Пейзажи ядра
7 февраля 1999 года с мыса Канаверал к комете Вильда-2 стартовал космический аппарат «Стардаст» (Stardust — «Звездная пыль»). Его основной целью был сбор кометной пыли с последующей доставкой образцов на Землю. На некоторых участках траектории собирались также образцы межпланетной и межзвездной пыли. План доставки образцов был беспрецедентным: еще никогда в истории космонавтики ни один аппарат не возвращался на Землю с такого расстояния.
Аэрогелевая ловушка аппарата «Стардаст» готовилась к запуску в условиях исключительной чистоты, чтобы земные материалы не повлияли на итоги эксперимента
В назначенный день, 2 января 2004 года, преодолев с момента старта 3,2 миллиарда километров, космический аппарат «Стардаст» вошел в газопылевое облако — кому, окружающую ядро кометы Вильда-2. До максимального сближения оставалось еще 5 часов полета, когда на аппарат обрушился настоящий шквал кометных частиц. Они летели навстречу с весьма внушительной скоростью — 6 км/с и по крайней мере в десяти местах пробили верхний слой противометеоритной защиты, так называемых щитов Уиппла. Специалисты ожидали, что концентрация частиц будет равномерно возрастать с приближением к ядру, но данные монитора пыли свидетельствуют, что в течение получаса во время наибольшего сближения «Стардаст» в течение получаса четырежды проходил сквозь настоящие рои частиц, между которыми концентрация пыли была очень низкой. Заранее создатели станции могли теоретически оценить средний поток частиц, но никак нельзя было гарантировать, что не предусмотренный моделью тяжелый камень не врежется в станцию и не нарушит ее работу. Поэтому легко понять ликование операторов и ученых в центре управления, когда ведущий «кометолог» Дон Йоманс объявил: «Хорошие новости! Мы прошли наибольшее сближение без каких-либо повреждений».
Пока 16 двигателей «Стардаста» компенсировали «порывы метеорного урагана», стараясь сохранить ориентацию аппарата в пространстве, в заполненном аэрогелем коллекторе осело более тысячи частиц. Затем ловушка была герметично закрыта и спрятана в возвращаемую капсулу. В следующий раз ее открыли только в «чистой комнате» Космического центра имени Джонсона. До Земли оставалось более миллиарда километров и почти 2 года полета.
В момент максимального сближения «Стардаст» прошел в 236 километрах от ядра. Пролет с солнечной стороны гарантировал хорошие условия съемки. С помощью навигационной камеры было сделано 72 фотографии ядра в период от –30 до +5 минут от момента наибольшего сближения. Как и предполагали специалисты, ядро было округлым, около 5 километров в диаметре, но вот его рельеф оказался весьма разнообразным. На поверхности обнаружены громадной величины булыжники, 100-метровые скалы, глубокие «дыры» и напоминающие кратеры круговые структуры размером до километра. Такой сложный рельеф говорит о довольно прочной структуре поверхностного слоя (коры) ядра кометы. Вероятно, он состоит из мелкозернистой скальной породы, скрепленной замерзшими водой, моноокисью углерода и метанолом. Здесь вполне мог бы сесть спускаемый аппарат, а космонавт при прогулке по комете (что, впрочем, кажется почти невероятным — ведь обычный человек будет там «весить» примерно 3 грамма) мог бы не волноваться за прочность поверхности под своими ногами. Ведь даже если он попадет в кратер с торчащими из него ледяными «сосульками» гигантских размеров, то выбраться оттуда ему не составит особого труда. Достаточно слегка оттолкнуться ногами, чтобы улететь в космос, поскольку сила тяжести на поверхности кометы составляет всего 0,00003g, что меньше сотой доли процента от земной.
На некоторых снимках, сделанных «Стардастом», заметны струи газа, исходящие из активных участков поверхности, вероятно, трещин в коре кометы. Это испаряется лед, и потоки газа устремляются в космос, образуя хвост кометы. Впервые в истории запечатлены не только сами потоки частиц пыли и газа, но и места их выхода. Надо заметить, что если наблюдать эти потоки, находясь на поверхности, они окажутся почти прозрачными и будут выдавать себя лишь потоками пыли, увлекаемыми струями газа. Пылинки будут мерцать в солнечном свете наподобие трассирующих пуль, выпущенных с поверхности в небо.
