На самых окраинах Солнечной системы, во мраке далеко за пределами планетных орбит, расположено громадное сферическое облако из триллионов кометных ядер, которое обращается вокруг Солнца не быстрее участников автомобильной гонки "Индианаполис-500"*. Типичные кометы выглядят как гигантские кувыркающиеся в пространстве снежки поперечником около одного километра. Большинство из них никогда не нарушают условную границу, проведенную по орбите Плутона. Но иногда проходящая мимо звезда производит в кометном облаке гравитационные возмущения, и некоторые кометы оказываются на очень вытянутых эллиптических орбитах, ведущих в сторону Солнца. После сближения с Юпитером или Сатурном путь такой кометы может вновь измениться под воздействием их тяготения, и она станет возвращаться во внутренние области Солнечной системы примерно раз в столетие. Где-то между орбитами Юпитера и Марса комета нагревается и начинает испаряться. Вещество, истекающее из солнечной атмосферы - солнечный ветер, - уносит частицы пыли и льда прочь от кометы, начиная формировать ее хвост. Если бы Юпитер имел в поперечнике один метр, наша комета была бы меньше пылинки, однако хвост ее, когда он полностью разворачивается, сравним по размерам с расстоянием между планетами. Показываясь на земном небосводе, комета всякий раз сеет суеверный ужас в душах землян. Но в конце концов жителям Земли удалось понять, что это небесное тело, обретающееся далеко за пределами атмосферы, среди планет. Они вычислили его орбиту, и, возможно, уже недалек тот день, когда будет запущен небольшой космический аппарат для исследования гостьи, прибывшей к нам из царства звезд.
Карл Саган. «Космос». 1980 г.
Выдающийся учёный, популяризатор науки и автор очень яркого и умного научно-фантастического романа «Контакт» Карл Саган не ошибся в своих прогнозах. Обширная программа по изучению комет была запущена вскоре после выхода «Космоса», чтобы не пропустить очередное приближение к Земле в 1986 г. кометы Галлея. Тогда целых пять космических аппаратов – 2 советских, 2 японских и один европейский, исследовали её природу и свойства. А в первые годы XXI века созрела идея отправить специальную миссию к ядру ещё какой-нибудь из комет, да не просто отправить, а вывести зонд на орбиту вокруг кометного ядра. И, ещё более амбициозный план, снабдить миссию спускаемым аппаратом, который совершит посадку на поверхности ядра. К сожалению, российская космонавтика переживала тогда не лучшие времена. Проект осуществлялся силами Европейского Космического Агентства при участии NASA. Стоит особо отметить весьма значительную роль Финляндии, взявшей на себя изготовления корпуса, электроразводку и ряд научных приборов.
Сначала исследователи хотели отправить космический зонд к комете Виртанена в январе 2003 г. Но в декабре 2002 г., когда миссия была практически готова стартовать, на космодроме "Куру" во Французской Гвиане случилась авария предполагаемой ракеты-носителя «Ариан-5». Через три минуты после старта ракета прекратила подъём и упала в Атлантический океан. Вместе с носителем были потеряны и два спутника общей стоимостью в несколько миллионов долларов. В связи с этим неприятным событием французская ракета «Ариан-5» была признана ненадёжной, и запланированную на следующий месяц миссию с её участием пришлось отложить, до окончания полного расследования происшедшего.
Первоначально запланированная стоимость проекта по изучению кометы составляла 900 млн. долларов, задержка обошлась ещё в 80 млн., и главное, она означала, что время для отправки зонда к комете Виртанена будет безвозвратно упущено. Пришлось выбирать другого кандидата и рассчитывать новый курс.
Подходящее положение относительно Земли в ту пору занимала комета Чурюмова-Герасименко. Эта «хвостатая звезда» была открыта советскими учёными в 1969 г. при довольно примечательных обстоятельствах. Во время экспедиции сотрудница Алма-Атинской обсерватории Светлана Герасименко сделала снимок другой кометы, под названием 32P/Комас Сола, а киевский учёный Клим Чурюмов при изучении снимка обнаружил на нём постороннее небесное тело, которое сначала принял за фрагмент первой кометы. Однако, вскоре выяснилось, что это не так, и новооткрытой комете присвоили официальное название 67P/Чурюмова — Герасименко. Это - короткопериодическая комета с периодом обращения примерно 6 лет и 7 месяцев. Она относится к так называемому семейству комет Юпитера, чьи афелии (наиболее удалённые от Солнца точки орбиты) расположены вблизи орбиты полосатого гиганта. При расчётах траектории кометы Чурюмова — Герасименко было выявлено, что её орбита менялась. До 1959 года перигелий кометы находился на расстоянии около 2,7 астрономических единиц от Солнца. Затем в результате гравитационного воздействия Юпитера это расстояние сократилось до 1,29 а. е., каковым и остаётся по сей день.
