Исследование комет привлекательно тем, что их ядра, благодаря своим малым массам, хранят в неизменном виде первичное вещество протопланетного облака. 4,5 миллиардов лет назад из него образовались планеты и другие тела Солнечной системы. За время, истекшее с тех пор, реликтовое вещество в планетах и их больших спутниках не раз подвергалось изменению: многократному сдавливанию, переправлению, ударным воздействиям в результате столкновений и метеоритных бомбардировок. Поэтому столь актуально исследование кометных ядер. Ведь раскрытие тайны реликтового вещества даст нам ключ к пониманию истории формирования Солнечной системы.
В 1986 году было осуществлено несколько космических миссий к ядру кометы Галлея (1Р). С помощью космических аппаратов Вега — 1, Вега — 2 (СССР), Giotto (Европейское космическое агентство, ЕКА), Suisei, Sagikake (Японское космическое агентство) и ICE (NASA) получены уникальные данные о геометрии и физических свойствах ядра, о химическом составе кометных пылинок, о параметрах магнитного поля, о взаимодействии солнечного ветра с плазменным хвостом кометы Галлея. Тем не менее, эти космические миссии поставили ряд новых острых вопросов относительно кометных ядер и физических механизмов, которые отвечают за процессы газо -, пылевыделения, образования плазменных структур в голове и кометном хвосте.
Поэтому уже в 1988 г. был предложен новый уникальный проект Розетта (Rosetta). Задачей этого проекта стало не только сближение космического аппарата с ядром одной из короткопериодических комет семейства Юпитера и перевод его на орбиту спутника кометного ядра, но и посадка спускаемого модуля с научной аппаратурой на ядро с целью исследования его химического состава и физических свойств.
Проект Розетта разрабатывался ЕКА более 15 лет. Основной задачей миссии является изучение проблемы происхождения комет, связи между кометным и межзвездным веществом. В рамках миссии планируется проведение исследований глобальных характеристик кометного ядра, определение его динамических свойств, а также детальное изучение кометной атмосферы. На период длительного путешествия космического аппарата по Солнечной системе запланированы исследования глобальных характеристик астероидов, включая определение их динамических параметров, поверхностной морфологии и состава.
Первоначально, главным объектом миссии Розетта была выбрана короткопериодическая комета Виртанена, диаметр ядра которой составляет около 1 км. Именно для исследования такого небольшого ядра и проектировалась вся научная аппаратура Розетты и ее спускаемого модуля, которому присвоено название Филы (Philae). Однако, после аварии нового, более мощного ракетоносителя (РН) Ариан на космодроме Куру в декабре 2002 г., его ближайшие старты были отменены. Под угрозой срыва оказался проект Розетта стоимостью около одного миллиарда евро. Запуск космического аппарата с использованием ракетоносителя Ариан — 5 не представлялся возможным. Начались предварительные переговоры с Российским космическим агенством (РКА) о предоставлении РН Протон для запуска Розетты к комете Виртанена в 2004г. Одновременно начался поиск других целей из числа короткопериодических комет для осуществления миссии. Ожесточенные дискуссии продолжались до мая 2003 г. На совещании ЕКА 11-13 мая 2003 г. было принято окончательное решение направить космический аппарат к комете семейства Юпитера 67Р/Чурюмова — Герасименко с использованием РН
Ариан — 5 в феврале 2004 г.
Почему Розетта?
(К истории названия миссии)
Миссия названа в честь одной уникальной находки, сделанной в Египте 15 июня 1799 г. Вблизи древнего города Розетта в дельте реки Нил капитаном армии Наполеона Пьером Бушаром была найдена базальтовая плита, вошедшая в историю под названием «розеттский камень». На нем сохранились записи одного и того же текста сделанные на трех языках: древнеегипетском (иероглифами), коптском (египетским демотическим шрифтом) и древнегреческом. Эти три текста датировались 196 г. до н.э. и приставляли собой благодарственную надпись египетских жрецов царю Птолемею V Эпифану, правившему Египтом в 204-180 гг. до н.э. Коптский и древнегреческий языки были хорошо известны и это дало возможность Томасу Янгу и Жану Франсуа Шампольйону в 1822 г. расшифровать древнеегипетские иероглифы и открыть всему миру интереснейшую историю древнего Египта. Символизм названия миссии заключается в том, что исследования, выполненные с использованием данного космического аппарата и посадочного модуля, позволят наконец понять древнюю историю развития Солнечной системы, пролить свет на процессы формирования планет из протопланетного вещества, и, возможно, образования жизни на Земле. Один из приборов на борту Розетты так и называется — Птолемей. Он предназначен для выполнения анализов газов, выделяющихся из кометного ядра.
