PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

Stardust: Місія, яка назавжди змінила наше розуміння природи комет

7 лютого 1999 року ракета Delta II з безпілотним зондом Stardust («Зоряний пил») на борту стартувала з мису Канаверал у Флориді. Нова місія NASA полягала у зближенні з кометою Wild 2 (Вільда 2, названа на честь швейцарського астронома Пауля Вільда).

Апарат Stardust повинен був стати першим космічним зондом, який поверне зразки комети з-за меж орбіти Місяця. Його завданням було пройти крізь кому об’єкта, – туманну оболонку з льоду та пилу, яку він утворює при його нагріванні, – зібравши її, і доставити у спеціальній капсулі на Землю для подальшого дослідження вченими.

Перш ніж навмисно ввімкнути свої двигуни до повного вичерпання пального, на своєму шляху Stardust побував також біля астероїда 5535 Annefrank (5535 Аннафранк) та другої комети Tempel 1 (Темпеля 1). При закінченні основної місії зразки було повернуто на Землю 15 січня 2006 року. Вважалося, що ці частинки старші за нашу Сонячну систему та містять залишки матеріалів, із яких вона була побудована. Проте їхня справжня природа похитнула розуміння вчених того, як сформувалася більша частина кам’яної матерії.

Космічний апарат Stardust однойменної місії NASA здійснив проліт повз три малих світи: астероїд 5535 Annefrank та комети Wild 2 і Tempel 1.
Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Maryland/Cornell

Нещодавно я мав нагоду поспілкуватися з доктором Дональдом Браунлі, головним дослідником Stardust, у форматі інтерв’ю з метою «переглянути» досягнення цієї революційної місії.

Примітка: інтерв’ю було відредаговано для кращого сприйняття.

Інтерв’юер: Даг Адлер. Респондент: Дональд Браунлі

Адлер: Розкажіть нам про початок місії: як вона створювалася і якою була ваша роль у її плануванні?

Браунлі: Перед наближенням комети Галлея до Землі в 1986 році американські вчені були у великому піднесенні, сподіваючись розпочати місію, щоб її «зустріти». Хоча Європа відправила зонд, а Радянський Союз і Японія – два, США так і не змогли здійснити жодної спроби.

Я з доктором Пітером Тсоу, науковим співробітником Лабораторії реактивного руху (JPL), вважали, що ідея збору високошвидкісних частинок у космосі та повернення їх на Землю є надзвичайно важливою. Тому ми почали активно працювати над технологіями, які допомогли б їх «спіймати». Пітер висунув ідею захоплення цілих частинок на великій швидкості у тому стані, якому вони є, тобто без їхнього плавлення чи випаровування. Більшість людей, зокрема і я, думали, що це неможливо. 

Після випробувань низки схем найуспішнішим виявилося використання аерогелю на основі діоксиду кремнію – ультрамікропористого прозорого кварцового скла, яке іноді називають замороженим димом. Цей незвичайний матеріал, структурно схожий на мережу з об’єднаних елементів у формі зерен розміром близько 3 нанометрів, трохи щільніший за повітря. Дослідження показали, що тверді сполуки можна вловлювати зі швидкістю 6 кілометрів за секунду. Вони проникають в аерогель і сповільнюються до повної зупинки, залишаючи позаду порожнисті сліди, які часто в сотні разів довші за розміри частинок.

Протягом багатьох років ми висунули чимало проектів, … але жоден із них не був обраний для фінансування. Коли було оголошено про можливість проведення четвертої місії з програми NASA з дослідження Сонячної системи Discovery (ініційована дослідниками для фінансування планетарних зондів), ми вирішили запропонувати нашу концепцію зі Stardust. У процесі її планування Чен-Ван Єн, дослідниця з JPL, зробила дивовижне відкриття: із типом траєкторії та космічним кораблем, необхідним для такого завдання, ми могли б пролетіти повз комету, зібрати пил на шляху та повернутися на Землю. Вона дійшла висновку, що можна вирушити до комети Wild 2 і стати першими з NASA з часів «Аполлона-17» у 1972 році, хто доставить позаземні зразки. Тому ми змінили плани, щоб місія включала збір не тільки кометного пилу, а й міжзоряного також. Як підсумок, нас обрали із 28 пропозицій.

Адлер: Чому пил кометного походження так цікавить вчених? Що ви сподівалися дізнатися з його аналізу?

