Будущее миссии Rosetta и исследования комет

Где-то далеко, в ледяной тьме космоса, в 320 миллионах миль от Земли, спит космический аппарат Philae, имеющий всемирно-историческое значение. У него разрядились аккумуляторы, и подзарядка пока невозможна, потому что не хватает солнечного света. Между тем, хотя этот зонд выполнил свою основную задачу, собрав ценные образцы на поверхности кометы 67Р/Чурюмова-Герасименко, миссия Rosetta еще далека от завершения. Для многих ученых самое интересное только начинается.

Спуск аппарата Philae, который состоялся две недели назад, прошел не слишком гладко. Этот зонд размером со стиральную машину опустился точно в намеченном месте, однако его гарпуны, разработанные для того, чтобы удерживать его на поверхности кометы, сработали некорректно. Не сумев зацепиться за поверхность кометы, аппарат отскочил от нее примерно на километр и летал в космосе еще около двух часов, прежде чем снова вернуться к поверхности. Совершив еще один отскок, Philae опустился где-то в тени скалы, примерно в километре от того места, куда он должен был сесть.

Теперь инженеры миссии тщательно исследуют поверхность кометы, пытаясь найти следы зонда. Они используют камеру OSIRIS, установленную на борту космического аппарата Rosetta, который вращается на орбите кометы, чтобы обнаружить пучки света, отражающиеся от поверхности зонда Philae, как объясняет планетолог Себастиен Бессе (Sebastien Besse), один из членов команды OSIRIS. Чтобы вычислить местоположение зонда, они также используют данные, поступающие с приборов CONSERT, установленных на космическом аппарате Rosetta и зонде Philae, которые позволяют этим аппаратам обмениваться радиосигналами.

Как только инженеры найдут Philae, они смогут ответить на вопросы о том, удастся ли зонду получить достаточное количество солнечного света для подзарядки аккумуляторов, проснуться и продолжить сбор данных. «Шансы довольно неплохие», — считает Майк Э’Херн (Mike A’Hearn), планетолог из университета Мэриленда и член научной группы миссии Rosetta. К настоящему моменту команде удалось сузить территорию поиска до участка в 30 метров в ширину и 350 метров в длину, недалеко от впадины на южной стороне кометы, где теперь зима.

Но скоро наступил лето. В течение следующих нескольких месяцев смена сезонов принесет с собой увеличение количества солнечного света, попадающего на поверхность аппарата Philae. Кроме того, сама комета движется по направлению к солнцу, поэтому ученые надеются, что приход лета и постепенное приближение к солнцу дадут зонду достаточное количество тепла и энергии, чтобы он смог проснуться. По словам Бессе, сотрудники центра управления полетами сделали все возможное, чтобы дать зонду Philae еще один шанс. Прежде чем зонд уснул, они успели развернуть его на 35 градусов, чтобы его солнечные панели были направлены непосредственно на солнце.

Пока остается только ждать. «Я уверен, что Philae возобновит контакт с нами, и мы снова сможем управлять приборами», — отметил глава группы управления зондом Стефан Уламек (Stephan Ulamec) в своем заявлении от 17 ноября.

Разумеется, неопределенность сохраняется, и зонду Philae понадобится немалая доля удачи, как говорит Бессе. Тем не менее, ученые настроены оптимистически. «В этой области необходимо сохранять оптимизм», — добавляет он.

Предварительные результаты

Несмотря на то, что зонду Philae пришлось приземляться трижды и что сейчас ученые не могут определить его местоположение на поверхности кометы, он выполнил ту задачу, которую должен был выполнить. Он выполнил запрограммированную последовательность команд и начал собирать образцы при помощи специальных приборов, откалывая кусочки, высверливая отверстия и даже прислушиваясь к звукам кометы. Когда до полной разрядки аккумулятора оставалось всего 60 часов, а способность зонда подзарядить их оказалась под сомнением, Philae отправил все собранные данные на Землю.

Ученые до сих пор занимаются анализом того огромного количества данных, которые им передал зонд, однако они уже получили некоторые предварительные результаты. Philae обнаружил органические молекулы, необходимые для жизни. Одна из причин, по которой ученые так заинтересованы в изучении комет, заключается в том, что эти ледяные космические тела могли принести с собой органические соединения и сложные молекулы, необходимые для зарождения жизни, когда они врезались в поверхность Земли на ранних этапах ее существования.

