Журнал «Открытия и гипотезы»
Ежемесячный научно-популярный журнал
№ 1 (155) Январь 2015
ПРИРОДА ЛЕПИТ СНЕЖКИ
Удивительное природное явление зафиксировано на побережье Финского залива. Здесь в результате сильных заморозков образовались льдинки в форме шаров, диаметром от 5 до 10 см. Они напоминают мозаику, старательно выложенную руками человека, однако на самом деле у этого явления естественные причины.
Снимки были сделаны фотографом Александром Абросимовым, рассказавшим, что днем температура воздуха составляла -2 градуса, а ночью она упала до -20.
Шарики состоят из замерзшего снега и песка, а такую необычную форму им придали набегающие волны.
ОТКРЫТИЯ И ГИПОТЕЗЫ
Розетта — ключ к комете
Путешествие длиною в 10 лет подошло к концу. Космический аппарат «Розетта» прибыл к комете Чурюмова — Герасименко. Несмотря на жесткую посадку, мы всё же обогатим свои знания о том, как выглядела Солнечная система до того, как сформировались планеты.
История открытия
Комета Чурюмова — Герасименко была открыта в Киеве 23 октября 1969 года астрономом Климом Чурюмовым на фотопластинках другой кометы — Комас Сола, снятых накануне Светланой Герасименко в Алма-Атинской обсерватории. Вначале он посчитал её с фрагментом кометы Комас Сола, однако при изучении последующих фотоснимков было выяснено, что объект двигается по иной траектории и таким образом является самостоятельной кометой. Как показали дальнейшие расчеты, она вращается вокруг Солнца, отлетая чуть дальше орбиты Юпитера, и каждые 6,6 лет сближается с Солнцем, однако не ближе орбиты Земли.
Открытой комете присвоен индекс 67R который означает, что 67 короткопериодическая (обращения вокруг Солнца менее 200 лет) комета.
Характеристики кометы
Ядро кометы 67Р неправильной формы, и в первом приближении может быть описано как состоящее из двух скрепленных между собою частей. Размеры этих фрагментов оцениваются как 4,1x3,2x1,3 км (большая часть и 2,5x2,5x2,0 км (меньшая часть), объём — в 25 км3.
Согласно последним оценкам, масса кометы составляет 1013 кг, период вращения вокруг собственной оси — 12 часов 24 минуты.
Интересно, что при расчётах траектории кометы Чурюмова — Герасименко было выявлено, что её орбита менялась. До 1959 года ближайшая к Солнцу точка орбиты кометы находилась на расстоянии около 2,7 а. е. от Солнца. Затем в результате гравитационного воздействия Юпитера это расстояние сократилось до 1,29 а. е., каковым и остаётся по сей день.
Розетта
Изучение комет давняя страсть астрономов. Эти космические путешественники могут многое рассказать о том, как формировалась наша Солнечная система. Поэтому 2 марта 2004 года к комете Чурюмова — Герасименко стартовал космический аппарат «Розетта», запущенный европейским космическим агентством.
Название космического аппарата «Розетта» происходит от знаменитого Розеттского камня — каменной плиты с выбитыми на ней тремя идентичными по смыслу текстами, два из которых написаны на древнеегипетском языке (один — иероглифами, другой — демотическим письмом), а третий написан на древнегреческом языке. Сравнивая тексты Розеттского камня, учёные смогли расшифровать древнеегипетские иероглифы.
Изначально запуск «Розетты» был запланирован на 12 января 2003 года. Целью исследований была выбрана комета 46Р/Виртанена. Однако в декабре 2002 года произошёл отказ двигателей при запуске ракеты-носителя «Ариан-5». Из-за недостаточной надёжности ракеты запуск космического аппарата «Розетта» был отложен, после чего для него была разработана новая программа полёта. Новый план предусматривал полёт к комете 67Р/Чурюмова — Герасименко.
После двух отменённых попыток запуска «Розетта» была запущена 2 марта 2004 года с космодрома Куру во Французской Гвиане.
