В первой части нашего материала мы рассказали, как астрономы выяснили природу комет и определили источник их происхождения. Теперь же поговорим о космических миссиях, изучающих «хвостатые звезды».
Международный исследователь комет
В 1986 году комета Галлея должна была в очередной раз вернуться во внутреннюю часть Солнечной системы. Учитывая ее значимость для истории науки, неудивительно, что космические агентства начали разрабатывать планы по отправке к ней различных исследовательских миссий.
Наиболее амбициозный проект родился в недрах NASA. Он предполагал отправку к комете Галлея зонда, оснащенного огромным солнечным парусом. Это позволило бы ему выйти на постоянную орбиту вокруг «хвостатой звезды» и провести ее комплексное изучение с посадкой на поверхность в финале миссии.
Ввиду большого масштаба проекта и задержки с вводом в эксплуатацию шаттлов, которые должны были вывести в космос кометный «парусник», миссии так и не дали зеленый свет. Тем не менее, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства все же сумело вписать себя в историю как первая организация, исследовавшая «хвостатую звезду» с помощью космического аппарата. Правда, ею в итоге оказалась не комета Галлея, а Джакобини-Циннера. Что еще интереснее, посетивший ее зонд изначально вообще не предназначался для подобной деятельности.
Итак, аппарат ISEE-3 запустили в 1978 году с целью изучения солнечного ветра и космических лучей. А по завершении основной миссии NASA решила направить его к комете Джакобини-Циннера. По этому случаю аппарат был переименован в «Международный исследователь комет». 11 сентября 1985 года он успешно прошел через хвост кометы (дистанция минимального сближения составила 7000 км), изучив особенности взаимодействия солнечного ветра с кометной атмосферой.
Любопытно, что в 2014 году команда энтузиастов сумела возобновить контакт с зондом. Они попытались активировать двигатели аппарата, чтобы направить его в точку Лагранжа L1, а затем восстановить работу его научных инструментов. К сожалению, ISEE-3 не смог выполнить нужный маневр, вскоре после чего контакт с ним был утерян.
Флотилия кометы Галлея
«Международный исследователь комет» стал прелюдией к куда более масштабным событиям 1985-1986 годов, когда комету Галлея посетила целая армада, состоявшая из пяти космических станций. Среди них были две советские — «Вега-1» и «Вега-2». И две японские — «Сакигакэ» и «Суйсэй», а также европейская Giotto, которые стали первыми в истории аппаратами, отправленными ESA и JAXA в межпланетное пространство.
Наиболее интересные данные передали «Веги» и Giotto. Им удалось сфотографировать ядро кометы, что позволило определить его примерные размеры и период вращения, а также отражательную способность. Оказалось, что комета Галлея отражает лишь 4% падающего на нее солнечного света, что сопоставимо с альбедо древесного угля.
Европейский зонд Giotto подобрался к комете ближе всех. Правда, это едва не привело к его крушению. На расстоянии 1200 км от ядра камера Giotto вышла из строя, поскольку в нее попала пылевая частица. А вследствие нового столкновения аппарат потерял ориентацию. В результате он лишился связи с Землей и его защитный экран перестал укрывать научные инструменты.
К большому удивлению инженеров, неуправляемый зонд каким-то чудом пережил сближение, пройдя на расстоянии всего в 596 км от ядра кометы. Через 32 минуты Giotto удалось восстановить стабилизацию, после чего он передал собранные во время пролета данные.
Последующий анализ снимков Giotto показал, что ядро кометы Галлея имеет арахисовидную форму. Его размеры составляют 15×7,2×7,2 км, и оно обладает весьма разнообразным рельефом, включающим возвышенности, хребты, впадины и следы ударных кратеров.
Что касается японских зондов, то они сконцентрировались на изучении кометной комы и влияния на нее солнечного ветра. Собранные ними данные позволили существенно дополнить знания о том, как именно происходит процесс взаимодействия комет с гелиосферой.
Сбор вещества и бомбардировка кометы
Следующее поколение кометных миссий отправилось в космос уже в конце 1990-х. Первым стал аппарат Deep Space. Основной целью его миссии являлась отработка новых технологий, главным образом испытание экспериментального ионного двигателя (зонд вошел в историю как первый аппарат NASA, получивший подобный силовой агрегат). Однако на Deep Space были возложены и научные задачи в виде изучения астероида Брайля и кометы Вильсона-Харрингтона.
Правда, из-за сбоя в работе того самого ионного двигателя Deep Space так и не достиг кометы Вильсона-Харрингтона. Но сотрудники миссии сумели найти ему новую цель, и в сентябре 2001 года Deep Space пролетел на расстоянии 2170 км от ядра кометы Боррелли. Переданные на Землю снимки показали, что оно напоминает кеглю размерами 8×4 км. Deep Space также сфотографировал бьющую из нее струю газа, чья высота достигала 60 км.
