Аналитика и комментарии $212 миллионов за миллиграмм пыли

15 января автоматическая межпланетная станция Stardust ("Звездная пыль") возвратилась на Землю. Конечно, возвратился не сам космический аппарат, а только его капсула SRC (Sanpla Return Capsule) с ловушками кометной, межзвездной и межпланетной пыли. Космическая одиссея, продолжавшаяся почти семь лет, успешно завершилась.

Stardust - это первая американская межпланетная станция, созданная специально для исследования кометы, и четвертая в мире (из успешных), предназначенная для автоматиче-ской доставки на Землю внеземного вещества (в 1970-76 гг. советские роботы "Луна-16, -20 и -24" взяли на Луне и доставили на Землю образцы лунного грунта). Стоимость разработки, изготовления и управления полетом Stardust составила 212 млн. долл.

Надо сказать, что еще в 1980 г. в NASA прорабатывали вариант доставки вещества кометы Галлея, но этому проекту, а десятью годами позже проекту CRAF, не суждено было осуществиться. Первым американским космическим аппаратом, встретившимся с кометой, стал ICE (International Comet Explorer). В сентябре 1985 г. он прошел на расстоянии в 7862 км от ядра кометы Джиакобини - Циннера, но никаких особо значимых результатов не принес.

Весной 1986 г. подробные исследования кометы Галлея с различных расстояний про-вели советские межпланетные станции "Вега-1" и "Вега-2", европейская Giotto и японские Sakigake ("Пионер") и Suisei ("Комета"). В 1992 г. Giotto исследовал также комету Гигга-Скьеллерупа.

Stardust был запущен для встречи с кометой Вильда-2 (Wild 2) и сбора кометной пыли в ее комете. Во время перелета к комете космический аппарат должен был собрать образцы межзвездной и межпланетной пыли. При этом образцы собирались в нескольких миллиардах километров от Земли. Достижение – несомненно, впечатляющие, особенно на фоне катаст-рофы кометного зонда Contour и неудачи последней американской миссии "Генезис" (Genesis) - посадочная капсула врезалась в Землю из-за отказа парашютной системы. Специали-сты, однако, полагают, что какое-то количество частиц внеземного вещества могло сохра-ниться в разрушенной капсуле, и сегодня их активно ищут.

Stardust в шутку называют "самым сложным пылесосом в мире", хотя собственно на-учных приборов на его борту всего три: коллектор пыли, анализатор пыли и монитор потока пыли. Правда, для научной съемки использовались навигационная камера, относящаяся к служебной аппаратуре, и штатная радиосистема - для доплеровских измерений.

"Космические" пылинки Stardust должен был собирать специальным коллектором, состоящим из более чем 100 отделений, заполненных сверхлегким аэрогелем. Каждое из от-делений оборудовано захлопывающим устройством, предотвращающим пылинки от воз-можных повреждений при доставке на Землю. Сам аэрогель достоин записи в книге рекордов Гиннеса. Его плотность всего 3 мг на 1 куб. см. Основу аэрогеля составляет диоксид кремния и воздушные пузырьки. По сути - это "жидкое стекло", но в тысячу раз менее плотное, чем стекло обычное.

Правильнее его было бы назвать "твердым дымом", поскольку на 99,8% он состоит из воздуха. При этом аэрогель обладает фантастической прочностью. Ловушки с аэ-рогелем были способны задерживать частицы, ударяющие в него со скоростью 6-7 м/с, с минимальными их разрушениями и изменениями внутренней структуры.

Идея употребить аэрогель в качестве "ловушки" частиц пришла в космонавтику из ядерной физики: там траектории частиц в прозрачных средах служат подтверждением того, что нужная частица возникала в нужный момент. Самое любопытное, что способ извлекать пылинки из аэрогеля был придуман уже, когда Stardust находился в полете.

Коллектор пыли включает две группы ловушек. При этом одна сторона коллектора экспонировалась при сборе межзвездной и межпланетной пыли, вторая - при сборе комет-ной пыли и летучих веществ в коме. Сбор образцов межзвездной пыли был начат 5 августа 2002 г., а закрыты ее ловушки 9 декабря 2002 г., как и было запланировано. По расчетам в ловушку могло попасть более 100 частиц межзвездной пыли размером от 0,1 до 1 микрона, но сегодня речь идет только о 45 частицах.

Межзвездная пыль - одна из основных форм вещества в Галактике - конечный резуль-тат развития звездных систем и одновременно строительный материал новых звезд. Тяжелые элементы, из которых состоят Земля и планеты Солнечной системы, пять миллиардов лет назад существовали в виде звездной пыли. Для астрономов первостепенный интерес пред-ставляет ее способность к поглощению и рассеиванию радиоизлучения. Cледствием непро-зрачности для радиоизлучения является эффект охлаждения пыли, который приводит к сжа-тию пылевого скопления и формированию новых поколений звезд и планетных систем. Именно так образовалась наша Солнечная система.

На свойстве рассеивать и поглощать радиоизлучения основан "дистанционный" метод излучения межзвездной пыли. Второй способ - исследование упавших на Землю метеоритов, в которых присутствуют вкрапления межзвездных частиц. Некоторое количество оплавлен-ных частиц космической пыли найдено также в океанических осадках и на большой высоте в атмосфере.

