Кометы - Зонд "Deep Impact"

Малые тела Солнечной системы
Космические исследователи комет
Зонд "Deep Impact"

В январе 2005 года Американское аэрокосмическое агентство (НАСА) произвело запуск космического аппарата Deep Impact («Проникающий удар»). Название говорит само за себя: Deep Impact сбросил тяжелый медный снаряд - «бомбу» - на одну из многочисленных комет, странствующих по Солнечной системе.
Скажем сразу: никакое столкновение с кометой Земле не грозит, идея бомбардировки возникла совсем по другому поводу. Тела комет сформировались в удаленных от Солнца областях одновременно с планетами - примерно 4 млрд лет назад. Как и астероиды, это космический «строительный мусор», оставшийся после образования крупных небесных тел. Но астрономы ценят мусор не меньше, чем археологи: если в нем хорошенько покопаться, можно обнаружить много ценной информации о начальных стадиях развития Солнечной системы. Ведь химический состав комет за миллиарды лет почти не изменился, чего не скажешь о планетах Солнечной системы. Самый логичный способ узнать, из чего состоит ядро кометы - проделать в нем отверстие и посмотреть, что там внутри.


В составе комет меди нет, поэтому анализ вещества ядра будет точнее, при выбросе с кометы. Космический аппарат на доработке и проверке узлов (показан еще на Земле).
Deep Impact и медный снаряд

    В качестве мишени американцы выбрали комету Темпеля-1 (Открыта французом Эрнстом Темпелем в 1867 году.). В ее ядро, похожее на гигантский «огурец» длиной 14 км и толщиной 4 км, и врезался на скорости 37 тыс. км/ч медный 370-килограммовый снаряд с Deep Impact. Это почти не повлияло на полет космической странницы: ее перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты) сместился на 10 м, а скорость снизилась на ничтожно малую величину: 10^-6 м/сек.
    Состоящие из замерзших газов и частиц пыли кометы вдали от Солнца выглядят тусклыми пятнышками. Но приближаясь к светилу, красиво распускают хвосты: под действием солнечных лучей молекулы газа и пыли улетучиваются из ядра кометы, образуя светящийся шлейф. Он тянется на десятки миллионов километров.
    Что мы знаем о составе комет? Ученые полагают, что их ядра покрыты «коркой» - тонким слоем, из которого улетучились водосодержащие компоненты. Под ним скрыто первичное вещество, некогда сформировавшее комету. Что оно собой представляет и в каком состоянии находится, мы до сих пор не знаем. Американцы не были бы американцами, если бы отказались от эффектного хода: снаряд сбросили 4 июля - в День Независимости США. Медная «бомба» пробила «корку» и образовала кратер на поверхности кометы. По размерам воронки можно сделать выводы о плотности ядра. Видеокамеры Deep Impact с близкого расстояния наблюдали за столкновением, а приборы - анализировали вещество, которое выбросила ударная волна. За взрывом также следили космические телескопы «Хаббл», «Спицер» и «Чандра». Взрыв произошел на освещенной Солнцем стороне кометы: возможно, космический фейерверк можно было увидеть с Земли даже в бинокль.
    Из столкновения были зделаны выводы: комета Темпеля 1 буквально кишит органическими соединениями. В результате столкновения в окружающее пространство было выброшено порядка 5500 тон воды и углеродных соединений, и ещё большее количество пыли. Учёные с немалым удивлением обнаружили, что некоторые органические соединения присутствуют в большем, нежели предполагалось, количестве, а кроме того, химический состав характеризуется изумляющим разнообразием: помимо диоксида и моноксида углерода и аммиачного льда, обнаружились синильная кислота, метилцианид, ацетилене и формальдегид, а также масса других органических соединений, до сих пор учёными не опознанных. Такое изобилие указывает на то, что гипотеза о том, что именно кометы могли занести на Землю первые органические соединения, может быть вполне правомерной. Результаты наблюдений, проведенных астрономами работавшими на телескопах Gemini и Subaru на Гавайях: была проведена съемка кометы в среднем ИК-диапазоне длин волн до и после удара снаряда. Исследования полученных спектров показали, что в ядре кометы Tempel 1 есть зеленые кристаллы оливина, аналогичные тем, которые содержатся в зеленом песке на Гавайях. Кстати, кристаллы зеленого песка были обнаружены в 1997 г. в хвосте кометы Hale-Bopp после того как она прошла близко к Солнцу.

