Прощание с «Розеттой»: завершается крупнейшая космическая миссия

Люди всегда интересовались кометами и даже боялись их. У многих народов они считались предвестниками эпидемий и других несчастий. Вот как эмоционально известный французский хирург Амбруаз Паре описал комету 1528 года: «Эта комета была столь ужасна и страшна и порождала в народе столь великое смятение, что некоторые умирали от одного лишь страха, а другие заболевали. Она представляла собой светило громадной длины и кровавого цвета. В вершине её была видна сжатая рука, держащая длинный меч, как бы готовый разить».

Аристотель, а впоследствии и христианские богословы, полагали, что кометы — это явления, происходящие в атмосфере. Что-то вроде облаков, которые движутся очень высоко и медленно. И только в эпоху Возрождения астроном Тихо Браге по наблюдениям Большой кометы 1577 года доказал, что кометы имеют внеземное происхождение. А столетием позже английский астроном  Эдмунд Галлей обнаружил, что кометы периодически возвращаются. Он предсказал дату следующего появления кометы, получившей впоследствии его имя.

Кометы состоят из ледяного ядра, обычно диаметром около 10 километров, и протяжённой оболочки из газа и пыли — комы. Иногда кома может достигать очень больших размеров — более миллиона километров в поперечнике. А с приближением к Солнцу у комет обычно вырастает ещё и хвост. Он образуется кометным веществом, выдуваемым из комы мощным потоком заряженных частиц от Солнца — солнечным ветром. Такие хвосты могут растягиваться на огромные расстояния. В хвосте и коме сосредоточено менее одной миллионной доли массы кометы, но зато 99,9% её свечения.

Кометы можно назвать одними из самых старых тел нашей Солнечной системы. Они образовались почти в то же время, что и Солнце, и большую часть своей жизни провели вдали от нашей звезды, в области очень низких температур. Поэтому ядра комет состоят практически из первичного вещества Солнечной системы, которое миллиарды лет было заморожено. Изучив это вещество, учёные многое бы узнали о ранних этапах формирования Солнца, планет, а возможно, и о развитии жизни. Однако космические аппараты проносились мимо комет на огромной скорости, не имея возможности затормозить в их слабом гравитационном поле. За это время удавалось сделать несколько фотоснимков и провести простейшие замеры научными приборами. Но всё изменилось, когда полетела Rosetta.

• Reuters

Название миссии — это отсылка к знаменитому Розеттскому камню, с помощью которого учёные расшифровали древнеегипетский язык. Космический аппарат, созданный Европейским космическим агентством, получился довольно внушительных размеров и весил 3 тонны. В задачи миссии входили определение параметров твёрдого ядра кометы, исследование газовой и пылевой оболочки и изучение изменения активности кометы с течением времени. Изначально целью экспедиции была выбрана комета 46P/Виртанена, но из-за отказа одного из двигателей ракеты-носителя во время запуска старт пришлось перенести. В результате момент, когда аппарат мог бы достичь выбранной кометы, был упущен. Перед учёными встала задача: срочно выбрать новую комету для миссии — и её нашли. Новой целью Rosetta стала комета 67Р/Чурюмова — Герасименко.

Она была открыта 23 октября 1969 года советскими астрономами Климом Чурюмовым и Светланой Герасименко. Открыта, как это часто бывает, случайно. При просмотре снимков другой кометы, 32P/Комас Сола, снятых Светланой Герасименко в Алма-Атинской обсерватории, Клим Иванович обнаружил на краю снятого звёздного поля ещё одну комету. Поначалу Чурюмов принял её за осколок 32P/Комас Сола, но дальнейшие наблюдения показали, что это не так. Индекс 67P в названии означает, что это 67-я по счёту открытая короткопериодическая комета. Она совершает один оборот вокруг Солнца за 6,6 лет и не удаляется за орбиту Юпитера. Оба астрофизика были приглашены на запуск межпланетного зонда Rosetta, который состоялся 2 марта 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане.

Первыми межпланетными станциями, сумевшими разглядеть ядро кометы, стали советские «Вега-1» и «Вега-2». Двигаясь на встречных курсах, они пронеслись мимо ядра кометы Галлея на огромной скорости — 70 км/с. Впоследствии ещё несколько космических аппаратов приближались к кометам, один из них (Deep Impact) даже произвёл первую в истории бомбардировку кометной поверхности. Но ни одна станция не могла остаться возле кометы, чтобы провести длительные исследования. Дело в том, что из-за своих небольших размеров и низкой плотности кометы обладают чрезвычайно малой силой тяжести. Если (представим себе) встать на поверхность такого небесного тела и хорошенько подпрыгнуть, то можно запросто улететь в открытый космос. Так что межпланетные станции на скорости в десятки километров в секунду не имели возможности затормозить и просто проносились мимо. Именно поэтому полёт Rosetta длился долгих десять лет. За это время аппарат совершил несколько корректировок и гравитационных манёвров, пролетел вблизи нескольких астероидов и только в июле 2014 приблизился к комете 67Р/Чурюмова — Герасименко. Причём цель всех этих манёвров заключалась в том, чтобы автоматическая станция приблизилась к комете сзади, как бы догнав её. При такой траектории относительная скорость сближения получалась небольшой, поэтому комета смогла захватить аппарат своим гравитационным полем.