В 1993 г. наблюдениями с борта космических аппаратов за пределами орбиты Марса был обнаружен поток частиц межзвездной пыли микронного размера, приходящий со сторо-ны созвездия Стрельца. Поскольку именно туда движется наша Солнечная система, логично считать, что в действительности мы перемещаемся относительно более или менее непод-вижной межзвездной пыли.

Источниками кометной и межпланетной пыли являются кометы и астероиды. Кометы, по мнению ученых, сохранили в своем составе вещество в том виде, в котором оно нахо-дилось в начальный период формирования Солнечной системы: они, по-видимому, образо-вались на периферии первичного облака. Температура там была и остается низкой, и частицы межзвездной пыли, попав в состав кометы, должны были остаться неизменными до на-ших дней. Тем не менее, наблюдения показывают, что некоторые спектральные характери-стики кометной и межзвездной пыли различаются. Поэтому очень важно получить образцы тех и других для сравнительного исследования в земных лабораториях прямыми методами.

Большой интерес для ученых представляют и летучие вещества, входящие в состав кометного ядра, органические соединения, а также различные микрочастицы. Учитывая большие площади распространения кометной пыли, ее легкую переносимость, непредска-зуемые воздействия радиации, можно предположить, что она сыграла важную роль в моле-кулярном синтезе и возникновении жизни на Земле.

В декабре 2003 г. Stardust выполнил свою основную задачу, приблизившись на 230 км к ядру кометы Вильда-2, и успешно взял пробы ее вещества.

Съемка ядра кометы бортовой навигационной камерой была второстепенным экспе-риментом. Тем не менее изображения, которые космический аппарат стал передавать спустя всего несколько минут после пролета комы, можно назвать уникальными. Они запечатлели поразительные детали поверхности ядра кометы, которая оказалась в высшей степени слож-ной и многообразной. На ней обнаружены булыжники огромной величины, 100-метровые скалы и другие невиданные прежде формы рельефа. Наблюдаются глубокие "дыры" и кру-говые структуры размером до 1 км, похожие на кратеры. Такой сложный рельеф говорит о прочности поверхностного слоя (коры) ядра кометы. Вероятно, она состоит из смеси мелко-зернистой скальной породы, замерзшей воды, моноокиси углерода и метанола. Здесь мог бы свободно совершить посадку спускаемый аппарат пилотируемого корабля, а космонавт мог бы не волноваться за прочность поверхности под его ногами.

В область комы - газопылевого облака вокруг ядра кометы - космический аппарат вошел за 5 часов до максимального сближения и за 100000 км от ядра. На аппарат обрушился настоящий шквал кометных частиц. Они летели навстречу с весьма внушительной скоро-стью (6,1 км/с) и, по крайней мере, в 10 местах пробили верхний слой пятислойных панелей противопылевой защиты. В то же время распределение частиц оказалось неравномерным. Stardust четыре раза прошел сквозь настоящий "рой" частиц, а в промежутках концентрация пыли была очень низкой. В целом же сближение с ядром прошло без каких-либо поврежде-ний космического аппарата.

24 декабря была выставлена в рабочее положение аэрогелевая ловушка. Считается, что в аэрогеле должно было застрять не менее 1000 частиц размером 15 микрон и более, что составило бы около 1 мг пыли.

Много это или мало?

Как говорит один из научных руководителей проекта доктор Дональд Браунли (Don-ald C.Brownlee), "доставьте на Землю тонну космической пыли - все равно основная необ-ходимая нам научная информация будет находиться на микронном и субмикронном уровне, так что для анализа нужно одно зернышко…". Микроскопическое количество пыли будет изучаться не один десяток лет с применением все новых разрабатываемых методик - так же, как сейчас продолжаются исследования лунного грунта, доставленного на Землю свыше тридцать лет тому назад.

Не случаен и выбор кометы Вильда-2 для сбора кометной пыли. Большую часть своей жизни она проводила на значительном удалении от Солнца, что обеспечивало сохранность ее ядра. Однако в сентябре 1974 г. она сблизилась с Юпитером, вследствие чего ее орбита резко изменилась, а период обращения уменьшился до 6 лет. В результате эта дальняя и "свежая" комета оказалась в пределах досягаемости для земных космических аппаратов.

Основную работу с образцами планируется проводить в специализированной лабора-тории планетного материала в Центре космических полетов имени Джонсона. Вскрытие ка-меры произведут в помещении с контролируемой атмосферой, чтобы проследить за всеми испарениями из ее объема..

На анализ образцов будет брошена вся мощь современной техники. Пылинки разме-ром около микрона будут исследовать с помощью электронных микроскопов, ионных мик-розондов, атомных силовых микроскопов, синхронных микрозондов, лазерных масс-спектрометров. Анализ будет выполняться на микронном и субмикронном уровне, вплоть до масштабов атома.

Поиск же межзвездных частиц ученые планируют поручить всему интернет-сообществу. Поверхность ловушки отснимут цифровыми камерами с высоким разрешени-ем, и фотографии небольших участков ловушек разойдутся по добровольцам для детального изучения. Факт находки частицы перепроверят сто выбранных случайным образом других участников проекта. Сколько для этого придется потратить времени, пока сказать затрудни-тельно. По предварительным оценкам около 30 тысяч человеко-часов.

Сейчас Strardust продолжает свой полет, перейдя на орбиту искусственного спутника Солнца. НАСА не хочет терять полностью работоспособный аппарат и обдумывает для него новую задачу. www.rian.ru

Аналитика и комментарии $212 миллионов за миллиграмм пыли