В качестве почётных гостей на запуске присутствовали первооткрыватели кометы профессор Киевского университета Клим Чурюмов и научный сотрудник Института астрофизики Академии наук Таджикистана Светлана Герасименко.
Десятилетний путь аппарата «Розетта» был не только долог, но и извилист. «Не существует достаточно мощных ракет, которые могли бы непосредственно вывести аппарат на траекторию кометы, — объяснил Андреа Аккомаццо, руководитель полета миссии «Розетта». — Поэтому аппарату пришлось совершить четыре гравитационных маневра в поле тяготения Земли. Такие маневры позволяют передать часть энергии планеты космическому аппарату, разгоняя его. Дважды аппарат пересекал пояс астероидов, и чтобы эта часть полета не пропадала зря, было решено заодно исследовать некоторые объекты пояса».
Конструкция Розетты
«Розетта» стала первым космическим аппаратом, который отправился во внешнюю часть Солнечной системы, имея на борту в качестве источника энергии не радиоизотопный термоэлектрический генератор, а солнечные батареи. На расстоянии 800 млн. км от Солнца (это самая дальняя точка миссии) освещенность не превышает 4 % земной, поэтому батареи имеют большую площадь (64 м2). Кроме того, это не обычные батареи, а специально разработанные для работы в условиях низкой интенсивности и низких температур. Их мощность составляет 1500 Вт (400 Вт в спящем режиме)».
Сборка аппарата происходила в специальном помещении, где в воздухе поддерживаются в определённом заданном диапазоне размер и число на кубический метр таких частиц, как пыль, микроорганизмы, аэрозольные частицы и химические пары. Стерилизация была не так важна, так как кометы не рассматриваются в качестве объектов, где можно найти живые микроорганизмы, зато на них надеются найти молекулы-предшественники жизни.
Главная двигательная установка состоит из 24 двухкомпонентных двигателей с тягой в 10 Н. Аппарат имел на старте 1670 кг двухкомпонентного топлива, состоящего из монометилгидразина (горючего) и тетраоксида азота (окислителя).
Корпус из ячеистого алюминия и разводку электрического питания по борту изготовила финская компания
«Розетта» интересен не только сам по себе, но и тем, что несет зонд «Филы», о котором будет рассказано ниже.
Хроника полёта
25 февраля 2007 года аппарат «Розетта» приблизился к Марсу. Во время пролёта аппарат «Филы» с расстояния в 1000 км провёл съёмку планеты. Подмены данные о магнитном поле Марса.
4 августа 2008 гола астероид «Штейнс» попал в зону видимости космического аппарата.
6 сентября «Розетта» передала снимки астероида с близкого расстояния. На его поверхности обнаружены 23 кратера диаметром более 200 метров.
10 июля 2010 года космический аппарат сблизился с астероидом Лютеция и сделал множество снимков астероида.
10:00 по UTС (11:0 °CЕТ) 20 января 2014 года космический аппарат «Розетта» «проснулся» от внутреннего таймера. Началась подготовка к встрече с кометой Чурюмова — Герасименко.
В июле «Розетта» получила первые данные о состоянии кометы Чурюмова — Герасименко. Аппарат определил, что ядро кометы ежесекундно выпускает в окружающее пространство около 300 миллилитров воды.
7 августа «Розетта» приблизилась к ядру кометы на расстояние около 100 км.
В начале сентября 2014 года после анализа снимков кометы, была составлена карта поверхности. Кроме этого, спектрограф ультрафиолетового излучения
Началась подготовка к высадке зонда «Филы».
Филы
Стокилограммовый спускаемый аппарат «Филы» несет на себе десять научных приборов:
В создании аппарата и его оборудования приняли участие Австрия, Финляндия, Франция, Германия, Венгрия, Италия, Ирландия, Польша и Великобритания.