В прошлом миссии, изучавшие кометы, а также наземные телескопы находили на поверхностях комет десятки разных молекул, в том числе органических соединений. К примеру, летом этого года в Чили телескоп «Атакамская Большая Миллиметровая/субмиллиметровая Решётка» (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) обнаружил органические молекулы в атмосфере комет ISON и Lemmon. Но какие молекулы нашел зонд Philae? Ответ на этот вопрос пока неясен.

Один из приборов, которыми оснащен зонд, позволил Philae выдолбить отверстие в поверхности кометы и обнаружить, что грунт под зондом удивительно твердый и, вероятнее всего, состоит изо льда. Philae удалось также зафиксировать вибрации, возникшие в тот момент, когда зонд ударился о поверхность кометы в ходе первого приземления — это стало первой в истории аудиозаписью посадки космического аппарата на поверхность кометы. Анализ этой аудиозаписи позволил ученым сделать вывод о том, что поверхность кометы представляет собой твердый, заледеневший грунт, покрытый рыхлым слоем пыли.

Зонд должен был также пробурить отверстия в поверхности кометы и поместить взятые образцы в специальные термокамеры для последующего анализа их химического состава. И его устройство для бурения, и термокамеры работали без сбоев, однако пока остается неясным, удалось ли зонду пробурить хотя бы одно отверстие. Эксперты миссии до сих пор изучают данные, чтобы выяснить, какие результаты дал анализ образцов в термокамерах — если эти результаты вообще есть. Тем не менее, исходные показатели выглядят не слишком многообещающими. Как говорится в твите, опубликованном 17 ноября Эриком Хэндом (Eric Hand) из журнала Science, Фред Гесманн (Fred Goesmann) из Института изучения Солнечной системы имени Макса Планка заявил, что буровое устройство не поместило образцы в термокамеры зонда. «Там ничего нет», — подчеркнул Гесманн.

На самом деле неидеальная посадка зонда негативно сказалась на научной стороне миссии. К примеру, акселерометры и термометры, расположенные на гарпунах, так и не активировались, поэтому они не могут собирать данные. «К несчастью, зонд не смог полностью выполнить ту задачу, которую он должен был выполнить», — сказала Анита Кочрэн (Anita Cochran), планетолог из Техасского университета, которая не принимает участия в миссии Rosetta. Тем не менее, по ее словам, зонд Philae передал огромное количество важной информации. «Что бы они ни получили, это все равно больше, чем у нас было раньше», — добавила она.

Наблюдая за меняющейся кометой

В течение нескольких дней до и после спуска Philae космический аппарат Rosetta собирал научные данные, находясь на некотором расстоянии от кометы. По словам Бессе, значительная часть этих результатов была передана в научные журналы и, вероятнее всего, будет опубликована в течение следующих нескольких недель. Однако главная задача космического аппарата Rosetta заключалась в том, чтобы обеспечивать поддержку зонда Philae, отыскивая подходящие участки для спуска и наблюдая за его посадкой на поверхность кометы. Теперь Rosetta будет заниматься настоящей научной деятельностью.

Чтобы отрегулировать свою орбиту, этот космический аппарат включит свои двигатели и поднимется на 30 километров над поверхностью кометы. 3 декабря он начнет сближаться с кометой, пока не окажется на расстоянии в 19 километров от ее поверхности. Rosetta останется на ее орбите и будет наблюдать за тем, как комета оживает, приближаясь к солнцу — ближе всего к нему она окажется в середине августа. Ледники на поверхности кометы начнут нагреваться и превращаться в газ, который будет уходить в космос. Кусок льда и пыли, своей формой напоминающий резиновую утку, окажется окутанным туманом из пыли и газа, который называется комой. Солнечный свет оттолкнет пыль и газы, сформировав, таким образом, хвост кометы.

И Rosetta будет внимательно следить за происходящим.

Прежде космические аппараты уже побывали на семи различных кометах, но практические все миссии представляли собой быстрые облеты этих небесных тел. В 2005 году миссия Deep Impact выпустила летательный аппарат для ударной посадки на комету Tempel 1, в ходе которой поднялось облако осколков, которые затем были подвергнуты анализу. Космический аппарат Stardust, который в 1999 году отправился на комету Wild 2 и взял образцы ее хвоста, чтобы вернуться с ними на Землю, в 2011 году пролетел мимо Tempel 1, чтобы сделать снимки кратера, оставленного после ударной посадки Deep Impact.