После трудных расчётов траектории полёта космического аппарата астрофизиков ждало ещё одно испытание.  Оказалось, что 67Р/Чурюмова — Герасименко имеет очень сложную форму. Она как бы состоит из двух тел разного размера, скреплённых между собой перемычкой. Поле тяготения такого космического тела чрезвычайно трудно рассчитать, и любой неучтённый выступ на комете может оказаться фатальным. Пришлось делать компьютерную модель небесного тела и просчитывать на ней все возможные движения космического аппарата. Другую опасность представляли выбросы вещества с поверхности кометы. По мере приближения к Солнцу она разогревается, и на её поверхности начинаются активные процессы выброса вещества. На время прохождения перигелия (ближайшего к Солнцу отрезка траектории ) Rosetta даже пришлось переводить на более высокую орбиту, чтобы обезопасить аппарат от кометной пыли и крупных осколков.

• © ESA / AFP

Всего на борту космического аппарата было размещено 12 научных приборов, позволявших изучать состав, температуру и динамику ядра кометы и её газовой оболочки. Научное оборудование позволяло также проводить радарную съёмку, изучая тем самым внутреннюю структуру кометы. Ну и, конечно, аппаратура для получения изображений. На борту была установлена оптическая камера OSIRIS — это сдвоенная фотосистема, оборудованная двумя камерами с объективами 700 мм и 140 мм.

Помимо основного научного оборудования, у Rosetta был спускаемый аппарат Philae. Это название опять отсылает к расшифровке древнеегипетских иероглифов. На острове Филы на реке Нил был найден обелиск с двуязычной надписью, упоминающей египетских царей и цариц. Надписи обелиска с острова Филы также помогли учёным расшифровать древнеегипетские тексты. По задумке, зонд должен был отделиться от космического аппарата и после семичасового спуска совершить первую в истории мягкую посадку на поверхность кометы. Спуск проходил на скорости 1м/с. А чтобы при посадке зонд не отпружинил обратно в космос, на его борту были установлены специальные гарпуны. В момент касания они должны были выстрелить и зацепиться за грунт, надёжно закрепив Philae на комете. 

Именно с этими гарпунами и возникла главная проблема при посадке. Уже после старта миссии к комете конструкторы обнаружили, что система их отстрела не сработает в условиях космического вакуума. Оставалось надеяться, что зонд не разобьётся при посадке, беспорядочно прыгая по комете.

Посадка Philae началась 12 ноября 2014 года. После подтверждения касания поверхности, зонд подпрыгнул на километр. В общей сложности он сделал три прыжка, прежде чем застрял в расщелине, лёжа на боку. Работоспособность он сохранил, но появилась другая проблема. Находясь большую часть времени в тени отвесной скалы, зонд не получал необходимое для работы количество солнечной энергии. Поэтому у аппарата было всего 3 дня (вместо предполагаемых по программе нескольких месяцев), пока не кончится запасённая в аккумуляторах энергия. После 60 часов работы на поверхности, исчерпав запасы энергии, Philae перешёл в состояние гибернации. Были надежды, что по мере приближения кометы к Солнцу увеличится количество энергии, вырабатываемой солнечными батареями зонда. Это позволило бы спускаемому аппарату вновь продолжить работу. В принципе, так и случилось. В июне 2015 года Rosetta получила от проснувшегося зонда новые пакеты данных. Однако в это время комета Чурюмова-Герасименко как раз приближалась к перигелию орбиты, и космическому аппарату было небезопасно оставаться близко к кометному ядру. Межпланетную станцию пришлось перевести на более высокую орбиту вокруг кометы. Этот манёвр уберёг Rosetta от столкновения с кометным веществом, но лишил её возможности поддерживать связь с проснувшимся Philae.

