У першій частині нашого матеріалу ми розповіли, як астрономи з’ясували природу комет та визначили джерело їхнього походження. Тепер поговоримо про космічні місії, які вивчають “хвостаті зорі”.
Міжнародний дослідник комет
1986 року комета Галлея мала вкотре повернутися у внутрішню частину Сонячної системи. З огляду на її значущість для історії науки, природно, що космічні агенції почали розробляти плани надсилання до неї різних дослідницьких місій.
Найбільш амбітний проєкт народився у надрах NASA. Він передбачав відправку до комети Галлея зонда, оснащеного величезним сонячним вітрилом. Це дозволило б йому вийти на постійну орбіту навколо “хвостатої зорі” та провести її комплексне вивчення з посадкою на поверхню у фіналі місії.
Через великий масштаб проєкту та затримку із введенням в експлуатацію шатлів, які мали вивести в космос кометний “вітрильник”, місії так і не дали зеленого світла. Утім, Національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору все ж таки зуміло вписати себе в історію як перша організація, що досліджувала “хвостату зорю” за допомогою космічного апарата. Щоправда, нею виявилася не комета Галлея, а Джакобіні-Циннера. Що ще цікавіше, зонд, який відвідав її, спочатку взагалі не призначався для подібної діяльності.
Отже, апарат ISEE-3 запустили 1978 року з метою вивчення сонячного вітру та космічних променів. А після завершення основної місії NASA вирішило направити його до комети Джакобіні-Циннера. З цієї нагоди апарат було перейменовано на “Міжнародний дослідник комет”. 11 вересня 1985 року він успішно пройшов через хвіст комети (дистанція мінімального зближення склала 7000 км), дослідивши особливості взаємодії сонячного вітру з кометною атмосферою.
Цікаво, що 2014 року команда ентузіастів зуміла встановити контакт із зондом. Вони спробували активувати двигуни апарата, щоб направити його в точку Лагранжа L1, а потім відновити роботу його наукових інструментів. На жаль, ISEE-3 не зміг виконати потрібний маневр, і незабаром контакт із ним було втрачено.
Флотилія комети Галлея
“Міжнародний дослідник комет” став прелюдією до значно масштабніших подій 1985-1986 років, коли комету Галлея відвідала ціла армада, що складалася з п’яти космічних станцій. Серед них були дві радянські — “Вега-1” та “Вега-2”. І дві японські — “Сакігаке” та “Суйсей”, а також європейська Giotto, які стали першими в історії апаратами, відправленими ESA та JAXA у міжпланетний простір.
Найцікавіші дані передали “Веги” та Giotto. Їм вдалося сфотографувати ядро комети, що дозволило визначити його приблизні розміри та період обертання, а також відбивальну здатність. Виявилося, що комета Галлея відбиває лише 4% сонячного світла, що падає на неї. Це можна порівняти з альбедо деревного вугілля.
Європейський зонд Giotto підібрався до комети найближче. Щоправда, це мало не спричинило його крах. На відстані 1200 км від ядра камера Giotto вийшла з ладу, оскільки у неї поцілила пилова частка. А нове зіткнення призвело до дезорієнтації апарата. Зрештою він втратив зв’язок із Землею і його захисний екран перестав укривати наукові інструменти.
На превеликий подив інженерів, некерований зонд якимось дивом пережив зближення, пройшовши на відстані всього 596 км від ядра комети. Через 32 хвилини Giotto вдалося відновити стабілізацію, після чого він передав зібрані під час прольоту дані.
Подальший аналіз знімків Giotto показав, що за формою ядро комети Галлея схоже на арахіс. Його розміри становлять 15×7,2×7,2 км, а рельєф дуже різноманітний — із височинами, хребтами, западинами та слідами ударних кратерів.
Щодо японських зондів, то вони сконцентрувалися на вивченні кометної коми та впливу на неї сонячного вітру. Зібрані ними дані дозволили суттєво доповнити знання про те, як саме відбувається процес взаємодії комет із геліосферою.
Збір речовини та бомбардування комети
Наступне покоління кометних місій вирушило до космосу вже наприкінці 1990-х. Першим став апарат Deep Space. Основною метою його місії було відпрацювання нових технологій, передусім випробування експериментального іонного двигуна (зонд увійшов в історію як перший апарат NASA, що отримав подібний силовий агрегат). Однак на Deep Space були покладені й наукові завдання, зокрема вивчення астероїда Брайля та комети Вільсона-Гаррінґтона.
Щоправда, внаслідок збою в роботі того ж таки іонного двигуна Deep Space так і не досяг комети Вільсона-Гаррінґтона. Але співробітники місії зуміли знайти йому нову мету, і у вересні 2001 року Deep Space пролетів на відстані 2170 км від ядра комети Борреллі. Знімки, передані на Землю, показали, що воно нагадує кеглю розмірами 8×4 км. Deep Space також сфотографував струмінь газу, що б’є з неї, висота якого сягала 60 км.