После составления и изучения карты кометы, специалисты ЕКА определили 5 потенциально подходящих мест для посадки зонда, что было не просто т. к. местность очень неровная с наличием на ней крупных валунов. Приземление на валун либо вблизи него (когда посадочная опора или корпус касаются валуна) может вызвать опрокидывание или повреждение аппарата; даже булыжники размером менее метра являются опасными. Специалисты оценили риск, обусловленный наличием валунов, в несколько десятков процентов.
Местом посадки выбрано место названное «Агилкия» — по имени острова на Ниле, на который были перенесены культовые древнеегипетские сооружения с острова Филы перед затоплением последнего при строительстве Асуанской плотины.
12 ноября на расстоянии приблизительно 22,5 км от центра ядра кометы, «Филы» отправился в свободный полёт, и коснулся поверхности кометы на запланированном участке.
Посадка — один из самых сложных этапов. Недаром принято, что пассажиры самолётов аплодируют экипажу после посадки. К сожалению, посадка аппарата «Филы» не прошла гладко.
Первоначально предполагалось, что зонд, ускорившись гравитационным полем ядра кометы, подлетит к нему на скорости 1 м/с. Для предотвращения отскока и закрепления на поверхности конструкторами были предусмотрены несколько систем.
Основной толчок при касании посадочных опор должен был погасить амортизатор, а одновременно включившийся ракетный двигатель на несколько секунд прижимал аппарат к поверхности. В таком прижатом состоянии в грунт выбрасывались два гарпуна размером с карандаш на двухметровых тросах, а три бурава, размещённые на посадочных опорах, должны были углубиться в грунт.
Все эти сложности нужны из-за того, что сила притяжения кометы слишком мала, чтобы одномоментно остановиться на её поверхности.
На самом деле реконструкция событий выглядит так:
Буравы после посадки углубились в грунт ядра кометы на 4 см, однако ракетный двигатель прижима аппарата к поверхности не сработал, а гарпуны по неизвестной причине не были выпущены, поэтому положение аппарата на поверхности на этот момент не было прочным.
Обработка телеметрической информации показала, что «Филы» совершил три касания поверхности — в 15:34, 17:25 и 17:32 UTC, с двумя отскоками между ними. Первое касание, как и запланировано было в пределах посадочного эллипса. Но затем спускаемый аппарат отскочил от поверхности на 1 час 50 минут. За это время он переместился примерно на 1 км от места первого касания. Затем аппарат повторно коснулся поверхности, снова отскочил на 7 минут и только затем окончательно остановился.
Заметных повреждений аппарат не получил, но для вечной стоянки «его величество случай» выбрал не самое подходящее место. Участок, на который сел аппарат, периодически освещается солнцем; однако большую часть этого времени зонд «Филы» оказывается в тени отвесной скалы, поэтому энергии катастрофически не хватает.
В первые сутки после посадки зонда ученые действовали с максимальной осторожностью — они боялись, что работа его инструментов обрушит аппарат или приведет к отделению от поверхности кометы. Но, когда стало ясно, что зонд находится в тени скал, его солнечные батареи не получают необходимого минимума света, а аккумуляторов хватит всего на 64 часа, было принято решение активизировать все инструменты, чтобы успеть собрать максимум данных.
Главный интерес вызвал пенетратор MUPUS (сенсор для исследования температуры, плотности и механических свойств поверхности).
Также «Филы» предпринял попытку бурения кометы. В ходе работы у него вышел из строя прибор MUPUS, установленный на конце сверла. Он должен был измерить температуру внутренних слоев кометы. Поломка доказывает, что это ледяное тело, вопреки ожиданиям ученых, состоит из достаточно твердого вещества.
Также новые данные прислал и APXS — альфа-протон-рентгеновский спектрометр для анализа грунта.
«Филы» обнаружил в газах, которые выбрасывает комета, органические соединения, содержащие атомы углерода.
Всего за два дня работы зонда на поверхности кометы ученым удалось собрать от 80 до 90 процентов запланированных на этот период данных, которые ещё долго будут обрабатывать целые группы ученых. И уже один их первых таких результатов принёс сенсацию.