2 Марта 2004 г. с космодрома Куру ушла в космос «Розетта» - аппарат, которому предстояло провести в пути десять лет. Оба первооткрывателя пункта конечного назначения полёта - профессор Киевского университета Клим Чурюмов и научный сотрудник Института астрофизики Академии наук Таджикистана Светлана Герасименко, присутствовали при запуске в качестве почётных гостей. «Розетте» предстояло выйти на гелиоцентрическую орбиту и после длительного путешествия в космосе достичь кометы, выйти теперь уже на её орбиту, отправить на поверхность спускаемый аппарат и продолжить изучение объекта с орбиты. Имелось дополнительное задание: по дороге к далёкой «хвостатой звезде» пройти мимо двух астероидов и сделать их снимки с близкого расстояния. Расписание составили следующее:
- Запуск (март 2004)
- Первый пролёт мимо Земли (март 2005);
- Пролёт мимо Марса (февраль 2007);
- Второй пролёт мимо Земли (ноябрь 2007);
- Встреча с астероидом Штейнс ( сентябрь 2008);
- Третий пролёт мимо Земли ( ноябрь 2009);
- Встреча с астероидом Лютеция (июль 2010);
- Бездействие (май 2011 — январь 2014);
- Приближение к комете Чурюмова - Герасименко (январь — май 2014);
- Картографирование кометы (август 2014);
- Посадка спускаемого аппарата (ноябрь 2014);
- Исследование кометы (ноябрь 2014 — декабрь 2015);
- Прохождение перигелея (август 2015);
- Окончание миссии (декабрь 2015).
***
Возможно, название «Розетта» покажется знакомым читателю, хоть он и не сразу вспомнит, где его слышал. Звучит весьма романтично, но в данном случае это не женское имя и не название цветка. Розеттой назывался небольшой городок в Египте, где французские археологи, участники африканского похода генерала Бонапарта, обнаружили каменную стелу с одинаковой надписью на древнеегипетском и древнегреческом языках. Так называемый Розеттский камень стал ключом к расшифровке древнеегипетской письменности и открыл историкам невиданные доселе горизонты. Создатели космической миссии «Розетта» надеялись, что собранные близ кометного ядра данные станут ключом к пониманию процессов возникновения и развития Солнечной системы, откроют невиданные доселе горизонты астрономам и астрофизикам. Поэтому они и выбрали для своего детища такое имя.
Корпус аппарата был изготовлен из ячеистого алюминия, электрическую энергию он получаел от двух солнечных батарей общей площадью 64 м² и мощностью 1500 Вт (400 Вт в спящем режиме). Общий вес составляет 3 тонны, что включает себе 100 кг веса спускаемого аппарата, получившего название «Филы», и 165 кг веса различного научно-исследовательского оборудования.
В программе стояло тщательное изучение морфологии кометного ядра, его картографирование, определение его минералогического состава, тщательная проверка химического состава на изотопы. Особое внимание надлежало уделить взаимоотношениям легкоиспаряющихся и тугоплавких компонентов кометного ядра, определить динамику активности кометы, исследовать процессы на её поверхности и в газовой оболочке. Таким образом, инициаторы миссии рассчитывали не просто составить подробное описание небесного тела, но получить достаточно материала для создания стройной теории происхождения комет, пролить свет на то, как соотноситься кометное и межзвёздное вещество, привлечь эти знания для совершенствования теории происхождения Солнечной системы.
Полёт прошёл по расписанию. В феврале 2007 года «Розетта» передала на Землю важные данные о магнитном поле Марса, в сентябре 2008 г. приблизилась на расстояние в 800 км к астероиду Штайнс, малому небесному телу диаметром 4,6 км в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. В июле 2010 г. орбита, по которой двигалась «Розетта», пересеклась с главным поясом астероидов во второй раз. Теперь зонд прошёл в 3000 км от крупного астероида Лютеция, диаметр которого достигает 100 км. В июне 2011 г. космический аппарат «впал в спячку», перейдя на режим энергосбережения из которого вышел 952 дня спустя в январе 2014 г., приближаясь к конечной цели своего долгого путешествия.
***
"Густой дым человеческих грехов, зловонный и отвратительный пред ликом Господа, поднимаясь каждый день, каждый час, каждое мгновение, постепенно становится настолько плотным, что образует кометы с вьющимися и заплетающимися волосами, которые в конце концов воспламеняются от огненного гнева Высшего Небесного Судии"
Андреас Целициус.
Кометы - это особый вид планет, обращающихся вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам.
Исаак Ньютон.
Комета - это такой снежный шар поперечником в одну милю.