• Reuters

Выполнила ли Rosetta основную задачу миссии? Безусловно, даже несмотря на проблемы со спускаемым модулем (тем не менее, он всё таки поработал и проделал основные тесты). Но основная часть научных публикаций выйдет, скорее всего, после окончания миссии и анализа всех полученных данных. Тем не менее кое-что уже опубликовано. Учёные выяснили, что плотность кометного вещества меньше, чем у водяного льда. Поскольку кометы как раз и состоят в основном из водяного льда, то предполагается, что на 67Р/Чурюмова — Герасименко лёд пористый или же внутри неё есть обширные пустоты, наподобие пещер. Сама поверхность покрыта очень тёмным веществом. Учёные сравнивают настоящий цвет кометы с углём или чёрным бархатом. А по структуре этот внешний слой должен быть схож с талыми грязными сугробами, образующимися вдоль дорог и тротуаров ранней весной.

Вообще сама поверхность кометы Чурюмова — Герасименко несёт следы активных процессов. На ней замечено множество трещин, острых выступов и даже некоторое подобие песчаных дюн. Снимки с близкого расстояния показали, что выбросы вещества на комете происходят не по всей поверхности, а в нескольких активных областях, расположенных на центральной перемычке между двумя частями небесного тела. А ещё астрономы наконец узнали, почему кометы иногда вспыхивают. 19 февраля 2016 года на 67Р/Чурюмова — Герасименко случился оползень, в результате чего обнажились более глубокие слои кометного льда.  Под прямыми лучами Солнца лёд начал быстро испаряться, что породило мощный выброс с поверхности.

Научные приборы Rosetta и Philae обнаружили на поверхности много различных органических веществ, в частности органические олигомеры и прекурсоры сахаров. Кстати, наличием органики и объясняется угольно-чёрный цвет поверхности этого небесного тела. А из неорганических соединений в составе газовой оболочки были найдены кислород, азот, аргон, криптон и ксенон. Пожалуй, один из наиболее значимых результатов миссии Rosetta — это определение концентрации дейтерия по отношению к водороду. Дейтерий — это более тяжёлый изотоп водорода. Молекула воды, в которой вместо обычного водорода с кислородом соединён дейтерий, называется тяжёлая вода. Оказалось, что содержание тяжёлой воды в комете в 3 раза выше, чем в земных океанах. Результат был неожиданным: ведь долгое время учёные считали именно кометы главным источником воды на Земле. Теперь придётся пересмотреть некоторые воззрения на прошлое Земли и найти новый источник воды в океанах. А ещё не так давно астрономы высказали предположение, что на самом деле 67Р/Чурюмова — Герасименко — это две слипшиеся кометы. Причём место спайки двух ядер и есть та самая перемычка, наиболее активная кометная область.

Совсем недавно Rosetta удалось отыскать теперь уже навсегда уснувший модуль Philae. Дело в том, что астрономы знали лишь его примерное местоположение после нескольких прыжков по комете. Когда она удалилась от Солнца на значительное расстояние, стало возможным снова подвести межпланетную станцию поближе к ядру. И на одном из снимков учёные заметили модуль, застрявший в расщелине. Стало сразу понятно, почему Philae так долго не могли найти. Почти на всех снимках это место находится в тени, и заметить модуль было невозможно.

Сейчас миссия Rosetta близка к завершению. Комета всё дальше отходит от Солнца и скоро солнечные батареи перестанут вырабатывать необходимое для продолжения миссии количество электроэнергии. Но сотрудники Европейского космического агентства (ЕКА) придумали весьма остроумное завершение миссии. Оно получило название «Великий финал». Суть в том, что космический аппарат попытаются мягко посадить на комету. Безусловно, Rosetta не была рассчитана на такое, но, как говорится, терять уже нечего. Спуск этот будет управляемым и проходить он будет на предельно малой скорости — 0,5 м/с. Это в 2 раза меньше, чем скорость посадки зонда Philae. Местом посадки выбран регион, названный Маат (все части поверхности кометы 67Р/Чурюмова — Герасименко теперь имеют древнеегипетские названия). Это место выбрали по двум причинам. Во-первых, это очень необычная область — острые выступы здесь присыпаны каким-то веществом, словно сахарной пудрой. Учёные хотели бы взглянуть на это поближе. Ну а во-вторых, из-за орбитальных ограничений этот регион — один из немногих, куда Rosetta в принципе может опуститься. Во время спуска она будет вести постоянную фотосъёмку и передавать изображения на Землю. Это будут снимки кометы с самого близкого расстояния.

К сожалению, саму посадку космический аппарат, скорее всего, не переживёт. Весьма вероятно, что при касании будут выведены из строя антенна межпланетной связи и солнечные батареи, питающие аппарат. И даже если предположить, что антенна уцелеет, её ориентация не позволит поддерживать устойчивую связь с Землёй.

Но всё же миссия Rosetta останется одним из самых амбициозных и успешных проектов Европейского космического агентства.

Вячеслав Авдеев