Встреча с кометой Галлея

Встреча с кометой Галлея

Проект ’’Вега’’ (’’Венера - комета Галлея’’) был одним из самых сложных в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов, изучение динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты), пролет через газопылевую атмосферу (кому) и плазменную оболочку кометы Галлея.

Автоматическая межпланетная станция ’’Вега - 1’’ стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984г. ,через 6 дней за ней последовала ’’Вега - 2 ’’. Курс был взят на планету Венера. В июне 1985г. они друг за другом прошли вблизи Венеры. Перед пролетом планеты от них отделились спускаемые аппараты, которые вошли на второй космической скорости в атмосферу Венеры, и каждый из них разделился на две части - посадочный аппарат и аэростатный зонд. С помощью посадочного аппарата была проведена серия экспериментов по исследованию атмосферы и поверхности планеты. Аэростатные зонды дрейфовали на высоте около 54 километров, и в течение двух суток их перемещение фиксировалось сетью наземных радиотелескопов. Успешно были выполнены первые две части программы, посвященные исследованиям Венеры.

Но самой интересной была все же третья часть проекта-исследования кометы Галлея. Это небесное тело оставило глубокий след в памяти человечества, на протяжении 2-х тысячелетий около тридцати раз приблизившись к Солнцу. А начиная со смелой гипотезы, выдвинутой Э. Галлеем, оно было объектом систематических исследований в астрономии. Неумолимой логикой космической эры и кометы должны были стать объектами прямых исследований. Космическим аппаратам впервые предстояло ’’увидеть’’ ядро кометы, неуловимое для наземных телескопов. Встреча ’’Веги-1’’ с кометой произошла 6 марта, а ’’Веги - 2 ’’- 9 марта 1986г. Они прошли на расстоянии 8900 и 8000 километров от ее ядра.

Проект был осуществлен при широкой международной кооперации и с участием научных организаций многих стран.

К комете Галлея кроме ’’Веги - 1’’ и ’’Веги - 2’’, к ней направились и другие космические аппараты - ’’Джотто’’, снаряженный Европейским космическим агентством, и два  маленьких японских аппарата ’’Суисей’’ (’’Комета’’) и ’’Сакигаке’’ 

( ‘‘ Пионер‘‘ ). 

Возрос интерес к кометным исследованиям. За последние 20 лет 

СССР и США направили к планетам более 30 межпланетных автоматических станций. Их полеты расширяли представления о планетах и их спутниках. Но пришла пора вспомнить и о других членах семьи, в частности о кометах.

Кометы - это гости, прибывшие с очень далеких окраин Солнечной системы. Предполагается, что около 100 млрд. комет постоянно ‘‘ прописано‘‘ в кометном облаке, окружающем Солнце на расстоянии, в 10 тысяч раз большем, чем от Солнца до Земли. Судьба их различна. Большинство их остается миллиарды лет, некоторые покидают Солнечную систему, а некоторые переходят в ее внутреннюю часть и даже попадают на орбиты с относительно небольшим периодом, подобно комете Галлея. 

Кометное облако, по - видимому, образовалось вместе с Солнечной системой. В этом случае, исследуя вещество комет, мы получим сведения о первичном материале, из которого 4,5 миллиарда лет назад сформировались планеты и спутники.

В свойствах комет много загадочного. Кометы становятся хорошо видимыми, когда она приближается к Солнцу на расстоянии, примерно втрое большее, чем радиус земной орбиты. Она в начале выглядит как круглое светлое пятнышко ( голова или кома ), потом в сторону от Солнца вытягивается хвост. В самом центре головы находится невидимое тело, которое называется ядром. В ядре сосредоточена вся масса кометы. Главной особенностью ядра является то, что оно содержит много ‘‘ летучего‘‘, то есть легкоиспаряющегося вещества. Это обычный водный лед с вкраплением других молекул. Летучий материал перемешан с тугоплавкими частицами - силикатными, углистыми , металлическими. По мере приближения к Солнцу испарение льда идет все сильнее и сильнее, потоки газа покидают ядро, увлекая за собой пыль. Как будто бы многое ясно, но до сих пор не было ответа на главный вопрос - какова физическая структура ядра кометы, единое ли это тело, рой из многих тел, связанных тяготением или просто летящих рядом. Ученые отдавали предпочтение первой модели , но не было оснований решительно отвергать и другие.

Поэтому самой важной задачей в проекте ’’Вега’’ было исследование физических характеристик ядра кометы. Кометные ядра наблюдались ранее с Земли, но только как звездообразные объекты (далеко за орбитой Юпитера, когда активность отсутствует), да и таких наблюдений очень мало. 

В проекте ’’Вега’’ впервые ядро кометы исследовалось как пространственно разрешенный объект, определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристик поверхностного слоя.

Мы не имели и долго еще не будем иметь технической возможности совершить посадку аппарата на ядро кометы. Слишком велики скорости встречи - в случае кометы Галлея это 78 км/с. Опасно и пролетать на слишком близком расстоянии, так как кометная (пыль) очень опасна для космического аппарата. Расстояние пролета чуть меньше 10000 км) было выбрано с учетом существовавших ранее представлений о количественных характеристиках кометной пыли. Использовалось два подхода: во первых, дистанционные измерения при помощи оптических приборов и, во вторых, прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию, по которой движется аппарат.

Оптические приборы были размещены на специальной платформе, которая поворачивалась во время полета и автоматически отслеживала направление на ядро. Эта платформа была разработана совместно с чехословацкими и советскими специалистами и изготовлена в ЧССР. Три научных эксперимента выполнялись при помощи приборов, установленных на платформе. Один из них - это телевизионная съемка ядра. 

Другой прибор - это инфракрасный спектрометр ИКС, при помощи которого одновременно проводилось два разных эксперимента - измерялись поток инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектр инфракрасного излучения внутренних ’’околоядерных’’ частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения и ее состава. 

Итоги исследований ядра кометы Галлея, проведенных при помощи оптических приборов, можно сформулировать следующим образом . это монолитное тело, вытянутое, форма не правильная, размеры 14 км большой оси, около 7 км в поперечнике. Каждые сутки его покидает несколько миллионов тонн водяного пара. Вычисления показывают, что такая ’’производительность’’ требует, чтобы испарение шло по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать поверхность ледяного тела. Но вместе с тем приборы,’’Веги’’ установили, что она черная (отражательная способность менее 5% ) и горячая (примерно 100 тыс. град. Цельсия ). 

Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета. Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов - атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу ‘‘родительских’’, то есть входящих непосредственно в состав ядра. По-видимому, среди них главные - вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических. 

Вещество ядра скорее всего представляет собой так называемый ‘‘клатрат’’, то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого ‘‘ вкраплены’’ другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав твердых частиц , которые входили в состав ядра, оказался очень сложным и не однородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. Наконец, есть пылинки, в которых присутствует значительное количество углерода. Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы. 

В результате экспедиции ‘‘Вега’’ ученые впервые увидели кометное ядро , получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках . Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он несколько напоминает спутники Марса - Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана . Гипотеза, предполагает, что кометные ядра образовались сравнительно от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет. Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. 

Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около 1км/сек., в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением.

В результате возникает гигантское плазменное образование размером около 1 миллионов км. Перед кометой в сверх звуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на ударные волны перед Землей и другими планетами. Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы могут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.