Браунлі: Комети формувалися у досить холодних регіонах, тому вони містять лід, а саме замерзлі воду та сполуки монооксиду вуглецю, які перебували в кріогенних умовах протягом мільярдів років. Вони зберігають первинні кам’яні, органічні та крижані будівельні матеріали, які використовувалися при формуванні планет.

Поширеною була думка, що кам’яні компоненти складаються з міжзоряного пилу, який утворився навколо інших зірок і є старшим за Сонце та планети. Припускали, що завдяки своїй ізольованості від тепліших частин пил чудово зберігся, а органічні речовини, життєво важливі будівельні блоки, спочатку виникли в міжзоряних хмарах та у дивний спосіб залишалися в місцях нашої Сонячної системи з надзвичайно низькими температурами. Це було однією з причин, чому ми назвали місію Stardust або «Зоряний пил».

Довгий час також вважалося, що комети сформовані з міжзоряних зерен, покритих органічними матеріалами з молекулярних хмар. Тому ми зосередилися на кам’яних сполуках та органіці, які могли б витримати нагрівання під час уловлювання та повернення на Землю. Наша мета полягала в тому, щоб з’ясувати, із чого складається комета з розрахунком на те, що більша частина її твердих компонентів, а можливо і вся, містить у своєму складі міжзоряні зерна, старші за Сонце.

Адлер: Чому об’єктом місії було обрано комету Wild 2?

Браунлі: Ми обрали саме її, тому що вона знаходилася на орбіті, на яку можна було потрапити, пролетівши з відносно невеликою швидкістю 6 км за секунду, і повернутися додому. Це був чудовий вибір, оскільки шорстка поверхня Wild 2 свідчить про те, що комета провела менше часу у внутрішній частині Сонячної системи, ніж інші уже відвідані об’єкти.

Зображення комети Wild 2, зроблене апаратом Stardust під час його прольоту 2 січня 2004 року. Фото: NASA/JPL-Caltech

Адлер: Якою була роль астероїда 5535 Annefrank у місії? Що ви дізналися з цього першого зближення?

Браунлі: Перед початком місії з’ясувалося, що при мінімальній зміні енергії можна пролетіти поблизу невеликого астероїда Annefrank. Дехто з команди дуже зацікавився цим не тільки тому, щоб отримати його зображення, але й щоб провести «генеральну репетицію» майбутнього прольоту повз комету. Такі «зустрічі» космічних об’єктів – напружені та захопливі події водночас, тому що все повинно працювати; немає жодного шансу повернутися і спробувати ще раз. Зі штаб-квартири NASA було наказано цього не робити, і багато хто спочатку був проти ініціативи через потенційний ризик для основних цілей місії. Згодом думки змінилися, і навіть запеклі противники ідеї погодилися, що це було б досить розумно.

Проліт повз астероїд дав упевненість у те, що ми зможемо успішно здійснити подібний маневр поблизу комети та відслідковувати тіло за допомогою нашої оптичної навігаційної камери в автономному режимі. Під час зближення з Annefrank все, що ми могли робити, це фотографувати. І зрештою зображення показали, що об’єкт складався з двох компонентів. Цілком можливо, що первісний астероїд розлетівся внаслідок удару на частини, дві найбільші з яких з’єдналися з часом в одне ціле.

Астероїд неправильної форми 5535 Annefrank, зафіксований апаратом Stardust 2 листопада 2002 року.
Фото: NASA/JPL-Caltech/Ted Stryk

Адлер: Де Ви знаходилися, коли космічний апарат наближався до Wild 2? Що відчували, спостерігаючи, як місія добігає кінця?

Браунлі: Я був у Центрі управління польотами Лабораторії реактивного руху. Космічний апарат перебував у зовнішній частині Сонячної системи на протилежному боці Сонця і під час прольоту був у «вільному плаванні». Після того, як було надіслано останні команди, нам на Землі залишалося тільки чекати на дані, передані за допомогою телеметрії, хоч із майже півгодинною затримкою. Ми спостерігали за вихідним сигналом на великому екрані, і коли побачили, що Stardust усе ще живий і наближається впритул до комети, почали голосно викрикувати та підстрибувати з полегшенням.

Я почувався чудово, бо знав, що серйозної небезпеки дрібне космічне каміння становити не може. Коли нарешті надійшли зображення, у нас відвисли щелепи. Найперша світлина була просто приголомшливою; вона викликала особливе здивування як у журналістів, так і в усіх присутніх загалом.

