АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2009, том 43, № 4, с. 357-366
УДК 523
ROSETTA - ОДНА ВСТРЕЧА С КОМЕТОЙ И ДВА ПРОЛЕТА ВОЗЛЕ АСТЕРОИДОВ
© 2009 г. Р. Шульц
Отдел поддержки научных исследований Европейского космического агенства, Европейский центр космических исследований и технологий, Нордвик, Нидерланды Поступила в редакцию 07.10.2008 г.
ROSETTA - миссия к комете 67P/Чурюмова-Герасименко является одним из наиболее важных проектов ESA. Проект ROSETTA предусматривает посадку на ядро кометы и сочетает в себе орбитальный и посадочный модули. В рамках проекта планируется наблюдение эволюции ядра и комы кометы в зависимости от возрастающего и убывающего потока солнечного излучения вдоль пред- и постперигелийного участков ее орбиты. Одновременно будут выполняться различные исследования, от мультиволновой спектрометрии до непосредственного определения химических составов и физических свойств комы и ядра. КА ROSETTA должен выйти на орбиту вокруг ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, в то время как комета будет еще далеко от Солнца, и сопровождать ее до прохождения перигелия и далее. Также посадочный модуль ROSETTA Philae приземлится на поверхность ядра до того, как комета станет слишком активной (на расстоянии около 3 а. е. от Солнца) и проведет исследование поверхности и внутреннего строения ядра и его физических свойств.
PACS: 95.55.Pe, 95.75.Fg, 96.25.-f, 96.25.Hs, 96.30.Ys
ВВЕДЕНИЕ
Большая часть имеющихся в настоящее время знаний о кометах получена в результате непосредственных измерений в рамках пролетных космических миссий. Предыдущие непосредственные измерения в окрестностях кометного ядра и в плазменной оболочке предоставили информацию, которую невозможно было бы получить при дистанционных исследованиях. Это привело к значительному прогрессу в понимании строения, физико-химических процессов во внутренней коме и механизмов взаимодействия кометы с окружающей ее плазмой.
К настоящему времени были успешно проведены десять миссий и космические аппараты посетили шесть комет (табл. 1). Японские миссии Suisey и Sakigake к комете IP/Галлея, так же как и миссия NASA International Cometary Explorer (ICE) к комете 21P/Джакобини-Циннера были предназначены для изучения водородной короны, плазменного окружения и его взаимодействия с солнечным ветром на расстояниях от ядра порядка 105-106 км (Von Rosenvinge и др., 1986; Hirao, Itoh, 1986). Остальные миссии подходили к своей цели достаточно близко для изучения окружения ядра кометы. Первые изображения ядра были получены для кометы ^/Галлея в российских миссиях ВЕГА и европейском проекте Giotto (Sagdeev и др., 1986; Reinhard, 1986). В этих наиболее удачных космических миссиях также были выполнены первые непосредственные исследования газового состава комы и пылевых частиц. Результаты миссий к комете Галлея произвели революцию в понимании природы комет и на долгое время стали
определяющими для последующих проектов изучения комет. Один из таких новых проектов - проект ROSETTA.
После пролета мимо кометы Галлея аппарат Giotto был перенаправлен к другой комете 26Г/Григ-га-Скьеллерупа и пролетел мимо нее на расстоянии менее 200 км (Grensemann, Schwehm, 1993), которое до сих пор остается самым близким. К сожалению, несмотря на значительный объем полученных научных данных, изображений этой кометы сделать не удалось, поскольку камеры аппарата Giotto были повреждены большими пылевыми частицами во время встречи аппарата с кометой Галлея и не могли быть восстановлены для исследования второй кометы. Более 15 лет прошло с момента получения аппаратом BE^-2 первых изображений кометы Галлея прежде, чем удалось получить новые снимки кометного ядра в миссии Deep Space 1, когда было сфотографировано ядро кометы ^P/Боррелли в 2001 г. (Soderblom и др., 2002). С тех пор были запущены еще две весьма успешные миссии к кометам. Это Stardust - пролетная миссия с отбором и возвращением на Землю образца вещества комы (Tsou и др., 2004), и Deep Impact, пролетная миссия во время которой в ядро кометы Темпеля 1 был выпущен тяжелый медный снаряд для получения кратера, контролируемого гравитацией (A'Hearn и др., 2005). Состав и физические свойства пылевых частиц комы, собранных и доставленных на Землю в рамках миссии Stardust, были детально исследованы в лабораториях по всему миру (см. Flynn и др., 2006; Keller и др., 2006; Sandford и др., 2006).
Таблица 1. Космические миссии к кометам, расположенные в порядке возрастания дистанции пролета
Миссия Комета Дистанция пролета, км Дата
GEM 26Р/Григга -Скьеллерупа < 200 10 июля 1992
Stardust 81Р/Вильда 2 237 02 января 2004
Deep Impact 9Р/Темпеля 500 04 июля 2005
Giotto 1Р/Галлея 600 13 марта 1986
DS-1 19Р/Боррелли 2170 22 сентября 2001
ВЕГА 2 1Р/Галлея 8030 09 марта 1986
ВЕГА 1 1Р/Галлея 8890 06 марта 1986
Suisei 1Р/Галлея 151000 08 марта 1986
ICE 21Р/Джакоби-ни - Циннера 2300000 11 сентября 1985
Sakigake 1Р/Галлея 6990000 11 марта 1986
Проект К08БТТЛ является новым шагом в совершенствовании понимания природы кометных ядер. Аппарат К08БТТЛ не просто должен пролететь мимо кометы 67Р/Чурюмова-Герасименко, но должен выйти на орбиту вокруг кометы и сопровождать ее более чем год вдоль пред- и постпериге-лийного участков ее орбиты. Во время полета к комете аппарат К08БТТЛ должен совершить пролеты возле двух астероидов главного пояса (2867 Штейнс и 21 Лютеция) с целью определить общие характеристики этих астероидов, включая их динамические свойства, а также морфологию и состав их поверхности.