Все эти миссии изучали комету в какой-то одной временной точке, давая лишь статическое представление о ней. Но кометы — это динамические объекты, их характеристики определяются изменениями. Они появляются на небе внезапно, становясь все ярче, а их хвост — все длиннее. А потом они уменьшаются и исчезают так же внезапно, как и появляются. Теперь, впервые в истории, Rosetta сможет наблюдать за тем, что происходит на комете, с очень близкого расстояния.

К примеру, Rosetta сможет увидеть, как именно пыль и газ поднимаются с поверхности кометы и как меняется картина в зависимости от участка кометы, как говорит Э’Херн. В ходе этих наблюдений ученые могут обнаружить такие процессы, которые имеют отношение к эволюции кометы, начиная с ее первоначальных признаков, которыми комета обладала с момента своего возникновения. По словам Э’Херна, определение этих признаков необходимо для понимания истории солнечной системы, того, как кометы возникают, а также для ответа на вопрос, не могли ли кометы стать источником тех химических соединений, которые сыграли ключевую роль в зарождении жизни на Земле.

Rosetta также изучит недра кометы, отметив на карте различные слои льда и пыли и измерив разницу в плотности. По словам Кочрэн, еще один вопрос заключается в том, как со временем изменится форма кометы 67Р. Исчезнет ли перемычка между двумя округлыми частями? Разломится ли комета на две части в конечном итоге? И не образовалась ли эта комета в результате соединения двух глыб?

Миссия Rosetta продлится до декабря 2015 года и будет следить за кометой 67Р, когда та начнет отдаляться от солнца. Ученые надеются, что этот космический аппарат сможет работать и в 2016 году. Однако, по словам Бессе, это будет зависеть от непредсказуемого характера кометы. Частички пыли, поднимающиеся над поверхностью кометы, могут повредить космический аппарат. Комета может выбросить струю газа, который собьет Rosetta с курса. Или же он просто со временем придет в негодность. В конце концов, ему уже 10 лет. За это время большинство из нас уже успело сменить по несколько телефонов и компьютеров. Но, по словам Бессе, Rosetta находится в отличном состоянии.

Будущие миссии

Итак, мы совершили посадку на комету. Сейчас мы впервые в истории вращаемся на ее орбите. Что дальше? Ученые уже планируют новые миссии на кометы, в которых будут задействован еще как минимум один зонд. Одна из задумок заключается в том, чтобы космический аппарат перепрыгивал с одного места на другое на поверхности кометы — на этот раз, целенаправленно — и исследовал особенности разных участков. Один такой проект, получивший название Comet Hopper, в 2012 году попал в финал отбора, проводимого в НАСА, однако уступил миссии зонда InSight, который будет готов к запуску в 2016 году. 

Такие миссии, как Comet Hopper и Deep Impact, были миссиями в рамках программы Discovery, которая рассчитана на разработку более эффективных и дешевых проектов. По словам Э’Херна, возглавившего миссию Deep Impact и принимавшего участие в разработке проекта Comet Hopper, сейчас на место следующей миссии Discovery претендуют три разных проекта, рассчитанные на отправку космических аппаратов к кометам.

Однако по-настоящему планетологи мечтают о том, чтобы отправить на комету пробную миссию с возвращением: они хотят отправить туда космический аппарат, который смог бы взять кусочек кометы и доставить его на Землю. На Земле можно провести гораздо более сложные эксперименты и анализ, чем на борту космического аппарата, как говорит Кочрэн. Однако такая миссия будет чрезвычайно сложной и дорогостоящей. По словам Бессе, для этого ученым придется создать криогенную капсулу, чтобы сохранить образцы, взятые на комете, в холоде. А кометы действительно очень холодные. В августе, согласно измерениям, сделанным Rosetta, средняя температура на поверхности кометы 67Р составила –94 градуса по Фаренгейту.

Из-за своей сложности и затратности, такая миссия с возвращением войдет в список более дорогостоящих миссий НАСА в рамках программы New Frontiers. Одна из этих миссий под названием New Horizons начнет исследовать Плутон и его луны уже в 2015 году. Другая, Juno, прибудет на Юпитер в 2016 году. «Я предполагаю, что мы увидим по крайней мере два предложения отправить миссию с возвращением на поверхность кометы уже в следующем раунде программы New Frontiers», — сказал Э’Херн. По его словам, такие миссии необходимы. Rosetta ответит на множество вопросов о кометах, но при этом она поставит перед нами еще больше новых задач.

До тех пор Rosetta будет оставаться в центре внимания всех планетологов мира. И шоу начнется уже очень скоро.