Уламки від випробувань аерогелевих плиток космічного апарата на змодельовані удари.
Фото: NASA/JPL

Адлер: Розкажіть нам про пиловловлювач космічного апарата. Як працював аерогель?

Браунлі: Пиловловлювач схожий на дуже великий лоток для кубиків льоду, який має форму тенісної ракетки. Його наповнили кремнеземним аерогелем наднизької щільності, що був підданий впливу кометного пилу під час близького прольоту повз комету. Тисячі частинок розміром менше кількох десятих міліметра врізалися зі швидкістю 6 км за секунду в аерогель і проникали всередину на глибину, що дорівнює приблизно 100 їхнім діаметрам, перш ніж зупинитися. Тверді та стійкі пилинки залишали довгі порожнисті сліди, подібні до моркви. Ті, які погано утримувалися разом, розбивалися на менші (фрагментувалися) та утворювали коротші, але ширші та опуклі сліди. Вони швидко сповільнювалися, і їхня кінетична енергія поглиналася аерогелем за мільйонну частку секунди. Деякі з найдрібніших частинок та грані інших розплавлялися внаслідок цього процесу, але багато з тих, що перевищували близько два мікрони, добре збереглися. Мінералогічні, композиційні та ізотопні характеристики, включно з розмірами атомів, залишилися без змін.

Пиловловлювач космічного апарата Stardust, наповнений кремнеземним аерогелем. Фото: NASA

Адлер: Як виникла ідея перепрофілювати космічний апарат для відвідування комети Tempel 1? Якими були основні наукові відкриття з цього зближення?

Браунлі: Професор астрономії в Корнелльському університеті Джозеф Веверка успішно запропонував використати Stardust, щоб пролетіти повз комету Tempel 1. Метою було поглянути на зміни, які відбулися після того, як частина космічного апарата Deep Impact протаранила її поверхню з кінетичною енергією, еквівалентною майже п’яти тоннам тротилу. Я був у команді, і завдяки зусиллям спеціалістів у цій галузі ми отримали приголомшливі стереозображення ділянок комети, не помічених раніше, – областей, які змінилися через звичайне випаровування льоду в космос – і, що найважливіше, зробили світлину утвореного зондом ударного кратера.

Під час зближення з кометою Tempel 1 14 лютого 2011 року Stardust дослідив область, у якій космічний зонд NASA Deep Impact зіткнувся з її поверхнею в 2005 році.
Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Maryland

Адлер: Чому після зближення з кометою Tempel 1 космічний апарат отримав команду повністю використати все паливо?

Браунлі: Пальне, що залишається у баку, може стати справжньою проблемою у багатьох місіях, але вона не часто врегульовується відповідно до технології «повного спорожнення резервуара». Замість того, щоб решта пального вичерпалася протягом наступних звичайних місій, ми ввімкнули форсунки та спостерігали, допоки воно не закінчиться. Велика група людей зібралася у залі компанії Lockheed Martin Aerospace у Денвері, щоб стежити за подією. Масивний екран показував швидкість апарата під час запуску ракетних двигунів. За деякими оцінками, палива залишилося стільки, скільки помістилося б в одну чашку.

Адлер: Розкажіть ще, будь ласка, якими були Ваші враження під час повернення зразків на Землю?

Браунлі: Сталося це посеред ночі в дуже ізольованому містечку Дагуей штату Юта. Капсулу виявили ​у західній пустелі недалеко від Великого Солоного озера. Її входження в атмосферу було дивом: яскрава червона вогняна куля з полум’яним хвостом летіла з заходу. Вона знижувалася та ставала все ближчою, але якщо споглядати з нульової точки на системі координат, як не дивно, піднімалася в небо. Люди поблизу міста Вендовер чули звуковий удар. Водночас літак NASA з повітря і японська знімальна група з поверхні землі зробили видовищні знімки.

Спочатку я був на вулиці, щоб спостерігати за цим вогненним шаром, а потім пішов усередину переглядати зображення з пристроїв стеження. Капсула приземлилася у темряві, і пошуки зайняли кілька годин. Її було знайдено екіпажем нашого гелікоптера та повернуто до спеціально підготовленої чистої кімнати. Там її оглянули та обладнали для перельоту до Космічного центру ім. Джонсона в Х’юстоні наступного дня.