1999 року у космос вирушив зонд Stardust. Його метою була доставка на Землю зразка речовини з хвоста комети Вільда, для чого зонд обладнали спеціальними пастками, заповненими аерогелем.
У 2004 році Stardust пройшов через кометний хвіст, а за два роки капсула з отриманими зразками приземлилася на полігоні в штаті Юта. Вчені розкрили пастку і з полегшенням переконалися, що місія завершилася успіхом. Stardust зумів зібрати безліч частинок. Їхній аналіз показав наявність широкого спектра складних органічних сполук, які підтримали гіпотезу, що саме комети могли доправити базові будівельні цеглинки життя на молоду Землю. Серед доставлених Stardust зразків було знайдено навіть частинку, яка завітала до Сонячної системи з міжзоряного простору.
Утім, не всі кометні місії NASA були такими ж успішними. Однією з найгучніших невдач став запущений 2002 року апарат CONTOUR. У межах своєї місії він мав відвідати щонайменше три комети. На жаль, вже за місяць після запуску зв’язок із апаратом був назавжди втрачений. Вважається, що він зазнав катастрофи через вибух двигуна під час виконання маневру.
Однак NASA зуміло реабілітуватися за це фіаско місією Deep Impact, яка здійснила один із найбільш видовищних експериментів в історії освоєння космосу. 4 липня 2005 року скинута Deep Impact 300-кілограмова болванка врізалася в комету Темпеля 1.
Феєрверк у День незалежності урядове агентство США провело із цілком конкретною метою. Таким чином вчені хотіли добитися викиду речовини з надр комети, щоб потім її вивчити. Цікаво, що перед космічним тараном різні фахівці висловлювали діаметрально протилежні думки щодо його наслідків.
Реальність перевершила найсміливіші прогнози. Зіткнення викликало масований викид речовини. За різними оцінками, комета втратила близько 5000 тонн води та від 10 000 до 25 000 тонн пилу. Подальший аналіз виявив водяний лід, леткі фракції, карбонати, поліядерні ароматичні вуглеводні, сульфіди та інші компоненти.
Після зіткнення на поверхні комети Темпеля утворився ударний кратер. Прикро, але якість знімків Deep Impact не дозволяла точно оцінити його розміри. Тому в NASA вирішили направити до комети апарат Stardust, що якраз “простоював”. 15 лютого 2011 року він пройшов на відстані 200 км від комети Темпеля. Зонду вдалося знайти кратер, що залишився після бомбардування, діаметр якого становив 150 м, що, знову ж таки, значно перевищувало очікування. А посередині нього височів яскравий пагорб — напевне, викинута під час удару речовина потім осіла в центрі кратера.
Пригоди Rosetta та Philae
Усі описані вище місії були прогоновими. Космічні апарати пролітали повз комети і фотографували їхні ядра, намагаючись зібрати якомога більше даних за вкрай обмежений час зближення. Очевидно, що для більш детального розуміння природи “хвостатих зір” слід було зробити наступний крок і запустити апарат, який залишився би поруч із кометою, щоб детально вивчити її поверхню, внутрішню будову та прояви активності.
Цей важливий крок здійснила європейська місія Rosetta. Спочатку метою апарата визначили комету Віртанена. Однак через перенесення дати запуску вона стала недосяжною для Rosetta. Тож ESA розробило новий план польоту, який передбачав відвідування комети Чурюмова-Герасименко.
Rosetta досягла своєї мети влітку 2014 року. На той час Чурюмова-Герасименко перебувала на значній відстані від Сонця, завдяки чому її активність мала низький рівень. Це дозволило Rosetta вийти на постійну орбіту навколо комети, яка проходила лише за кілька десятків кілометрів від її ядра.
Зроблені Rosetta знімки продемонстрували дивовижний світ, не схожий на жодне інше відоме нам тіло Сонячної системи. Виявилося, що досліджуваний об’єкт складається з двох частин, з’єднаних між собою перешийком. Вважається, що комета утворилася під час “злипання” двох небесних тіл.
Чурюмова-Герасименко вкрита темною кіркою зі спресованого льоду та пилу. Хімічний аналіз поверхні показав, що вона містить чимало складних органічних сполук, багато з яких не зустрічалися на інших кометах. Усередині вона нагадує губку — близько 75-85% внутрішнього обсягу комети припадає на порожнечі.
У листопаді 2014 року Rosetta скинула на комету зонд Philae, але операція пройшла не зовсім так, як планувалося. Через відмову гарпунів і гальмівного двигуна Philae двічі відскочив від кометного ядра, аж поки нарешті не опустився в ущелину у затінку прямовисної скелі. Відтак зонд не зміг скористатися сонячними батареями та перезарядити бортовий акумулятор, що обмежило час його наукової місії лише двома днями. Попри це Philae встиг виконати базову програму спостережень, серйозно поповнивши скарбничку наукових знань про комети.