23 пылинки
15 января 2006 года капсула «Стардаста» с бесценными образцами совершила мягкую посадку на полигоне в штате Юта. Это была первая полностью успешная доставка внеземного вещества космическим аппаратом после того, как в 1969—1976 годах американские корабли «Аполлон» и советские станции «Луна» привезли на Землю лунный грунт. Однако, прежде чем приступить к изучению кометной пыли, ее еще предстояло найти в аэрогелевой ловушке. Два десятка относительно крупных частиц оставили следы, видимые невооруженным глазом, но большинство можно заметить только в микроскоп, да и то, если сфокусироваться на нужную глубину. Поиски пылинок грозили растянуться на долгие годы, и в NASA решили призвать на помощь добровольцев. Весь объем ловушек был послойно отсканирован с высоким разрешением, а потом волонтеры, скачивая кадры по Интернету, обследовали их в поисках самих частиц или их следов. Размеры пылинок варьировались от десятков нанометров до десятых долей миллиметра. В среднем они оказались крупнее частиц кометы Галлея, но мельче, чем у кометы Григга—Шьеллерупа.
Спустя полтора года после посадки капсулы общественности были представлены первые весьма неожиданные результаты исследования кометного вещества. Всестороннему анализу подверглись 23 частицы, извлеченные из аэрогеля, и семь микрометеоритных следов в алюминиевой фольге научного контейнера. Главный вывод: традиционное представление о кометах, как об огромных «грязных снежках», теперь требует уточнения, они имеют намного более сложный состав. По элементному составу вещество кометы Вильда-2 сходно с рыхлыми углистыми хондритами — метеоритами, которые, как считается, представляют состав Солнечной системы в целом. Однако настоящие неожиданности принес минералогический анализ. Конечно, большая часть вещества — явно холодный материал с окраин Солнечной системы, но около 10% сформировалось в условиях высоких температур. «Если честно, мы не ожидали найти вещество из внутренней части Солнечной системы, — сообщил Дональд Браунли (Donald Brownlee), научный руководитель проекта Stardust из Университета Вашингтона. — И тем не менее оно было обнаружено уже во второй исследованной частице». В ней было выявлено редкое кальциево-алюминиевое включение, из тех, что лишь изредка попадаются в метеоритах. Позднее ученые нашли микрокристаллы оливина, состоящие из железа, марганца и других элементов. И то, и другое могло сформироваться в центральных областях протосолнечной туманности на начальной стадии ее остывания. Исходным материалом, вероятно, послужила межзвездная пыль, но ее частицы обычно имеют стекловидный характер и для образования кристаллов должны быть прогреты до значительной температуры. Еще более впечатляет наличие кристаллов осборнита, состоящего из сернистого кальция и сернистого титана. Для их образования требуется температура 1700° С, которая могла достигаться только в непосредственной близости от Солнца. Но откуда взялись эти 10% вещества с «горячей» предысторией, если до встречи с Юпитером в 1974 году комета вообще не заходила во внутреннюю область Солнечной системы и, казалось бы, не могла позаимствовать оттуда вещество? Просто детективная история! Как полагает Майкл Золенски (Michael Zolensky) из Космического центра имени Джонсона, нахождение оливина и сходных с ним по происхождению минералов может быть подтверждением гипотезы о сильных газовых выбросах, исходивших из внутренней околосолнечной области и выносивших сформированный там материал на окраины Солнечной системы.
Итак, совершенно неожиданный вывод из полета «Стардаста» состоит в том, что кометы могут содержать вещество, сформировавшееся при самых разных температурах и на всем пространстве от внутренней части Солнечной системы до дальних границ пояса Койпера и облака Оорта, где, как считается, и образуются кометы. Исходный материал кометы образовался частично до, а частично после формирования Солнечной системы. Безусловно, такое смешивание затрудняет исследование эволюции комет, но оно может помочь понять историю образования планет Солнечной системы.