Столкновение медного шара с ядром кометы. Снимки сделаны с Deep Impact.


Когда зонд аппарата Дип Импакт приближался к комете Темпель 1 со скоростью десять километров в секунду, предназначенная для точного прицеливания камера на его борту получила замечательную серию изображений. Более поздние снимки имеют лучшее разрешение. На картинке №3 все они были объединены с масштабом в 5 метров на пиксель - включая изображения, полученные с расстояния в несколько метров от поверхности за мгновения до удара, произошедшего 4-го июля. Анализируя возникшее после удара облако осколков, исследователи изучают состав кометы - кусок первичного вещества солнечной системы.


Список составных частей кометы Темпель 1, который можно рассматривать как рецепт первоначального "супа", включает маленькие зерна силикатов, соединения железа, сложные углеводороды, глину и карбонаты. Предполагается, что для их образования необходима жидкая вода. Возможно, лучше назвать эту смесь "космическим суфле", так как само ядро, несомненно, пористое и мягкое. Длина изображенного здесь ядра кометы Темпель 1 - около пяти километров, а место удара находится между двумя большими кратерами около нижнего края. Картинка №6 - температурная карта кометы (Солнце справа, температура в Кельвинах): синий и красный цвета указывают на то, что теплее та сторона кометы, которая расположена в сторону Солнца и наоборот холоднее та сторона кометы Темпель 1, которая расположена в тени от Солнца.

Научные статьи: результаты миссии Deep Impact, строение кометы Tempel 1 и область ее формирования

Картинка № 4: команда ученых Deep Impact подтвердила существование на поверхности кометы водного льда (март 2006). Комета Tempel 1, атакованная 4 июля 2005 года, покрыта небольшим количеством водного льда - это первое свидетельство подтверждения открытия. "Мы долгое время знали, что водный лед существует на кометах, но это первое подтверждение наличия льда на комете." - Jessica Sunshine. На картинке показаны три небольших области на комете покрытые льдом. Это открытие является важным для изучения состава и строения комет, которые, как предполагается, сохранились со времен формирования Солнечной системы. Также предполагается, что именно кометы являются возможным источником воды на Земле.


Поскольку кометы содержат достаточное количество органических веществ, они могут быль ключевыми компонентами в возникновении жизни на Земле. Согласно полученным данным поверхность кометы Темпель 1 по площади занимает 45 кв миль из них около 25% поверхности покрыта льдом и только 6% из этой области является чистым льдом, остальное пыль. По выражению некоторых ученых, кометы представляют собой большие комки снега и пыли. По их мнению лед лежащий сейчас на поверхности кометы когда-то находился в нижних слоях кометы, но через некоторое время он поднялся на поверхность, а потом он может превратиться в часть хвоста кометы. Так что кометы отчасти геологически активные образования.

Космические аппараты к кометам отправляли уже не раз. Но только в январе 2004 года аппарат Stardust, пройдя на расстоянии 240 км от кометы Вилд-2, взял образцы частиц из ее окрестностей. Ученые их еще не получили: Stardust вернется на Землю в январе 2006-го. В прошлом году был запущен аппарат Rosetta. В 2014 году он должен опуститься на ядро кометы Чурюмова-Герасименко и начать передавать данные.

