Высадка на комету. Для чего ученые произвели высадку зонда на поверхность кометы?

По всем признакам мы вступили в эпоху новых открытий. Многие в прошлом году с замиранием сердца следили за миссией «Розетта». Посадка на комету, первая в истории, была сложнейшей операцией, как и вся программа в целом. Однако возникшие трудности не умаляют значение как самого события, так и тех данных, которые уже добыл и все еще поставляет космический зонд. Зачем же нужна была высадка на комету и какие результаты получили астрофизики? Об этом и пойдет речь ниже.

Главная тайна

Начнем издалека. Одна из основных задач, стоящих перед всем научным миром – понять, что способствовало зарождению жизни на Земле. Со времен Античности на эту тему высказывалась масса гипотез. Одна из современных версий гласит, что не последнюю роль тут сыграли кометы, во множестве падавшие на планету в период ее формирования. Считается, что они могли стать поставщиками воды и органических молекул.

Свидетельства начала

Подобная гипотеза сама по себе прекрасно обосновывает интерес ученых, от астрономов до биологов, к кометам. Однако есть и еще несколько любопытных моментов. Хвостатые космические объекты несут сквозь пространство достаточно подробную информацию о том, что происходило на самых ранних этапах формирования Солнечной системы. Именно тогда и образовалось большинство комет. Таким образом, высадка на комету дает возможность буквально изучить материю, из которой формировался наш кусочек Вселенной больше четырех миллиардов лет назад (и никакой машины времени не надо).

Кроме того, изучение движения кометы, ее состава и поведения при сближении с Солнцем дает огромное количество информации о подобных космических объектах, позволяет проверить массу предположений и научных гипотез.

История вопроса

Естественно, хвостатые «путешественники» уже изучались при помощи космических аппаратов. Было совершено семь пролетов мимо комет, в процессе которых делались фотоснимки, собиралась определенная информация. Это были именно пролеты, поскольку длительное сопровождение кометы – дело сложное. В 80-е в роли добытчиков подобных данных выступали американо-европейский аппарат ICE и советская «Вега». Последняя из таких встреч произошла в 2011 году. Тогда данные о хвостатом космическом объекте собрал аппарат Stardust.

Предыдущие исследования дали ученым массу информации, однако для понимания специфики комет и ответа на многие из названных выше вопросов этого недостаточно. Постепенно ученые пришли к осознанию необходимости достаточно смелого шага – организации полета космического аппарата к комете с последующей высадкой зонда на ее поверхность.

Уникальность миссии

Для того чтобы прочувствовать, насколько высадка на комету непростая операция, нужно понять, что вообще представляет собой это космическое тело. Оно несется сквозь пространство на огромной скорости, достигающей иногда нескольких сотен километров в секунду. При этом хвост кометы, образующийся при приближении тела к Солнцу и столь красиво выглядящий с Земли, представляет собой смесь газа и пыли. Все это сильно осложняет не только посадку, но и движение параллельным курсом. Необходимо уравнять скорость аппарата со скоростью объекта и выбрать нужный момент для сближения: чем ближе комета к Солнцу, тем сильнее выбросы с ее поверхности. И лишь затем может быть осуществлена посадка на комету, которая будет еще осложняться и низкими показателями гравитации.

Выбор объекта

Все эти обстоятельства делали необходимым тщательный подход к выбору цели миссии. Посадка на комету Чурюмова-Герасименко – не первый вариант. Изначально предполагалось, что зонд «Розетта» будет отправлен к комете Виртанена. Однако в планы вмешался случай: незадолго до предполагаемой отправки отказал двигатель у ракеты-носителя «Ариан-5». Именно она должна была вывести «Розетту» в космос. В результате запуск отложили и возникла необходимость в выборе нового объекта. Им и стала комета Чурюмова-Герасименко или 67P.

Этот космический объект был обнаружен в 1969 году и назван в честь первооткрывателей. Он относится к числу короткопериодических комет и делает один оборот вокруг Солнца примерно за 6,6 лет. Ничем особо примечательным 67P не отличается, однако обладает хорошо изученной траекторией полета, не выходящей за орбиту Юпитера. Именно к ней и отправилась «Розетта» 2 марта 2004 года.

«Начинка» космического аппарата

Зонд «Розетта» унес с собой в космос большое количество оборудования, предназначенного для исследований и фиксации их результатов. Среди них и камеры, способные улавливать излучение в ультрафиолетовой части спектра, и аппараты, необходимые для изучения структуры кометы и анализа грунта, и приборы для исследования атмосферы. Всего в распоряжении «Розетты» оказалось 11 научных инструментов.

Отдельно нужно остановиться на спускаемом модуле «Филы» – именно ему предстояло осуществить приземление на комету. Часть высокотехнологичного оборудования размещалась прямо на нем, поскольку была необходима для изучения космического объекта непосредственно после высадки. Кроме того, «Филы» оснащался тремя гарпунами для надежной фиксации на поверхности после того, как его спустит «Розетта». Посадка на комету, как уже говорилось, сопряжена с определенными трудностями. Гравитация тут настолько мала, что при отсутствии дополнительных креплений модуль рискует затеряться в открытом космосе.