История открытия кометы
В 1969 г. автор вместе с С. И. Герасименко в составе Третьей кометной экспедиции КГУ оправились в Казахстан в Алмаатинскую обсерваторию астрофизического института им. академика В. Г. Фесенкова. С помощью 0,5 — метрового менискового максутовского рефлектора мы организовали патрулирование нескольких короткопериодических комет семейства Юпитера, отсняли и исследовали много фотопластинок.
На пяти снимках мы обнаружили диффузный объект, который сначала приняли за периодическую комету Кома — Сола. Позже, после возвращения из экспедиции в Киев, мы выяснили, что положение этого объекта отличается на 2° от теоретического положения кометы Кома — Сола. Еще на четырех снимках, почти на самом краю фотопластинок, мы обнаружили этот же объект и смогли точно вычислить его орбиту. Она оказалась эллиптической и принадлежала ранее неизвестной короткопериодической комете с периодом 6,5 лет. С момента открытия эта комета сближалась с Землей уже 6 раз.
Мы исследовали историю кометы и оказалось, что за 10 лет до открытия, в 1959 г., она прошла от Юпитера на расстоянии всего 0,05 астрономической единицы (а.е.) или 7,5 миллионов км. Это событие существенно трансформировало все элементы ее орбиты и, главным образом, перигелийное расстояние, которое раньше превышало 2,5 а.е., а после сближения уменьшилось до 1,3 а.е. Именно после такого существенного изменения орбитальных элементов комета стала доступной для фотографических наземных наблюдений.
Элементы орбиты кометы 67Р в ее шестом появлении в 2002 г.
- наклонение орбиты —7,12°;
- расстояние от Солнца в перигелии —1,3 а.е.;
- расстояние от Солнца в афелии —5,7 а.е.;
- период обращения —6,57 года;
- дата прохождения перигелия —18 августа 2002 г.
Последние приготовления
Миссии Розетта было посвящено несколько больших международных конференций —в Голландии, Австралии, Венгрии, Италии и других странах. Так, например, по проблемам миссии 12-15 октября 2003 г. была проведена очень представительная научная конференции в Италии, на острове Капри. Там был рассмотрен точный график полета КА, обсужден комплект приборов, которые будут задействованы в экспериментах, проанализированы результаты наземных наблюдений и исследований кометы в 2003 г.
Один из важнейших приборов —»Алиса» (ALICE) — установленный на орбитальном модуле, был продемонстрирован на каприйской конференции профессором Аланом Штерном — руководителем миссии Новые горизонты к Плутону и в пояс Койпера. Прибор массой 2,35 кг предназначен для получения ультрафиолетовых спектров кометной атмосферы (в далеком ультрафиолете 700-2050 A) вблизи поверхности ядра и определения в ней содержания атомов углерода, водорода, кислорода, азота и серы, а также благородных газов — гелия, неона, аргона, криптона и др.
В последнее время проводится много наблюдений кометы с использованием мощнейших телескопов мира —космического телескопа им. Хаббла и наземного восьмиметрового телескопа Европейской южной обсерватории VLT (Very Large Telescope), расположенного в пустыне Атакама (Чили). Так были определены размеры и форма ядра кометы, период ее обращения вокруг собственной оси (12 часов).
Самое последнее наблюдение кометы на телескопе VLT было сделано 26 февраля 2004 г. Комета находилась в это время на расстоянии почти в 600 млн. км от Солнца и не имела ни комы, ни хвоста. Именно на такое голое безатмосферное ядро кометы 67Р и будет совершена посадка модуля Филы в 2014 г.
Успешный старт
Запуск РН Ариан — 5 был намечен на 26 февраля 2004 г. Однако из-за сильного ветра в высоких слоях атмосферы, облачности и дождя старт был перенесен на утро 27 февраля. Но и вторая попытка сорвалась —из-за неисправности теплоизоляции одного из двигателей РН. Возможность для запуска КА Розетта сохранялась до 21 марта 2004 г. И наконец, после устранения неисправности, 2 марта 2004 г., в 7ч 17м 44с по всемирному времени (9ч 17м 44с по киевскому времени), РН Ариан — 5 успешно стартовала с площадки ELA3 космодрома Куру во Французской Гвиане. Через 2 часа 15 минут после старта произошло успешное отделение КА от второй ступени РН, раскрылись панели солнечных батарей и Розетта вышла на заданную траекторию полета.