Карл Саган
***
Первые данные о комете Чурюмова-Герасименко «Розетта» передала на Землю в июле 2014 г., 7 августа того же года она приблизилась к ядру кометы на расстояние 100 км. К началу сентября полученные от зонда данные позволили составить карту поверхности ядра, которое представляет собой небесное тело неправильной формы, состоящее из двух округлых глыб соединённых сравнительно тонкой перемычкой. Очертаниями оно напоминает утёнка. Общий объём твёрдого ядра кометы Чурюмова-Герасименко составляет около 25 куб. км, масса – приблизительно 10 миллиардов тонн. Как видим, своей низкой плотностью голова кометы действительно напоминает снежный ком, но вот внешне она не слишком на него похожа. Разве что, её можно сравнить со снежным комом, вымазанным сажей. Преобладающим цветом в этом маленьком мире оказался угольно-чёрный. К немалому удивлению учёных, им не удалось получить доказательств существования на поверхности ядра открытого для наблюдения льда. Похоже, твёрдая часть кометы равномерно покрыта тёмной пылью из углеводородных соединений, а водяной лёд скрывается довольно далеко под поверхностью. В тоже время водяной пар в изобилии имеется в коме – газовой оболочке кометы.
На «туловище» «утёнка» рельеф довольно разнообразен, имеется что-то, что даже можно назвать горами и долинами. Разумеется всё это в миниатюре. В масштабах крохотного небесного тела обнаруженная астрономами глыба высотой в 25 метров выглядит столь впечатляюще, что получила имя Хеопс, несмотря на то, что её размеры на порядок меньше, чем размеры знаменитой пирамиды. На «голове» камера зафиксировала какие-то линейные структуры, на «шее» видна россыпь гладких валунов, которые окрестили «яйцами динозавров». Все эти «пирамиды» и «динозавры» порой попадают в газетные заголовки и изрядно будоражат общественность. Но подобные названия – не более чем развлечение исследователей, а что до природы самих образований, то сотрудник института Макса Планка Хольгер Сиеркс, отвечающий за работу оптической системы OSIRIS, задействованной на «Розетте», высказался так: «Первая карта – это, конечно, лишь начало нашей работы. На данный момент никто по-настоящему не понимает, как образовались эти морфологические особенности, наблюдаемые нами».
В середине октября учёные выбрали место для посадки спускаемого аппарата на «голове утёнка». На тот момент «Розетта» находилась на круговой орбите всего в 10 км от центра ядра кометы. Организаторам миссии пришлось изрядно поволноваться. Эта посадка была совсем не похожа на другие. Прежде всего, когда учёные готовятся опустить исследовательский зонд на поверхность Луны, Марса или даже Титана, они имеют в своём распоряжении карты местности, которые могут изучать годами. Пусть эти карты не всегда высококачественные, но они есть, и есть время на их интерпретацию. В данном случае никто не представлял себе, как выглядит кометное ядро, до того как «Розетта» передала первые снимки. Объект был слишком мелким, и данные телескопа «Хаббл» были слишком смутными, для того, чтобы выбрать место посадки хотя бы приблизительно. Теперь у астрономов была всего пара месяцев, чтобы принять решение.
Вторая проблема состояла в том, что при слабой гравитации исследуемого тела и сравнительно небольшой массе исследовательской станции существовала опасность, что зонд отскочит от поверхности и улетит в пространство. Чтобы избежать подобного, на «Филах» были предусмотрены специальные гарпуны. Это казалось удачным решением, однако в нужный момент гарпуны не сработали, что поставило под угрозу судьбу всего проекта «Филы». Зонд трижды отскакивал от поверхности, рискуя уйти в космос и похоронить все надежды, которые на него возлагали в течение десяти лет. К счастью, с четвёртого раза станцию удалось «прикометить». Правда, не на том месте, которое было выбрано изначально. Реальное место посадки оказалось несколько более затененным, и солнечные батареи зонда получали меньше энергии, чем было запланировано. Но главное - исследовательская работа была возможна, пусть и в несколько менее комфортных условиях.
Первая в истории человечества посадка модуля на ядро кометы состоялось 12 ноября 2014 г. Сотрудники Европейского космического агентства вытерли пот со лбов и закатили шумную вечеринку. Затем руководивший посадкой британский учёный Мэтт Тэйлор отправился на телевидение, давать интервью в прямом эфире. Это выступление принесло доктору Тэйлору неожиданно широкую известность, однако (о времена, о нравы!) внимание общественности привлекла отнюдь не уникальная научная ценность проекта, а легкомысленная яркая рубашка, на которой были изображены симпатичные девушки в лёгких одеждах.