В 1999 году в космос отправился зонд Stardust. Его целью была доставка на Землю образца вещества из хвоста кометы Вильда, для чего зонд оборудовали специальными ловушками, заполненными аэрогелем.
В 2004 году Stardust прошел через кометный хвост, а спустя два года капсула с полученными образцами приземлилась на полигоне в штате Юта. После вскрытия ловушки ученые с облегчением поняли, что миссия завершилась успехом. Stardust сумел собрать множество частиц. Их анализ показал наличие широкого спектра сложных органических соединений, поддержавших гипотезу о том, что именно кометы могли принести базовые строительные кирпичики жизни на молодую Землю. Среди доставленных Stardust образцов была найдена даже частица, попавшая в Солнечную систему из межзвездного пространства.
Впрочем, не все кометные миссии NASA были столь же успешными. Одной из наиболее громких неудач стал запущенный в 2002 году аппарат CONTOUR. В рамках своей миссии он должен был посетить не менее трех комет. К сожалению, уже спустя месяц после запуска связь с аппаратом была утрачена навсегда. Считается, что он потерпел катастрофу после взрыва двигателя в ходе выполнения маневра.
Однако NASA сумела реабилитироваться за это фиаско миссией Deep Impact, которая совершила один из наиболее зрелищных экспериментов в истории освоения космоса. 4 июля 2005 года сброшенная Deep Impact 300-килограммовая болванка врезалась в комету Темпеля 1.
Фейерверк в День независимости был проведен государственным агентством США с вполне конкретными целями. Таким образом ученые хотели добиться выброса вещества из недр кометы, чтобы затем его изучить. Любопытно, что до космического тарана разные специалисты высказывали диаметрально противоположные мнения относительно его последствий.
Реальность превзошла самые смелые прогнозы. Столкновение вызвало массированный выброс вещества. По разным оценкам, комета потеряла около 5000 тонн воды и от 10 000 до 25 000 тонн пыли. Последующий анализ выявил водяной лед, летучие фракции, карбонаты, полиядерные ароматические углеводороды, сульфиды и другие компоненты.
После столкновения на поверхности кометы Темпеля образовался ударный кратер. Увы, качество снимков Deep Impact не позволяло точно оценить его размеры. Поэтому в NASA приняли решение направить к комете «простаивавший» аппарат Stardust. 15 февраля 2011 года он прошел на расстоянии 200 км от кометы Темпеля. Зонду удалось найти оставшийся после бомбардировки кратер, диаметр которого составлял 150 м, что, опять же, было намного больше ожиданий. А посредине него располагался яркий холм — по всей видимости, выброшенное во время удара вещество затем осело в центре кратера.
Приключения Rosetta и Philae
Все описанные выше миссии являлись пролетными. Космические аппараты проносились рядом с кометами и фотографировали их ядра, стараясь собрать как можно больше данных за крайне ограниченное время сближения. Очевидно, что для более детального понимания природы «хвостатых звезд» требовалось сделать следующий шаг и запустить аппарат, который остался бы рядом с кометой, чтобы в деталях изучить ее поверхность, внутреннее строение и проявления активности.
Этот важный шаг осуществила европейская миссия Rosetta. Изначально целью аппарата определили комету Виртанена. Однако из-за переноса даты запуска она стала недостижимой для Rosetta. Потому ESA разработало новый план полета, предполагавший посещение кометы Чурюмова-Герасименко.
Rosetta достигла своей цели летом 2014 года. В то время Чурюмова-Герасименко располагалась на значительном расстоянии от Солнца, благодаря чему ее активность была на низком уровне. Это позволило Rosetta выйти на постоянную орбиту вокруг кометы, проходившую всего за несколько десятков километров от ее ядра.
Сделанные Rosetta снимки продемонстрировали удивительный мир, не похожий ни на одно другое известное нам тело Солнечной системы. Оказалось, что исследуемый объект состоит из двух частей, соединенных между собой перешейком. Считается, что комета образовалась в ходе «слипания» двух небесных тел.
Чурюмова-Герасименко покрыта темной коркой из спрессованного льда и пыли. Химический анализ поверхности показал, что она содержит большое количество сложных органических соединений, многие из которых не встречались на других кометах. Внутри же она напоминает губку — порядка 75-85% внутреннего объема кометы приходится на пустоты.
В ноябре 2014 года Rosetta сбросила на комету спускаемый зонд Philae, но операция прошла не совсем так, как планировалось. Из-за отказавших гарпунов и тормозного двигателя Philae дважды отскочил от кометного ядра, пока, наконец, не опустился в расщелину в тени отвесной скалы. В итоге зонд не смог воспользоваться солнечными батареями и перезарядить бортовой аккумулятор, что ограничило время его научной миссии лишь двумя днями. Несмотря на это, Philae успел выполнить базовую программу наблюдений, серьезно пополнив копилку научных знаний о кометах.