Программа полета
Сначала, по сценарию полета, Розетта в своем движении вокруг Солнца должна совершить гравитационные маневры, пролетев три раза около Земли и один раз около Марса. Розетта совершит первый виток по околосолнечной орбите и в марте 2005 г. вернется к Земле. Получив от нее гравитационный импульс, КА направится к Марсу. Далее, двигаясь по слегка вытянутой околосолнечной орбите, в марте 2007 г. Розетта пролетит на высоте около 200 км над поверхностью Марса. КА получит второй ускоряющий гравитационный импульс, который еще больше растянет его околосолнечный орбитальный эллипс. При пролете вблизи Марса приборы Розетты проведут картографирование поверхности Марса и другие исследования. В ноябре 2007 г. Розетта снова пролетит вблизи Земли, получит третий гравитационный импульс и продолжит свой полет вокруг Солнца по еще более вытянутой эллиптической орбите. 5 сентября 2008 г., находясь в поясе астероидов, Розетта приблизится на несколько тысяч километров к астероиду 2867 Steins и передаст на Землю его изображения и другие научные данные о нем.
Астероид 2867 был открыт 4 ноября 1969 г. сотрудником Крымской обсерватории Н. С. Черныхом и назван в честь известного латышского астронома — специалиста по космогонии комет. Этот двойной астероид, диаметром около 10 км, движется по эллиптической орбите с большой полуосью а=2,36 а.е., эксцентриситетом е=0,146 и наклонением i=9,9°.
Возвращаясь из пояса астероидов к Солнцу, Розетта в ноябре 2009 г. пролетит вблизи Земли и, совершив четвертый гравитационный маневр, перейдет на окончательную орбиту полета к комете Чурюмова — Герасименко. Обогнув в четвертый раз Солнце, Розетта 10 июля 2010 г. пролетит вблизи крупного астероида 21 Lutetia диаметром 99 км и сфотографирует его. Этот астероид открыл 15 ноября 1852 г. Г.Гольдшмидт. Он движется по эллиптической орбите с большой полуосью а=2,43 а.е., эксцентриситетом е=0,163 и наклонением i=3,1°. Такой крупный астероид будет исследоваться с помощью КА впервые.
После пролета Лютеции все приборы
Розетты будут переведены в «спящий» режим почти на 4 года до подлета к комете Чурюмова — Герасименко. В мае 2014 г. Розетта снизит свою скорость относительно ядра кометы до 2 м/сек, приблизится к нему на расстояние 25 км и перейдет на орбиту искусственного спутника ядра кометы. Все приборы Розетты будут приведены в полную готовность для начала систематических исследований ядра и около — ядерной области кометы. Будет проведено полное и детальное картографирование поверхности ядра. Подробный анализ изображений даст возможность выбрать пять площадок на его поверхности пригодных для безопасной посадки спускаемого модуля Филы. В ноябре 2014 г. будет проведен самый сложный и главный этап всей миссии Розетта —отделение и посадка модуля на одну из пяти выбранных площадок. При этом будет включен двигатель на Филах, который погасит скорость зонда до величины менее 1 м/сек. Модуль совершит касание поверхности своими опорами, после чего его положение будет зафиксировано с помощью гарпуна. Филы — это уникальный научный контейнер массой около 21 кг. На нем установлено девять приборов для комплексного исследования ядра кометы. Эти исследования включают:
• изучение химического состава кометного вещества,
• идентификация сложных органических молекул,
• акустические исследования поверхностного слоя ядра,
• измерения диэлектрических свойств среды, окружающей ядро,
• мониторинг столкновений с пылевыми частицами,
• исследование электрических характеристик ядра и его внутренней структуры,
• исследование магнитного поля ядра кометы и его взаимодействие с солнечным ветром,
• проведение съемки поверхности, окружающей посадочный модуль,
• бурение поверхности и выполнение исследований грунта, который будет помещен в специальный контейнер.
С использованием одиннадцати приборов, размещенных на Розетте (орбитальном модуле), планируется выполнение следующих исследований:
• получение детальных изображений поверхности:
• выполнение спектральных исследований ядра и окружающего пространства,
• определение химического состава кометного вещества,
• исследование крупномасштабной структуры ядра совместно с аналогичным прибором, установленном на Филах,
• исследования потока пыли и распределение пылевых частичек по массам,
• исследования кометной плазмы и ее взаимодействия с солнечным ветром,
• исследования кометы с помощью радиоволн.
Для питания приборов космической орбитальной лаборатории будет использоваться солнечная батарея, площадью 32 м2. С помощью двухметровой антенны, установленной на Розетте, данные будут передаваться на Землю.
Эта грандиозная миссия по количеству израсходованных средств — больше одного миллиарда евро — является одной из наиболее дорогостоящей на сегодняшний день.