Апарат Stardust повернув капсулу зі зразками на Землю 15 січня 2006 року. Фото: NASA

Адлер: Що показав аналіз частинок кометного пилу? Якими були основні результати?

Браунлі: Головне відкриття полягає в тому, що тверді сполуки комети, що складають більшу частину її загальної маси, утворилися за надвисоких температур. У її формуванні брали участь вогонь та лід. Частина льоду виникла за температур, близьких до абсолютного нуля, але кам’янисті матеріали – за неймовірно спекотних умов. До того ж, багато елементів комети також було виявлено в інших об’єктах, метеоритах.

Wild 2 – це поєднання найрізноманітніших компонентів, що означає, що речовини, які входять до їхнього складу, були перенесені з багатьох місць за межі Плутона, де комета зародилася. Кам’янисті породи утворилися переважно за температур вище 1000 градусів за Цельсієм і не могли містити у собі лід або органічні сполуки під час формування. Тож спочатку у кометі виникли стійкі природні мінерали (силікати), які згодом з’єдналися з льодом та органікою у значно холодніших місцях. Ці висновки довели, що утворення кометного пилу та льоду безумовно відбувалися відокремлено. Вивчення зразків також підтвердило той факт, що зовнішня частина Сонячної системи не була ізольована від внутрішньої, і що матеріали безперечно змішувалися в областях від Сонця до ділянок поза орбітою Плутона.

Адлер: Які найтепліші спогади у Вас виникають, коли озираєтесь на місію через стільки років?

Браунлі: Запуск: Справді незабутній досвід, особливо, коли це ваша власна місія. Я спостерігав за запуском із відстані 1,6 км. Було так ясно, що ми могли бачити неозброєним оком, як чотири твердопаливні двигуни відокремлюються і падають донизу.

Проліт повз комету: Напруга була просто неймовірною. Якими б обережними ви не були, дослідження космосу завжди пов’язане з ризиком і невідомістю. Коли ви робите крок уперед, шляху назад уже немає. Протягом усієї місії я почувався солдатом на полі битви під час Другої світової війни. Навколо свистять кулі, і ти сподіваєшся, що жодна з них не потрапить у тебе.

Входження в атмосферу та повернення капсули: Приземлення було настільки приголомшливим, що у багатьох на очах виступили сльози. Те, як уночі посеред пустелі в атмосферу входить капсула зі зразками, подібна до вогняної кулі з полум’яним хвостом позаду, – не порівняти ні з чим!

Отримання зразків: Пиловловлювач було відкрито у спеціально підготовленому чистому приміщенні в Космічному центрі ім. Джонсона. Єдиними, хто знаходився неподалік нього, були я і Майкл Золенський, учений та мінералог NASA. Коли масив аерогелю нарешті став для нас доступним, ми дивилися на нього зі зворотного боку і не помічали жодних ударів. Він виглядав навіть краще, ніж до запуску. Нам стало цікаво, чи дійсно пристрій спрацював у космосі. Ми трохи збентежилися, хоча могли бачити деякі сліди, але не були впевнені, бо дивилися крізь чотири сантиметри задньої стінки аерогелю. Коли пиловловлювач нарешті було перевернуто, ми одразу їх чітко побачили.

Напевно, найбільшою радістю для мене за період усієї місії було представлення перших аналізів зразків на щорічній науковій конференції з питань вивчення Місяця та планет лише через 3 місяці після приземлення. Коли я показав результати 600 людям, які зібралися в кімнаті, ви б чули їхні скрикування і бачили відвислі щелепи!

Ми дослідили тип тіла, яке відзначається своїм льодом і в пилу якого, як вважалося, переважали тверді частинки, що утворилися навколо інших зірок. Ми дізналися, що воно містить речовину з найвищою температурою, яка будь-коли могла існувати в Сонячній системі. Виявлення такого матеріалу в кометі стало революційним відкриттям. Наша «скромна» місія з повернення зразків на Землю надала цінну інформацію, яку ніколи не можна було б отримати за допомогою методів дистанційного зондування.

Даг Адлер – співорганізатор подкасту “The Right Stuff Companion” і співавтор книги “From The Earth to the Moon: The Miniseries Companion”

Джерело

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

9
Войдите, чтобы видеть комментарии, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы не видеть рекламу, создавать и отслеживать темы, сохранять статьи в личные закладки и участвовать в обсуждениях
If you were unable to log in, try this link.