ОБЗОР МИССИИ К08БТТЛ
Кометное вещество подверглось наименьшим изменениям, поскольку образовалось из вещества протосолнечного облака и даже, возможно, сохранило досолнечные частицы. Поэтому кометы являются уникальным хранилищем информации об источниках, давших вклад в протосолнечное облако, и о процессах конденсации, которые привели к появлению планетезималей, из которых впоследствии сформировались большие планетные тела. Изучение кометного вещества, однако, является главной задачей вследствие его исключительных характеристик, делающих это вещество уникальным хранилищем информации о формировании Солнечной системы, в частности, высокое содержание в нем летучих и органических соединений. Непосредственное подтверждение содержания летучих элементов в веществе комет трудно получить, поскольку соединения, наблюдаемые с Земли и даже в ходе пролетных миссий, образуются в результате физико-химических процессов, таких как сублимация и взаимодействие с солнечной радиацией и солнечным ветром.
К08БТТЛ представляет собой единственное возможное решение проблемы получения неизмененного материала. Пребывание аппарата возле ядра кометы на протяжении большей части орбиты, детальное дистанционное исследование и аналитическое исследование материала ядра и комы гарантируют минимальные изменения в исследуемом веществе кометы, поскольку измерения проводятся "на месте" при низкой температуре и слабом гравитационном фоне.
Главная научная задача проекта И08БТТЛ - это исследование формирования комет, взаимодействия комет и межзвездного вещества и его роли в формировании и эволюции Солнечной системы. Дополнительной целью проекта является определение общих характеристик астероидов главного пояса. Для решения поставленных задач предполагается выполнение следующих исследований.
• Определение общих характеристик кометных ядер, определение динамических свойств, состава и морфологии поверхности.
• Определение химического, минералогического и изотопного состава летучих и тугоплавких соединений в веществе кометных ядер.
• Определение физических свойств и взаимодействия летучих и тугоплавких соединений в веществе кометных ядер
• Исследование развития кометной активности и процессов в поверхностном слое ядра и во внутренней коме (взаимодействие газа и пыли).
• Определение общих характеристик астероидов главного пояса, включая их динамические свойства, а также морфологию и состав их поверхности.
Аппарат И08БТТЛ будет детально изучать кометное ядро и его окружение на протяжении многих месяцев, сопровождая комету вдоль пред- и постпе-ригелийного участков ее орбиты. Научное оборудование на борту И08БТТЛ будет выполнять как дистанционные наблюдения, так и непосредственные измерения на близком расстоянии от ядра, начиная с гелиоцентрического расстояния в 3.5 а. е., при проходе перигелия и вплоть до расстояния в 2 а. е. после прохода перигелия. Вдобавок спускаемый модуль РЬДае должен будет совершить посадку на ядро кометы и выполнить непосредственный анализ его вещества, а именно элементного, молекулярного и изотопного состава, а также множества физических свойств поверхности и подповерхностного слоя.
ЦЕЛЕВАЯ КОМЕТА
Цель миссии И08БТТЛ, комета Чурюмова-Ге-расименко, является короткопериодической кометой из семейства Юпитера с периодом обращения 6.56 года. Комета была открыта Климом Ивановичем Чурюмовым и Светланой Ивановной Герасименко на фотографических изображениях в 1969 г. и с тех пор наблюдалась во время каждого возвра-
Рис. 1. Увеличенные снимки, полученные в широкополосном красном фильтре, демонстрирующие эволюцию отдельных элементов комы кометы Чурюмова-Герасименко в интервале между февралем и июнем 2003 г. Показаны проекции направления на Солнце и направления движения кометы.
щения. Динамическая эволюция кометы Чурюмова-Герасименко была надежно определена на 250300 лет как вперед, так и назад (Krolikowska, 2003). Приблизительно два столетия она двигалась по относительно стабильной орбите с перигелийным расстоянием, меняющимся в пределах от 2.5 до 2.9 а. е. В феврале 1959 г. комета близко подходила к Юпитеру (около 0.052 а. е.), что значительно изменило параметры ее орбиты, в частности эксцентриситет увеличился с 0.36 до 0.63, орбитальный период уменьшился с 8.97 до 6.56 года и расстояние перигелия уменьшилось с 2.74 до 1.28 а. е. (Krolikowska, 2003). В 2015 г. комета пройдет перигелий на расстоянии 1.24 а. е. от Солнца (Marsden, 1970). Эффективный радиус кометного ядра был определен как 1.72 км, отношения осей а/Ь = 1.26, а/с = 1.5~1.6 и собственный период вращения порядка 12.7 часа. Более дет
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.