6.2. Rosetta: долгий путь на работу

Летом и осенью 2014 года в космосе состоялась кульминация одной из самых интересных исследовательских операций, сравнимых по значимости с посадкой марсохода Curiosity – реализация многолетней программы Rosetta. Этот космический аппарат стартовал в 2004 году и долгие десять лет летал во внутренней Солнечной системе, совершая корректировки и гравитационные маневры только для того, чтобы выйти на орбиту кометы (67P) Чурюмова-Герасименко. Rosetta должна была настигнуть комету, как следует изучить с расстояния и высадить спускаемый аппарат Philae. Тот провел свою часть исследований, чтобы совместно рассказать нам о кометах так много, как это только возможно в роботизированной миссии.

Rosetta

Комета Чурюмова-Герасименко не является каким-то уникальным космическим телом, требующим обязательного изучения. Наоборот, это обыкновенная короткопериодическая комета, возвращающаяся к Солнцу каждые 6,6 года. Она не улетает дальше орбиты Юпитера, зато ее траектория предсказуема и удачно подвернулась к стартовому окну космического аппарата. Ранее Rosetta планировалась для другой кометы, но неполадки с ракетой-носителем вынудили отложить запуск, поэтому цель изменилась.

Любопытный вопрос: почему к комете пришлось лететь целых десять лет, если она прилетает чаще? Причина этого – научная программа Rosetta. Все предыдущие миссии, начиная с американо-европейского ICE и советской «Веги» в 80-е, заканчивая аппаратом Stardust в 2011 году, предназначенного для исследования кометы 81P/Вильда, проходили на встречных или пролетных курсах с кометой. За тридцать лет ученые смогли сфотографировать вблизи кометное ядро; смогли скинуть на комету металлическую болванку, а через несколько лет взглянуть на результат падения; смогли даже привезти на Землю немного кометной пыли из хвоста кометы. Но чтобы провести рядом с ядром кометы достаточно длительное время и чтобы сесть на нее, простой встречи мало. Взаимная скорость кометы и зонда может достигать десятков и даже сотен километров в секунду, поэтому «в лоб» комету можно только бомбить, ну или высадить на ней Брюса Уиллиса, чтобы он повторил свой подвиг из фильма «Армагедон».

Долгий путь позволил Rosetta занять орбиту, на которой комета догоняла космический аппарат, и ему оставалось только сравнять скорости в нужный момент, а дальше следовать тем же курсом.

На борту трехтонного космического аппарата размещались 12 научных приборов для изучения температуры, состава, поверхности ядра и интенсивности испарения кометного хвоста. Радарный эксперимент предполагал сделать радарное «УЗИ» кометному ядру, чтобы определить ее внутреннюю структуру. Но наиболее интересные с точки зрения эффектности «картинки» ожидались результаты от оптической камеры OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System). Это сдвоенное фотоустройство, оборудованное двумя камерами с объективами 700 мм и 140 мм и CCD-матрицами 2048х2048 пикселей.

За то время, что Rosetta провела в пути, она не бездельничала, а реализовала исследовательскую программу, достойную нескольких самостоятельных миссий. Вообще она демонстрирует пример того, как полезно иметь космический аппарат, мечущийся туда-сюда по Солнечной системе с дальнобойным фотоаппаратом.

Через полтора года после старта Rosetta издалека посмотрела на реализацию миссии NASA Deep Impact, созданной для изучения кометы Tempel 1. Удар импактора (ударного зонда) по комете Tempel 1 вызвал увеличение ее яркости, которое засекли датчики Rosetta.

Через два года Rosetta пролетела на близком расстоянии от Марса и провела наблюдения планеты в нескольких спектральных диапазонах. Даже бортовая камера спускаемого аппарата Philae сделала тестовый кадр.

После Марса Rosetta «уснула» чтобы проснуться через полтора года в 2008-м для съемки пролетающего на расстоянии 800 километров шестикилометрового астероида Штейнс. Правда, системный сбой помешал провести съемку астероида дальнобойной камерой, но широкоугольная позволила сделать снимки детализацией до 80 метров на пиксель и получить ценные данные об объекте.

Еще с Земли было определено, что астероид относится к спектральному классу Е. Осмотр с близкого расстояния это подтвердил. Оказалось, Штейнс состоит из силикатов, бедных на железо, но богатых магнием, при этом некоторые минералы перенесли нагрев более 1000 градусов Цельсия. Наблюдения поверхности и особенностей вращения астероида смогли подтвердить на практике YORP-эффект. Этот эффект возникает (точнее проявляется заметнее) у небольших астероидов неправильной формы. Неравномерный нагрев поверхности приводит к тому, что инфракрасное излучение нагретой части создает реактивную тягу, которая повышает скорость вращения астероида.

Любопытно, что исходя из теории YORP-эффекта, Штейнс должен был иметь форму двойного конуса, но большой ударный кратер на южном полюсе «сплюснул» астероид и придал ему форму «бриллианта». Этот же удар, похоже, расколол пополам космическое тело, при этом оно продолжает держаться за счет сил гравитации, хотя ученые рассмотрели признаки гигантской трещины, рассекающей Штейнс.

Весной 2010 года Rosetta позволила лучше идентифицировать кометоподобное тело P/2010 A2, обнаруженное в поясе астероидов. Эта «комета» наделала шуму в стане астрономов в 2010 году, когда оказалось, что она совсем не комета. Космическое тело рассмотрели одновременно с двух направлений космический телескоп Hubble и камеры Rosetta. Наблюдения, проведенные под разными углами, позволили определить, что перед нами не комета, а результат космического ДТП, когда в 150-метровый астероид врезался маленький обломок размером около метра.

Более интересной работа Rosetta в 2010 году стала при сближении с астероидом (21) Лютеция. Это стокилометровый астероид, который осмотрела Rosetta с расстояния 3170 километров. На этот раз 700 мм камера сработала отлично, поэтому даже с такого расстояния получилось снять детали поверхности до 60 м на пиксель.

Лютеция – это весьма интересный и загадочный объект, исследование которого вызвало много вопросов. Ранее астрономы с Земли определили его спектральный класс как М – астероиды с большим количеством металлов, тогда как спектральные исследования Rosetta указывали скорее на класс С – темных углеродистых астероидов. Снимки поверхности позволили сделать вывод, что Лютеция на 3 километра покрыта толстым ковром раздробленного реголита, скрывающим коренные породы. Анализ массы позволил определить ее плотность: выше чем у каменных, но ниже чем у металлических астероидов, что тоже вводило в недоумение. В результате ученые решили, что перед нами одна из немногих оставшихся с момента зарождения Солнечной системы планетезималей – «зародышей планет».

Когда-то Лютеция начала процесс дифференциации вещества, переместив тяжелые металлические породы в центр и выведя легкие каменные – к поверхности. Однако она оказалась слишком далеко от орбит формирования каменных планет Солнечной системы и слишком близко к Юпитеру, чьи гравитационные возмущения не позволили набрать нужную массу. Более того, считается, что раньше форма Лютеции приближалась к сфере, но многократные столкновения в поясе астероидов за 3,5 миллиардов лет обезобразили ее облик.

После осмотра Лютеции Rosetta снова уснула, чтобы проснуться только 20 января 2014 года, когда началась проверка оборудования. Никаких неполадок не было выявлено, что кажется фантастическим результатом для космического аппарата, проведшего десять лет в открытом космосе и дважды пролетавшего через пояс астероидов.