она являлась ближайшим к комете Темпеля-1 «посторонним» КА, и ей предстояло наблюдать столкновение, находясь с другой стороны Солнца по отношению ко всем остальным космическим телескопам. В период с 24 июня по 15 июля с «Розетты» на Землю передавалось до 60 Мбайт каждые сутки. Эти данные представляют большую ценность и для планирования полета самой «Розетты», в частности подлета и посадки на поверхность ядра кометы Чурюмова-Герасименко.

Первый снимок кометы Темпеля-1 камерой OSIRIS аппарата Rosetta. 30 июня 2005 г.
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

Снимок кометы Темпеля1 камерой OSIRIS АМС Rosetta
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1


Разведка

    Космические телескопы Spitzer и Hubble начали участвовать в миссии Deep Impact задолго до старта КА 12 января 2005 года. Для правильной работы навигационной программы станции необходимо было знать не только форму и размеры ядра, но и отражательную способность его поверхности. А известно было, в общем-то, лишь то, что комета темная и продолговатая.

Снимки кометы Темпеля-1 c телескопа «Хаббл» 14 июня
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    Поэтому в начале 2004 г. были проведены детальные наблюдения кометы с помощью орбитальных обсерваторий Spitzer и Hubble в инфракрасном диапазоне – в этом случае телескоп работает с излучением самой кометы, а не с отраженным солнечным светом. Анализ полученных данных позволил определить размеры ядра. Зная их и исходя из определенного «Хабблом» количества отраженного видимого света, специалисты вычислили отражательную способность кометы – всего 4% падающего солнечного света.

Снимок с «Хаббла» 30 июня
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    В работах по определению основных характеристик ядра также задействовали 2.2-метровый телескоп Гавайского университета на Мауна-Кеа. Полученные данные использовались не только в управляющем ПО «импактора», но и для определения экспозиции камер на борту пролетного аппарата.
    В середине июня 2005 г. состоялась своеобразная «генеральная репетиция» съемок, завершившаяся весьма неожиданным образом. За две недели до столкновения – очевидно, возмутившись предстоящей экзекуцией, – комета «заволновалась».

КОМЕТА 9P/TEMPEL 1
Одним из первых космических аппаратов, который прислал ценные научные данные о комете Темпеля-1, была первая европейская ИК-обсерватория IRAS. 18 июня 1983 г. IRAS произвел съемку ее ядра в ИК-диапазоне (12, 25, 60 и 100 мкм) с расстояния 0.85 а.е., а специалисты из Лаборатории физики Университета Кента (Британия) проанализировали полученные данные и на их основе синтезировали снимки кометы. На рисунке самым темным областям соответствует температура примерно 220 К (-53°С), а самым ярким – около 280 К (+7°С). Исходные данные давали «картинку» очень низкого разрешения, и ученые использовали интерполяцию Гаусса для воссоздания наиболее вероятного распределения температур. Суммировав тепловое излучение над всей поверхностью ядра на длинах волн 12 и 25 мкм, специалисты рассчитали «температуру абсолютно черного тела» – она составила 251±10 К, или на 26 К выше, чем теоретическая температура абсолютно черного тела на расстоянии 1.51 а.е. от Солнца. Вероятнее всего, эта разница возникла вследствие некоторых мелких пылевых частиц (до 1 мкм), поглощающих солнечную энергию.
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    14 июня «Хаббл» получил панорамной камерой ACS с расстояния 120 млн км несколько изображений, на которых был запечатлен выброс газопылевой струи из ледяного кометного ядра. На снимке слева, сделанном в 07:17 UTC, комета изображена «как есть». Ее ядро наблюдается лишь в виде яркой точки, подобной звезде, – имея всего 14 км в длину и 4 км в ширину, оно слишком мало даже для мощной оптики «Хаббла». Но на снимке справа, сделанном в 14:15 UTC, различим яркий веерообразный участок, направленный в сторону Солнца – газопылевая струя кометного материала. Согласно одной из версий, повышение температуры при приближении кометы Темпеля-1 к Солнцу привело к образованию трещины в темной корке, покрывающей ее поверхность. В результате пыль и газы, скопившиеся в приповерхностном слое, начали истекать наружу. Другой вариант – часть коры была «выломана» давлением нагретого газа под поверхностью, а затем этот кусок пористого вещества мог рассыпаться на маленькие частицы пыли.
    Этот «выброс» не мог существовать долго, и на следующем снимке, сделанном утром 30 июня, комета снова выглядит невозмущенной и тихой. Это изображение отчетливо показывает пыльную кому, окружающую ядро.