У 2015 році Чурюмова-Герасименко пройшла перигелій своєї орбіти, що дало Rosetta можливість зафіксувати безліч різноманітних проявів її активності. Зокрема, викиди кометою струменів газу, фрагменти речовини, що відлітали у відкритий космос, обвали і валуни, що переміщалися на поверхні. Також європейський зонд побачив появу нових і зростання старих тріщин на перешийку, що з’єднує дві частини комети. Найімовірніше, під час одного з майбутніх зближень із Сонцем вона не витримає тиску та розпадеться на кілька фрагментів за лінією якогось із цих розломів.
Крапку в місії було поставлено 2016 року. На цей момент Чурюмова-Герасименко почала віддалятися від Сонця, і сонячні батареї Rosetta припинили виробляти достатню для продовження роботи кількість енергії. Тож, застосувавши елегантний фінальний маневр, інженери посадили апарат на поверхню комети, яка таким чином стала місцем його фінального упокою.
Варто зазначити, що наприкінці 2010-х NASA всерйоз розглядало можливість відправити до Чурюмова-Герасименко власну місію з метою доставки зразка її речовини на Землю. У разі реалізації проєкту була б унікальна нагода дізнатися, як змінилася комета за кілька років, а також знову побачити Rosetta. Але ця місія не отримала належного фінансування. Втім, не можна виключати, що у майбутньому Чурюмова-Герасименко відвідає інший земний посланець, який зможе пролити світло на долю європейського апарата.
Майбутні кометні місії
Восени 2019 року практично всі провідні обсерваторії планети зосередилися на спостереженнях комети Борисова. Пильна увага пояснювалася тим, що вона прибула до Сонячної системи з міжзоряного простору. Звичайно, ідеальним варіантом було б вивчення “хвостатої зорі” за допомогою спеціалізованого апарата. Проте тоді це було фізично неможливим. Підготовка космічної місії займає роки, водночас проміжок часу між відкриттям нової комети та її зближенням із Сонцем переважно вимірюється місяцями.
Європейське космічне агентство знайшло вирішення цієї проблеми — побудувати космічний апарат, який буде заздалегідь виведений на “паркувальну позицію”, де у повній готовності чекатиме на візит комети, яка зацікавить учених. Ця місія отримала назву Comet Interceptor. Вона буде реалізована ESA за підтримки JAXA.
Comet Interceptor буде виведений у точку Лагранжа L2 системи Сонце — Земля на відстані 1,5 млн км від Землі. Після виявлення відповідної комети він попрямує до неї пролітною траєкторією. Метою місії може стати як довгоперіодична комета, яка вперше зближується із Сонцем і зберегла на своїй поверхні запаси “первісних” летких речовин, так і нова міжзоряна комета.
За кілька тижнів до зустрічі з кометою від Comet Interceptor відокремляться два зонди, кожен нестиме власні набори наукових інструментів. Передбачається, що вони спостерігатимуть за кометою з різних ракурсів і створять її тривимірний профіль, зібравши максимум інформації про поведінку та взаємодію з навколишнім середовищем. ESA візьме на себе будівництво основного космічного апарата та одного із зондів, JAXA — будівництво іншого зонда. На цей момент запуск “кометного перехоплювача” заплановано на 2029 рік.
Останніми роками вчені також зацікавилися “проміжними” об’єктами — небесними тілами, що поєднують характеристики як комет, так і астероїдів. Уже найближчим часом ми станемо свідками реалізації двох місій, які візьмуться за їхнє вивчення.
Одна з них має назву DESTINY+. Вона розробляється JAXA та Німецьким центром авіації і космонавтики (DLR). Її метою стане астероїд Фаетон. Це вельми примітне небесне тіло рухається дуже витягнутою орбітою, що перетинає орбіти всіх планет земної групи, а її перигелій пролягає всього за 21 млн км від Сонця. Крім того, Фаетон має довжелезний пиловий хвіст. Припускають, що насправді цей об’єкт є короткоперіодичною кометою, яка “виродилася”, тобто втратила практично всі свої запаси летких речовин.
DESTINY+ має з’ясувати, так це чи ні. 2028 року він виконає близький проліт Фаетона, пройшовши на відстані майже 500 км від його поверхні. Під час зближення автоматичний розвідник проведе аналіз частинок хвоста та визначить їхнє походження, а також природу цього небесного тіла.
Інша місія розробляється Китаєм. Запуск “Тяньвень-2” заплановано на 2025 рік. Її основна мета — вивчення та доставка на Землю зразка астероїда Камоалева, який є земним квазісупутником. Якщо “Тяньвень-2” зуміє впоратися із цим завданням, то згодом вирушить до своєї другої мети — 300-метрового об’єкта Головного поясу, відомого під позначенням 311P/PANSTARRS.
311P/PANSTARRS — дуже цікаве небесне тіло. Його орбіта проходить у Головному поясі, але при цьому він має кометоподібний хвіст. Як і у випадку з Фаетоном, деякі вчені підозрюють, що насправді він є кометою. “Тяньвень-2” покликана визначити справжню природу небесного тіла та підтвердити або спростувати наявність у нього супутника. Планується, що китайський зонд досягне 311P/PANSTARRS десь у середині 2030-х років.
