Исследования комет космическими аппаратами

В последние десятилетия выполнены исследования нескольких ядер короткопериодических комет с помощью космических аппаратов. Ниже приводятся краткие результаты этих миссий. Отметим, что исследования проводились вблизи перигелиев орбит этих комет, когда температура их поверхности существенно вырастала под влиянием солнечного излучения.

Комета Галлея. Во время последнего прохождения кометой Галлея своего перигелия в 1986 г. к комете были направлены 4 космических аппарата — «Вега-1» и «Вега-2» (СССР), «Джотто» (Европейское космическое агентство) и «Сакигаке» (Япония). Было установлено, что ядро кометы Галлея представляет собой монолитную глыбу неправильной формы с характерными размерами 15×8×7 км, массой порядка 10¹¹ т и очень низким альбедо (0,04).

Рис. 16.7. Ядро кометы Галлея в 1986 г. (Фото: «Джотто», ЕКА)

Комета Борелли. По данным аппарата «Deep Space 1» (США), осуществившего пролет вблизи ядра 22 сентября 2001 г. на расстоянии 2170 км, выяснилось, что водяного льда на его поверхности нет. Лед, по-видимому, испарился, осталась сухая и горячая корка из твердых темных частиц, покрывшая нижележащий водяной лед, (температура до +70 °С). Цвет корки — черный, как у тонера для ксерокопирования.

Комета Вилъда 2 изучалась аппаратом «StarDust» (NASA, 2 января 2004 г.) с расстояния 236 км. Обнаружены горы, утесы (до 100 м), кратеры, впадины, трещины глубиной до 150 м. Отмечены как плоское дно у кратеров, так и углубления в центре. Ядро продемонстрировало высокую активность — были обнаружены не менее десяти мощных струй пылевых частиц, извергаемых кометным ядром. В составе пылевого компонента комета обнаружена аминокислота глицин.

Рис. 16.8. Ядро кометы Вильд-2 в 2004 г. (Фото: «SforDusf», ЕКА)

Комета Темпеля 1 в июле 2005 г. исследовалась аппаратом «Deep Impact» (США), осуществившим анализ результатов столкновения массивного ударного устройства из меди с ядром кометы. Ядро, как оказалось, имеет очень рыхлую структуру, мягче, чем сугроб порошкообразного тонкоструктурного снега. Был сделан вывод, что мелкие частицы изначально содержались в ядре и не были продуктом столкновения с ударным устройством.

Рис. 16.9. Ядро кометы Темпель-1 в момент столкновения с ударным устройством в 2005 г. (Фото: «Deep Impact», NASA).

Одним из наиболее интересных результатов можно считать обнаружение большого количества углеродсодержащих молекул, обнаруженных при спектральном анализе плюма выброса. Это открытие показало (подтвердило), что кометы содержат существенное количество органических веществ (HCN, (СН)_Х, С0₂, CH₃CN). Внутренняя часть кометы оказалась хорошо защищенной от солнечного нагрева. Данные, полученные в ходе миссии, показали, что ядро обладает крайне низкой теплопроводностью, будучи очень пористым. Лед и другие вещества в глубине ядра могут оказаться неизменными со времен формирования Солнечной системы. В ходе спектральных измерений обнаружены эмиссионные полосы воды, испаренной теплом удара, за которыми уже через несколько секунд последовали полосы поглощения от частиц льда, выброшенных из-под поверхности.

Комета Хартли-2. Осенью 2010 г. космический зонд «Deep Impact», переименованный в «ЕРОХ1», продолжая свою многолетнюю миссию, прошел в 700 км вблизи ядра кометы Хартли-2. Ядро кометы оказалось вытянутым гантелеобразным телом длиной 2,2 км с узкой перемычкой диаметром 400 м. Удалось зарегистрировать мощные газопылевые выбросы (джеты) с поверхностей обоих округлых концов ядра кометы. Кометное ядро было окутано облаком мелких рыхлых комков снега максимальным размером в несколько десятков сантиметров. Инфракрасный спектрометр космического зонда показал, что выброс на освещенной стороне ядра кометы представляет собой струю водяного пара, а выброс на утолщенном конце небесного тела содержит углекислый газ.

Судя по всему, комета продемонстрировала два механизма потери воды: в гладкой области «шейки» сублимация льда приводит к испарению (отделению молекул), а на концах, отличающихся сложным рельефом, испарялась твердая углекислота, вырывая из ледяного тела ядра кометы снежки разных размеров. Наблюдения показали, что ядро кометы Хартли-2 выбрасывало в окружающее пространство до 300 тонн вещества в секунду. При таком темпе потери массы ядро кометы должно разрушиться полностью всего за несколько десятков оборотов вокруг Солнца.

Рис. 16.10. Ядро кометы Хартли в 2010 г. (Фото: «Deep Impact», NASA).

Комета Чурюмова-Герасименко. Наиболее продуктивной миссией, направленной на изучение комет, явилась миссия Европейского космического агентства ЕКА «Розетта» к комете 67Р/Чурюмова-Герасименко. Космический аппарат «Розетта» был запущен в 2004 г., выполнил ряд гравитационных маневров, пройдя вблизи Земли, Марса, снова вблизи Земли, вблизи астероида Штейне, в третий раз вблизи Земли, а также вблизи астероида Лютеция (в 2010 г.). В мае 2014 г. аппарат впервые в истории вышел на орбиту вокруг ядра кометы. Исследования проводились вплоть до сентября 2016 г., когда аппарат был сведен с орбиты и прекратил существование на ядре кометы. От «Розетты» в ноябре 2014 г. был отделен посадочный модуль «Филы», проработавший на поверхности ядра кометы трое суток. Из-за неудачного места посадки в темной трещине аппарат завалился набок, а солнечные батареи оказались в тени, из-за чего подзарядка аккумуляторов оказалась невозможной.

Рис. 16.11. Ядро кометы Чурюмова-Герасименко в 2014 г. (Фото: «Rosetta», ЕКА).

В ходе миссии «Розетта» был выполнен большой объем исследований ядра кометы Чурюмова-Герасименко. Масса ядра оценена в 10¹³ кг (10 млрд тонн), средняя плотность — 0,5 г/см³, общий объем — около 25 км³. Ядро оказалось состоящим из двух соединенных между собой (столкнувшихся друг с другом на низкой скорости) тел размерами соответственно 4,1×3,2×1,3 км и 2,5×2,5×2,0 км. Были выполнены детальные съемки поверхности с высоким разрешением, зарегистрированы джеты (выбросы) пылегазового вещества из пометного ядра, сделаны оценки химического и изотопного состава вещества кометы. Изотопный состав частиц воды оказался отличным от состава воды в земном океане, что может противоречить теории о появлении воды на Земле в результате падения пометных ядер в прошлом. Обнаружено множество органических соединений, включая полимерные молекулы толинов.