Боевая работа

    Наконец, настал день 4 июля, и серия изображений с «Хаббла» показывает, что происходило с кометой на протяжении нескольких часов.
    На первом снимке комета показана такой, как она выглядела за три минуты до удара. Следующий снимок сделан через 12 минут после столкновения, и на нем комета стала в 4 раза ярче! Облако пыли и газа, окружающее ядро кометы, увеличилось в размерах примерно на 200 км. Третье изображение получено спустя 64 минуты после столкновения. На этой фотографии газ и пыль, выброшенные во время удара, расширяются вовне, образуя гигантский «веер».
    Обломки кометы летят в пространстве со скоростью около 500 м/с, и на этом снимке размер «веера» составляет около 1800 км. Наконец, на последующих снимках можно наблюдать дальнейшее расширение «веера» и его рассеяние в пространстве. Свою отчетливую форму он потерял менее чем через сутки.
    ЕКА также не осталось в стороне от происходящего. Один из крупнейших европейских научных спутников – рентгеновская орбитальная обсерватория XMM-Newton – должна была проводить спектроскопические измерения во время столкновения. Рентгеновский спектрометр RGS, три рентгеновских камеры EPIC и оптический/ультрафиолетовый монитор OM должны были работать одновременно в общей сложности около 24 часов. Планировалось провести 6-часовое наблюдение перед столкновением и 18-часовое – после него, что позволило бы наблюдать изменения в составе выбрасываемого материала.

День независимости, вид с «Хаббла»
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    Сразу же после удара удалось обнаружить слабый поток рентгеновского излучения. Он был настолько слабым, что вначале не было даже уверенности в том, что вообще удастся получить спектральные характеристики, которые позволили бы установить механизм его образования. Однако через некоторое время стало ясно: яркость кометы в рентгеновском диапазоне возрастает день ото дня.
    Это же подтвердили и данные спутника-обсерватории Swift, который способен одновременно наблюдать в видимом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазонах.
    В день столкновения, после серии из восьми наблюдений длительностью по 50 минут, было зафиксировано быстрое увеличение интенсивности УФ-излучения. Большинство обломков, видимых в ультрафиолете, похоже, образовалось из ледяного поверхностного материала, нагретого до 2000°. Существенное же рентгеновское излучение было обнаружено после того, как подповерхностный материал поднялся в кому и оказался подсвеченным Солнцем.

Swift сделал рентгеновские снимки кометы Темпеля-1: до и после (внизу) столкновения.
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    Существуют две теории, которые могут объяснять природу рентгеновского излучения комет. Согласно первой, оно возникает в результате обмена зарядами между нейтральными частицами комы и ионизированными частицами солнечного ветра, как уже было продемонстрировано несколькими кометами в прошлом. Вторая гипотеза состоит в том, что фиксируется солнечное излучение, рассеиваемое пылью комы, – такое может происходить при выбросе наружу кометного вещества, как это наблюдалось на комете Хейла-Боппа в 1996 г. Возможна и комбинация двух этих механизмов. Однако в любом случае измерение интенсивности рентгеновского излучения дает возможность непосредственного определения количества материала, выброшенного при столкновении. По первым оценкам, проведенным специалистами миссии Swift, масса выброшенного материала составляет несколько десятков тысяч тонн – этого достаточно, чтобы покрыть футбольное поле девятиметровым слоем кометной пыли.
    Особый интерес представляло сравнение данных, полученных в первые часы после столкновения в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. УФ-излучение обусловлено материалом, находящимся в нижних слоях кометной атмосферы, рентгеновское – достигшим высоких ее слоев.
    Рассматривая изменения этих двух потоков, специалисты наблюдают процесс миграции материала в коме, получая уникальную информацию о кометной атмосфере и ее взаимодействии с солнечным ветром.
    Остается добавить, что во время наблюдения кометы Темпеля-1, начатого 1 июля, «Свифт» не отвлекался и от работ по своему основному назначению – в итоге был обнаружен очередной гамма-всплеск, еще одна сверхновая и черная дыра, объявившаяся в нашей Галактике.
    Ну и, наконец, пожалуй, о самом интересном научном аспекте прошедшего события. По словам руководителя группы управления Deep Impact профессора Джона Ноусека (John Nousek), по существу проведен лабораторный эксперимент, призванный ответить на вопрос, как исчезла вода с Марса.
    Дело в том, что Земля, как известно, окружена обширной магнитосферой, предохраняющей ее от воздействия солнечного ветра. Марс свою магнитосферу миллиарды лет назад потерял, поэтому солнечный ветер, согласно гипотезе, мог постепенно разложить молекулы воды и привести к ее испарению с поверхности.
    Кометы лишены магнитосферы, подобно Марсу и Венере, и видны исключительно из-за процесса испарения льда с их поверхности при прохождении вблизи Солнца. При этом под воздействием солнечного излучения молекулы воды диссоциируют на составляющие их атомы, которые затем «сдуваются» солнечным ветром – высокоскоростным потоком заряженных частиц.

Обсерватория XMM-Newton 3-4 июля 2005 года. До удара и после.
КОМЕТА 9P/TEMPEL 1

    Именно этот механизм и изучают астрономы, наблюдая комету после столкновения с «импактором».
    Так что фраза из школьного учебника о том, что астрономия как наука отличается «невозможностью проведения экспериментов», похоже, становится неактуальной. Дальнейшие наблюдения позволят изучить эволюцию выброшенного материала, а также проверить, активировало ли столкновение какой-нибудь новый район поверхности кометы, и если да, то как долго этот район будет оставаться активным.
Автор: И.СОБОЛЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

Мусоровозы с боковой загрузкой купить мусоровоз besttm.ru.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru