Глубокий удар . Для чего ученые взрывают кометы

В этом году с мыса Канаверал ракетой Delta-2 был запущен Deep Impact – беспилотный космический аппарат NASA, предназначенный для специального исследования кометы «Tempel-1». Эта комета с пятилетним периодом обращения вокруг Солнца постоянно находится между орбитами Марса и Юпитера, то приближаясь к нашему светилу, то удаляясь от него. Размер ядра кометы составляет около 6 километров. На этот претенциозный международный проект затрачено более 300 миллионов долларов, потому что ученым в наше время уже не достаточно просто наблюдать за кометами, астероидами и метеоритами. Им хочется чего-то большего, и даже само название этого космического аппарата означает «Глубокий удар». Об этом мы беседуем с известным российским астрофизиком, ведущим научным сотрудником Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) и Государственного астрономического института им. Штернберга (ГАИШ) доктором физико-математических наук Сергеем БЛИННИКОВЫМ.

– Сергей Иванович, как вы думаете, почему в то время, как у нас на Земле еще остаются многие нерешенные проблемы, NASA и различные международные организации затрачивают сотни миллионов долларов на эксперименты в таком дальнем от нас космосе. Неужели их нельзя потратить на более насущные научные и ненаучные проблемы?

– Беспилотный корабль Deep Impact отправился в дальний путь, чтобы «перехватить и подстрелить» комету «Tempel-1», а 4 июля, что очень символично, совпало с Днем независимости Соединенных Штатов Америки, этот «научный удар» по комете, открытой французским астрономом Эрнстом Темпелем в 1867 году, успешно состоялся. Передачу из космоса с борта космического зонда вели в прямом эфире несколько телевизионных агентств, так что значительная часть населения планеты могла следить за этим знаменательным событием, чтобы налогоплательщики знали, за что они платят. Еще 3 июля космический аппарат NASA с расстояния порядка 800 000 километров выпустил навстречу небесному страннику свой металлический снаряд-импактор весом более 300 килограммов. Эта массивная медная болванка имела систему наведения и двигатели, способные корректировать ее траекторию при сближении с целью. Благодаря нескольким коррекциям этот «медный таран» вышел на цель с требуемой точностью. На импакторе была установлена видеоаппаратура, передававшая на базовый космический аппарат Deep Impact изображение ядра кометы «Tempel-1» до самого момента столкновения. Комета находилась в день удара на расстоянии 134 миллионов километров от Земли. Скорость сближения импактора и кометы при столкновении составляла около 10 километров в секунду. При ударе о поверхность кометы кинетическая энергия взрыва равнялась 4,5 тонны в тротиловом эквиваленте, что, по мнению ученых, должно было привести к образованию воронки диаметром 150-200 метров и глубиной несколько десятков метров. Учитывая общую массу кометы, такой удар все-таки не мог заметно повлиять на параметры кометной орбиты, которые остались практически прежними. Размер оставшегося на поверхности ядра кометы «Tempel-1» ударного кратера будет уточняться. Дело в том, что кратер может иметь разные реальные параметры в зависимости от толщины корки ядра, ее прочности, а также от состава и сопротивления взрыву самого внутреннего вещества ядра. Базовый аппарат снимал процесс «зондирования» кометы с расстояния около 500 километров. В момент кинетического взрыва импактора, врезавшегося с космической скоростью в корку ядра кометы, произошел сильнейший разогрев, испарение и массовый выброс вещества корки и глубинного вещества, что подтверждается тем, что аппаратуре удалось зафиксировать два последовательных взрыва. В этот момент за «атакованной» землянами кометой наблюдали лучшие астрономические инструменты на Земле и в космосе, в том числе и знаменитый орбитальный телескоп Хаббл. Многие астрономы и любители астрономии наблюдали последствия взрыва, рассматривая пробитую импактором комету, вернее, ее светящуюся кому, в обычные телескопы и даже в бинокли. Однако это было возможно только для жителей Западного полушария, а Восточное было лишено этого завораживающего зрелища. Космонавты на МКС тоже не могли наблюдать кометный «фейерверк», поскольку все иллюминаторы станции обращены в настоящее время к Земле. После двух слившихся в один взрывов форма и величина комы ядра кометы изменились. Спектрометры и другие приборы базового аппарата Deep Impact записали все характеристики выброшенного вещества, а пары меди и алюминия, из которых состоял импактор, не могли повлиять на полученный спектр, поскольку обычно эти металлы в состав кометных ядер не входят. Видео- и прочие материалы, фиксировавшие процесс столкновения импактора с ядром кометы, находятся в обработке, после которой ученые, весьма вероятно, смогут сделать открытия, способные во многом дополнить и изменить современные представления о строении и развитии Солнечной системы. Так что, как видите, мировая общественность находится в курсе событий и знает, на что потрачена «астрономическая денежная сумма».

– Понятно, что такой проект, как «Глубокий удар», впечатляет многих людей, даже далеких от астрономии. Но неужели надо обязательно бомбардировать кометы искусственными космическими «таранами», чтобы лучше их изучать?

– Вообще-то изучение кометных ядер дается науке нелегко, поскольку они в поперечнике составляют от нескольких километров до одного-двух десятков километров, а отражательная способность их поверхности мала и они сами по себе просто тусклые пятнышки в бескрайнем космосе, рассмотреть и сфотографировать которые в обычные телескопы до деталей почти нереально. По сегодняшний день ученые имеют четкие снимки всего нескольких кометных ядер, таких, как комета Галлея, Борелли и «Wild-2», причем все снимки получены с космических аппаратов при близком пролете мимо этих объектов. Считается, что ядра комет представляют собой неправильной формы глыбы льда и замороженных газов, перемешанных со скальными породами, покрытые снаружи коркой пыли и тугоплавких веществ. Приближаясь к Солнцу на расстояния меньше 11 астрономических единиц (1 а. е. – это расстояние от Земли до Солнца, примерно 150 млн. км), холодные ядра комет начинают перегреваться, и сквозь разломы корки ядра выбрасываются в окружающее пространство газы, пары воды, а также твердые вещества в виде всевозможной пыли. Все эти вещества и газы под влиянием «солнечного ветра» и межпланетного магнитного поля дают то или иное свечение. Вокруг разогретого снаружи солнечными лучами ядра кометы образуется светящийся «ореол». Заглянуть под корку ядра кометы, чтобы точно узнать ее внутренний состав, обычными методами не удается. Эту корку надо чем-то пробить до порядочной глубины, желательно со взрывом, чтобы газы и частицы внутреннего «первовещества» выбросило в пространство окружающей ядро комы. Основная масса комет имеет очень вытянутые эллиптические орбиты и принадлежит к внешней области Солнечной системы – Облаку Оорта, – расположенной за орбитой Плутона и простирающейся до расстояний, которые солнечный свет, при всей своей скорости в 300000 километров в секунду, преодолевает приблизительно за год. Общее число комет, включая и те кометы, которые пребывают в Облаке Оорта, составляет, по оценкам астрономов, несколько миллиардов. Периоды обращения вокруг Солнца кометы имеют самые разнообразные – от нескольких лет до десятков и сотен лет, а плоскости их орбит находятся не только в эклиптике, но и под любыми углами к ней. Знаменитая комета Галлея, известная еще со времен Ньютона, приближается к Солнцу каждые 76 лет. Есть кометы с периодами обращения 300, 400 и более лет, а некоторые кометы проходят всего один раз и уходят от Солнца в космос по разомкнутой кривой. Под влиянием планет орбиты комет способны довольно сильно меняться. Существует гипотеза, что, пребывая в Облаке Оорта, кометы могут бесконечно долго не приближаться к Солнцу, пока какое-либо внешнее воздействие не вызовет возмущение их орбиты. Тогда кометы из отдаленных областей переходят ближе к Солнцу, а главная особенность этих хвостатых «звезд» состоит в том, что они теряют вещество с каждым проходом через околосолнечную область и со временем вырождаются вплоть до состояний обычных астероидов, уже не имеющих ни комы, ни хвоста.

– Вы упомянули о некоем «первовеществе». Значит ли это, что кометы в своих глубинах содержат нечто очень интересное для науки и практики?

– Для науки кометы представляют несомненный интерес, как неотъемлемая часть Солнечной системы, хранящая в своем глубинном составе то «первовещество», на основе которого четыре с лишним миллиарда лет назад «строилась» вокруг Солнца и вся его система планет и прочих спутников и объектов, вплоть до метеорных потоков. Глубины большинства кометных ядер постоянно находятся при сверхнизких температурах, а значит, они почти не менялись со времен формирования планет и их спутников. Возможно, там находятся также и те органические вещества, которые послужили зародышами Жизни, которая развилась на нашей собственной планете. Знать строение и состав кометных ядер полезно во многих, в том числе и в практических, отношениях.

Дело в том, что кометы, как и астероиды, это потенциально опасные для Земли объекты. Особой разницы в том, с каким объектом может столкнуться Земля, с кометой или с астероидом, нет. Если размер небесного тела превышает километр, а скорость сближения его с Землей составляет 10 и более километров в секунду, сила его кинетического удара начинает исчисляться мегатоннами и мегатоннами в тротиловом эквиваленте, а последствия могут быть гораздо серьезнее, чем при взрыве Тунгусского метеорита. Астрономы считают, что значительная часть ударных кратеров, наблюдающихся на планетах и их спутниках по всей Солнечной системе, могла образоваться не только при ударах астероидов и крупных метеоритов, но и при ударах ядер комет.

Человечество сделало свой первый, пробный выстрел по ядру кометы, продемонстрировав, что в случае реальной угрозы столкновения нашей планеты с какой-либо опасной кометой оно уже способно, если потребуется, доставить на траекторию ее движения ядерные боеголовки, чтобы ее разрушить или изменить ее орбиту. Но будущего противника, чтобы успешнее с ним бороться, надо «знать в лицо». После эксперимента, проведенного в космосе аппаратом Deep Impact, наши знания о комете «Tempel-1» станут на порядок весомей, что должно помочь ученым разобраться и с остальными бесчисленными небесными странницами, периодически украшающими наш небосвод светящимися хвостами.