Долгий путь

Высадка на комету 2014 года предварялась десятилетним полетом зонда «Розетта». В течение этого времени он пять раз оказывался недалеко от Земли, пролетал рядом с Марсом, встретил два астероида. Великолепные снимки, сделанные зондом в этот период, в очередной раз напоминают о красоте природы и Вселенной в самых разных ее уголках.

Однако может возникнуть логичный вопрос: зачем «Розетта» так долго кружила по Солнечной системе? Понятно, что фотографии и другие данные, собранные в процессе полета, не были его целью, а, скорее, стали приятным и интересным бонусом для исследователей. Цель этого маневра – подойти к комете сзади и сравнять скорость. Результатом десятилетнего полета должно было стать фактическое превращение «Розетты» в спутник кометы Чурюмова-Герасименко.

Сближение

Сейчас, в апреле 2015 года, можно с уверенностью сказать, что высадка зонда на комету в целом прошла удачно. Однако в августе прошлого года, когда аппарат только вышел на орбиту космического тела, это было еще делом ближайшего будущего.

Зонд на комету высадился 12 ноября 2014 года. За посадкой следил практически весь мир. Отстыковка «Филы» прошла удачно. Проблемы начались в момент приземления: не сработали гарпуны и аппарат не смог закрепиться на поверхности. «Филы» дважды отскочил от кометы и только на третий раз смог опуститься, причем он отлетел от места предполагаемой посадки примерно на километр.

В результате модуль «Филы» оказался в зоне, куда почти не проникают солнечные лучи, необходимые для восполнения энергетического заряда батарей. На случай если посадка на комету произойдет не совсем удачно, аппарат был оснащен заряженным аккумулятором, рассчитанным на 64 часа. Он проработал чуть меньше, 57 часов, но и за это время «Филы» успел сделать практически все, для чего создавался.

Результаты

Посадка на комету Чурюмова-Герасименко позволила ученым получить обширные данные об этом космическом теле. Многие из них еще не обработаны или требуют анализа, однако первые результаты уже представлены широкой общественности.

Изучаемое космическое тело по форме схоже с резиновой уточкой (высадка на комету предполагалась в район «головы»): две сравнимые по размерам округлые части соединены узким перешейком. Одна из задач, стоявших перед астрофизиками, – понять причину такого необычного силуэта. Сегодня выдвигаются две основные гипотезы: либо это результат столкновения двух тел, либо к формированию перешейка привели процессы эрозии. На данный момент точный ответ не получен. Благодаря исследованиям «Филы» стало лишь известно, что уровень гравитации на комете неодинаков. Самый большой показатель наблюдается в верхней части ядра, а наименьшей – как раз в области «шеи».

Рельеф и внутренняя структура

Модуль «Филы» обнаружил на поверхности кометы различные образования, по виду напоминающие горы и дюны. По своему составу большинство из них представляют собой смесь льда и пыли. Холмы высотой до 3 метров, названные мурашками, на 67P встречаются довольно часто. Ученые предполагают, что они образовались на первых этапах формирования Солнечной системы и могут покрывать поверхности и других подобных небесных тел.

Поскольку зонд на комету опустился не самым удачным образом, ученые опасались начинать запланированное бурение поверхности. Однако его все-таки осуществили. Оказалось, что под верхним слоем располагается другой, более плотный. Вероятнее всего, он состоит изо льда. В пользу этого предположения говорит и анализ вибраций, зафиксированных аппаратом во время посадки. Вместе с тем снимки спектрографов показывают неодинаковое соотношение органических соединений и льда: первых явно больше. Это не сходится с предположениями ученых и ставит под сомнение версию происхождения кометы. Предполагалось, что она образовалась в области Солнечной системы, поблизости от Юпитера. Исследование снимков, однако, опровергает эту гипотезу: судя по всему, 67P сформировалась в поясе Койпера, расположенном за орбитой Нептуна.

Миссия продолжается

Космический аппарат «Розетта», внимательно следивший за деятельностью модуля «Филы» до момента его засыпания, не покинул комету Чурюмова-Герасименко до сих пор. Он продолжает наблюдать за объектом и присылать данные на Землю. Так, в число его обязанностей входит фиксация выбросов пыли и газа, которые увеличиваются по мере приближения кометы к Солнцу.

Ранее было установлено, что основным источником подобных выбросов является так называемая шея кометы. Причиной этого может быть низкая гравитация этой области и возникающий здесь эффект аккумуляции солнечной энергии, отраженной от соседних участков. В марте этого года «Розетта» также зафиксировала выброс пыли и газа, интересный тем, что произошел он на неосвещенной стороне (как правило, такие явления возникают в результате разогрева поверхности, то есть на солнечной части кометы). Все эти процессы и особенности 67P еще предстоит объяснить, пока же сбор данных продолжается.

Первая в истории человечества посадка на поверхность кометы стала результатом труда большого числа ученых, техников, инженеров и проектировщиков на протяжении почти сорока лет. Сегодня миссия «Розетта» признается одним из самых грандиозных событий космической эры. Естественно, что астрофизики не намерены на этом ставить точку. В число амбициозных планов на будущее входит создание спускаемого модуля, который будет в состоянии передвигаться по поверхности кометы, и космического аппарата, способного сблизится с объектом, собрать образцы грунта и вернуться с ними на Землю. В целом удачный проект «Розетта» вдохновляет ученых на все более смелые программы по освоению тайн Вселенной.