Столпы мирового феминизма усмотрели в этом проявление сексизма, неуважение к женскому полу и даже (какой ужас!) пренебрежение к вкладу женщин в развитие науки. Довольно забавно, если учесть, что одной из важнейших составляющих всего проекта, работой спектрометра ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) руководила дама – сотрудница Бернского университете Катрин Альтвегг. Борцам с недооценкой вклада женщин в развитие науки, воспринимай они свою миссию адекватно, следовало бы чаще делать её героиней своих репортажей, но простой поиск в Google показывает, что доктор Альтвегг на несколько порядков менее знаменита, чем Рубашка доктора Тэйлора.
Два дня спускаемый аппарат «Филы» передавал на Землю полученные данные, а затем перешёл на режим энергосбережения. По замыслу учёных большинство приборов должны были вновь включиться и продолжить работу по сбору данных, когда комета начнёт приближаться к Солнцу и поток получаемой энергии возрастёт. Модуль «очнулся от спячки» 13 июня 2015 г. и восстановил связь с «Розеттой». К сожалению, 9 июля связь прервалась окончательно. Место посадки в итоге оказалось слишком затенённым и солнечные батареи не смогли получать достаточно энергии. Но всё же, это было лучше, чем ничего. Как выяснилось, причина частичной неудачи была в слишком рыхлом грунте. Гарпуны просто не смогли зацепиться.
Итоги исследовательской работы Розетты за 2014 г. были опубликованы в специальном выпуске журнала «Science» от 23 января 2015 г. Следующим важным моментом стало прохождение 13 августа 2015 кометой Чурюмова-Герасименко своего перигелия – ближайшей к солнцу точки орбиты. 30 сентября 2016 года «Розетта» была направлена на столкновение с кометой Чурюмова — Герасименко и на скорости 3 км/ч столкнулась с ней. Это была контролируемая жёсткая посадка аппарата на поверхность в районе «колодцев» — местных гейзеров.
Среди имеющихся работ следует выделить исследование кометной воды на изотопы. Полученные данные изрядно подкосили любимую многими теорию, что вода, составляющая земные океаны была занесена на нашу планету из космоса в результате её столкновения с кометами из семейства Юпитера. Изотопный состав оказался иным. Как известно, в состав молекулы H2O может входить не только обычный водород (H), но и его «тяжелый» изотоп дейтерий (D). На Земле в 10 тыс. молекул воды присутствуют лишь три, включающие атомы тяжелого дейтерия. Это соотношение - своего рода «визитная карточка» земной воды. Выяснилось, что отношение D/H в водяных парах кометы Чурюмова-Герасименко более чем в три раза выше, естественного соотношения на Земле, и, следовательно, это вода врядли может иметь общее с земной происхождение.
Кроме воды в составе кометного вещества обнаружены моноокись углерода (CO, она же угарный газ), двуокись углерода (CO2, углекислый газ), аммиак (NH3), метан (CH4), метанол (CH3OH), формальдегид (CH2O), сероводород (H2S), циановодород (HCN), сернистый ангидрит (SO2), Дисульфид углерода (CS2). По идее пахнуть эта смесь должна устрашающе. Кэтрин Альвегг с увлечением описала предполагаемый запах кометы: «Аромат у 67P/C-G очень сильный. В нем можно уловить едкий запах тухлых яиц, зловоние конюшни и резкий и удушающий запах формальдегида. Весь этот букет приправлен тошнотворным и горьким миндальным запахом цианводорода. Добавьте сюда нотки алкоголя в форме метанола, уксусный аромат сернистого ангидрита и нотку сладковатого аромата дисульфида углерода и вы ощутите тот самый «кометный парфюм».
Полным сюрпризом для исследователей стала услышанная приборами «Розетты» «песня» кометы Чурюмова-Герасименко. Выяснилось, что «хвостатая звезда» испускает в пространства некие таинственные колебания, в диапазоне, который человеческое ухо воспринимать не в силах, но человеческая техника фиксирует. Было высказано предположение, что источник этой «мелодии» - поток уходящих в пространство нейтральных частиц. Звук сопровождает процесс их ионизации.
В активе «Розетты» также уникальный снимок интенсивного выброса газов, который произошёл во время приближения кометы к перигелию. Видимо, это следствие разрушения закрытой полости с газом, который выбросило под давлением как струю шампанского из бутылки. Катрин Альтвегг прокомментировала событие следующим образом: "Первый же взгляд на данные подсказал нам, что эти выбросы были действительно поразительными по своей силе и содержанию. Нам удалось найти следы тяжелых органических молекул в хвосте кометы и на ее поверхности, которые могут быть связаны с выброшенной с нее пылью. Нас соблазняет перспектива заявить о том, что эта органика хранилась в толще недр кометы, однако нам пока рано заявлять об этом".
Путеводитель по каналу "Кот-учёный". 2019-2020.