В 2015 году Чурюмова-Герасименко прошла перигелий своей орбиты, что дало Rosetta возможность зафиксировать множество разнообразных проявлений ее активности. В их числе были выбрасываемые кометой струи газа, улетавшие в открытый космос фрагменты вещества, обвалы и перемещающиеся по поверхности валуны. Также европейский зонд увидел появление новых и рост старых трещин в районе соединяющего две части кометы перешейка. Скорее всего, во время одного из будущих сближений с Солнцем она не выдержит давления и распадется на несколько фрагментов по линии какого-то из этих разломов.
Точка в миссии была поставлена в 2016 году. К этому моменту Чурюмова-Герасименко стала удаляться от Солнца, и солнечные батареи Rosetta прекратили вырабатывать достаточное для продолжения работы количество энергии. Поэтому посредством элегантного финального маневра инженеры посадили аппарат на поверхность кометы, ставшей таким образом местом его финального упокоения.
Стоит отметить, что в конце 2010-х NASA всерьез рассматривало возможность отправить к Чурюмова-Герасименко собственную миссию с целью доставки образца ее вещества на Землю. В случае реализации проекта была бы уникальная возможность узнать, как изменилась комета за несколько лет, а также вновь увидеть Rosetta. Но эта миссия не получила нужного финансирования. Впрочем, нельзя исключать, что в будущем Чурюмова-Герасименко посетит какой-то другой земной посланец, который сумеет пролить свет на итоговую судьбу европейского аппарата.
Будущие кометные миссии
Осенью 2019 года практически все ведущие обсерватории планеты сосредоточились на наблюдениях кометы Борисова. Пристальное внимание объяснялось тем, что она прибыла в Солнечную систему из межзвездного пространства. Конечно, идеальным вариантом было бы изучение «хвостатой звезды» с помощью специализированного аппарата. Однако тогда это было физически невозможно. Подготовка космической миссии занимает годы, в то время как промежуток времени между открытием новой кометы и ее сближением с Солнцем в среднем измеряется месяцами.
Европейское космическое агентство нашло решение этой проблемы — построить космический аппарат, который будет заблаговременно выведен на «парковочную позицию», где в полной готовности будет ждать визита интересующей ученых кометы. Эта миссия получила название Comet Interceptor. Она будет реализована ESA при поддержке JAXA.
Comet Interceptor будет выведен в точку Лагранжа L2 системы Солнце — Земля на расстоянии 1,5 млн км от Земли. После обнаружения подходящей кометы он направится к ней по пролетной траектории. Целью миссии может быть как долгопериодическая комета, впервые сближающаяся с Солнцем и сохранившая на своей поверхности запасы «первобытных» летучих веществ, так и новая межзвездная комета.
За несколько недель до встречи с кометой от Comet Interceptor отделятся два зонда, несущих собственные наборы научных инструментов. Предполагается, что они понаблюдают за кометой с разных ракурсов и создадут ее трехмерный профиль, собрав максимум информации о поведении и взаимодействии с окружающей средой. ESA возьмет на себя строительство основного космического аппарата и одного из зондов, JAXA — строительство другого зонда. На данный момент запуск «кометного перехватчика» запланирован на 2029 год.
В последние годы ученых также заинтересовали «промежуточные» объекты — небесные тела, соединяющие в себе характеристики как комет, так и астероидов. Уже в ближайшее время мы станем свидетелями реализации двух миссий, которые займутся их изучением.
Одна из них носит название DESTINY+. Она разрабатывается JAXA и Немецким центром авиации и космонавтики (DLR). Ее целью станет астероид Фаэтон. Это весьма примечательное небесное тело движется по очень вытянутой орбите, пересекающей орбиты всех планет земной группы, перигелий которой пролегает всего в 21 млн км от Солнца. Кроме того, Фаэтон обладает протяженным пылевым хвостом. Есть предположение, что на самом деле этот объект является «выродившейся» короткопериодической кометой, растерявшей практически все свои запасы летучих веществ.
DESTINY+ должен будет выяснить, так это или нет. В 2028 году он выполнит близкий пролет Фаэтона, пройдя на расстоянии около 500 км от его поверхности. Во время сближения автоматический разведчик проведет анализ частичек хвоста и определит их происхождение, а также природу этого небесного тела.
Другая миссия разрабатывается Китаем. Запуск «Тяньвэнь-2» запланирован на 2025 год. Ее основная цель — изучение и доставка на Землю образца астероида Камоалева, который является земным квазиспутником. Если «Тяньвэнь-2» сумеет справиться с этой задачей, затем она отправится к своей второй цели — 300-метровому объекту Главного пояса, известному под обозначением 311P/PANSTARRS.
311P/PANSTARRS — довольно любопытное небесное тело. Его орбита проходит в Главном поясе, но при этом он обладает кометоподобным хвостом. Как и в случае с Фаэтоном, некоторые ученые подозревают, что на самом деле он является кометой. «Тяньвэнь-2» призвана определить истинную природу небесного тела и подтвердить либо опровергнуть наличие у него спутника. Планируется, что китайский зонд достигнет 311P/PANSTARRS где-то в середине 2030-х годов.