Зонд Deep Impact: Подробности столкновения с Темпель-1

    Первые изображения кометы Темпель-1 крупным планом, переданные с расстояния в 134 миллиона километров от Земли аппаратом Deep Impact NASA. Deep Impact прицельно "бомбардировал" комету зондом-импактором, который врезался в её ядро, вызвав долгожданный "фейерверк". Последняя картинка от "бомбы" была получена за 3,7 секунды до соударения. Трансляцию с борта зонда вели в прямом эфире несколько телекомпаний. Кроме него, за столкновением наблюдали космические телескопы NASA "Чандра" (Chandra), "Хаббл" (Hubble) и "Спитцер" (Spitzer), а также крупнейшие наземные телескопы (Impactor изготовлен в основном из меди и алюминия, спектральные линии которых можно легко удалить из общего спектра вспышки, вызванной столкновением ).
    Специалисты NASA считают, что все прошло в точности так, как и было запланировано. Deep Impact, запущенный с космодрома на мысе Канаверал на ракете-носителе Delta II, - это миссия, состоящая из двух составных частей: основного аппарата - "бомбардировщика" - космического корабля размером с малолитражный автомобиль, снабженного фотокамерами, инфракрасным спектрометром и т.п., - и дополнительного автономного блока с приборами - зонда-"бомбы" размером со стиральную машину и весом около 350 кг. После отделения "бомба" столкнулась с ядром кометы. Мощность взрыва составляла порядка 4,5 т в тротиловом эквиваленте. К моменту взрыва главный аппарат совершил маневр уклонения, чтобы избежать столкновений с обломками кометы и находился на расстоянии порядка 500 км от её ядра. Кроме того, он прикрывался специальными защитными щитами. Комета обращается вокруг Солнца с периодом в 5,5 лет, то приближаясь на расстояние 0,5 астрономической единицы, то удаляясь на 1,6 а.е. Новые данные позволят узнать больше о природе и составе "сердца" этой кометы.
    Неоднородный ландшафт на поверхности ядра кометы Темпеля 1 увидели камеры зонда "Столкновение" - части аппарата "Дип Импакт". За несколько минут, пока записывался обзор сурового ландшафта, т.е. во время самого столкновения зонда с кометой, вид поверхности значительно менялся. Аппарат упал как раз между двумя кратерами диаметром около полукилометра, которые видны в центре последнего снимка фотогалереи. Столкновение с кометой привело к образованию кратера диаметром около 100 м и глубиной около 25 м. Такой удар не причинил комете существенного вреда (изменение ее скорости - более 10-ти километров в секунду - составит не более 0,0001 мм/с, это сопоставимо со столкновением медной монеты с грузовиком).
    При столкновении "снаряда" с кометой произошло две вспышки: первая - при касании поверхности ядра кометы и вторая - чуть позже. Вторая вспышка была существенно сильнее первой, при ней яркость кометы возросла примерно на 5 раз, затем из кометы было выброшено мощное облако обломков, пыли и содержавшихся под ее поверхностью газов. Этот выброс происходил на освещенной Солнцем части космической странницы и был весьма эффектен. Но именно это облако, растянувшееся на многие километры, и не позволило увидеть сразу с аппарата Deep Impact возникший при столкновении кратер. Контакт произошел в 05:52 по Гринвичу (в 9:52 мск). Астрономы отмечают, что газопылевое облако, что окружало ядро кометы, увеличилось примерно до 200 километров в поперечнике. "Хаббл" продолжал следить за кометой и спустя 62 минуты после столкновения. Веерообразный выброс осколков, скорость которых достигала 1800 километров в час, расширяясь, заполнил пространство вплоть до дистанции приблизительно в 1800 километров от ядра.
    Как известно, пыль скрывшая комету сразу же после удара, оторвалась от нее почти через сутки. Исходя из этого участники программы Deep Impact рассчитали приблизительную массу (примерно 72 млрд тонн) и плотность кометного ядра. Вопреки некоторым ожиданиям, ядро оказалось чрезвычайно пористым: практически 80% его объема приходится на бесчисленные пустоты, причем даже ближе к центру ядра лед не проявляет тенденции к слёживанию в нечто более плотное. Сам пылевой выброс, получился настолько густым и пышным, что выполнение программы было поставлено под угрозу, состоял, главным образом, из водяного льда (~ 5 миллионов тонн) и пыли (10-15 миллионов тонн). Однако самое интересное состоит в том, что среди этих вполне обычных веществ было обнаружено неожиданно большое количество органических молекул и в частности - метилциа нида (нитрила уксусной кислоты, CH₃CN ).