"Вега-2" - комета Галлея

С космодрома Байконур, спустя несколько дней после запуска 15 декабря межпланетной станции «Вега-1», 21 декабря 1984 года ушла в космос аналогичная «Вега-2», на борту которой также была установлена научная аппаратура, разработанная и изготовленная в рамках международного проекта «Венера — Галлей».
Напомню, что над созданием комплекса научной аппаратуры и оборудования станций вместе с советскими учеными работали специалисты из Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, ФРГ, Польши, Франции и Чехословакии.
Говорят, если бы не вторая мировая война, межпланетный бросок к Венере был бы осуществлен значительно раньше. И сегодня космонавты (земляне), вероятно, уже ходили бы пешком по Марсу.
Вообще-то довольно значительная серия межпланетных космических аппаратов под кодовым названием «Венера» для изучения этой планеты, а также космического пространства начала запускаться в Советском Союзе еще с 1961 года.
Так, в 1967 году «Венера-4» произвела первые прямые исследования атмосферы Венеры (хотя атмосферу Венеры открыл еще Ломоносов).
«Венера-7» произвела первую мягкую посадку на Венеру в 1970 году. «Венера-9» произвела первую съемку поверхности Венеры в 1975 году.
В общей сложности всего за период с 1961 по 1983 годы всего запущено было 16 (!) «Венер».
А вообще в космос к тому времени была запущено более тысячи советских космических научных аппаратов
Расстояние до ближайшей от Земли соседней планеты не столь уж и близко, — около 40 миллионов километров в моменты наибольшего сближения Земли и Венеры, так же, как и наша планета, вращающейся вокруг Солнца (о чем впервые заявил математик и астроном Николай Коперник, живший в 1473-1543гг.).
Но по причине того, что Венера расположена гораздо ближе к Солнцу, температура на ней значительно выше, а сутки — в 234 раза длиннее, чем на нашей родной планете.
Дорогостоящая научная программа «Вега», рассчитанная не на один год, была очень тщательно и точно продумана. Полет станций даже сейчас, спустя 20 лет, восхищает точностью расчетов ученых.
Дань памяти
Говоря об успехах в освоении космического пространства, нельзя забывать о тех ученых, кто сделал в свое время открытия в области астрономии, пусть тогда еще и слабо развитой, но многим ученым эта работа стоила жизни, — кому-то сожжения на костре, кому — суда инквизиции. Например, Николай Коперник (1473-1543гг.) только в 1543 году, всего за несколько дней до смерти увидел, будучи уже в 70-летнем возрасте, страницы своей книги о строении Вселенной, которую он боялся прежде опубликовать из-за возможного преследования инквизицией, хотя не исключено, что книга и стала причиной смерти ученого. Он опроверг теорию Птолемея о том, что все планеты и звезды вращаются вокруг Земли (!), доказав, что все небесные тела, в том числе Земля и Венера, вращаются именно вокруг Солнца.
Над престарелым уже Галилео Галилеем, жившим в 1564 — 1642 гг. в 1633 году церковники устроили судилище, которое кончилось домашним арестом до конца его дней.
Памятник Джордано Бруно (1548-1600 гг.), который проповедовал учение Николая Коперника, в одном из старых районов Рима поставлен на том самом месте, где его сожгли на костре в 1600 году по приказу инквизиторов, подбрасывая в огонь его же книги по астрономии.
К Джордано Бруно был подослан человек, прикинувшийся другом и предавший ученого, как в свое время Иуда — Христа. После этого целых восемь лет Джордано Бруно держали в тюрьме, мучили, пытали. Однако ученый не отказался от своих взглядов, за что и сгорел на костре. Туристов к тому памятнику на месте сожжения великого ученого возят неохотно.
Благодарные просвещенные потомки в память об ученых древности, в их честь называют моря и кратеры, горы и долины на исследуемых теперь планетах.
Halley и его комета
Эдмунд Галлей (Halley), живший в 1656-1742 гг., — английский астроном и геофизик. Составил первый каталог звезд Южного неба, открыл собственное движение звезд (1718 г.), вычислил орбиты свыше 20 комет.
Именно он предсказал еще в 1682 году время нового появления кометы, в дальнейшем названной кометой Галлея, доказав наличие периодичности комет. Однако по другим источникам, Галлей высказал предположение о дате следующего появления кометы не в 1682-м году, а в 1705-м году. Так или иначе, в любом случае его расчеты строились на законах Исаака Ньютона. Комета, которую наблюдали в 1531году, затем в 1607 и 1682 годах, должна была возвратиться к Земле в 1758 году, что действительно произошло, но, увы, уже после смерти ученого Эдмунда Галлея, хотя позднее и была названа в честь его именем.
Теперь-то уже всем известно, что средний период вращения кометы Галлея вокруг Солнца равен 76 годам. Последнее ее прохождение через перигелий наблюдалось в нашу эпоху в феврале 1986 года.
Ядро кометы Галлея имеет размеры приблизительно 16х8х8 километров. Вопреки ожиданиям, оно очень темное: его альбедо составляет всего лишь 0,03, что делает его темнее каменного угля.
Таким образом, на данный момент ядро кометы Галлея является одним из самых темных объектов в Солнечной системе. Что касается плотности ядра кометы Галлея, то она очень низкая, всего около 0,1 грамма на кубический сантиметр, что свидетельствует о ее пористой структуре, состоящей в основном из частиц космической пыли и льда.
По расчетам ученых, комета Галлея навестит Землю в следующий раз теперь уже в 2061 году. Кому-то повезет ее увидеть собственными глазами! А пока она летит по своей траектории где-то в просторах Вселенной…
«Интимные встречи» в космосе
Безусловно, проект «Вега» был одним из наиболее сложных и дорогостоящих в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Сегодня его можно рассматривать тремя частямя:
1. Старт 15.12.1984 года станций «Вега-1», старт 21.12.1984 года «Веги-2», полет к Венере, изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов.
2. Изучение динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты!).
3. Пролет через газопылевую атмосферу («кому», «комета» от слова «кома») и плазменную оболочку кометы Галлея!
Итак, только (скорее, уже) летом 1985 года межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2» достигли заданной цели №1 и прошли друг за другом вблизи от планеты Венера.
По точным предварительным расчетам, перед пролетом планеты от станций отделились спускаемые аппараты, которые вошли в атмосферу Венеры на второй космической скорости, после чего каждый из них разделился на две части — посадочный аппарат и аэростатный зонд.
Впервые аэростатам предстояло плавать — дрейфовать в атмосфере Венеры на высоте около 54 километров, а посадочным аппаратам — провести серию научных экспериментов по исследованию атмосферы и поверхности планеты.
В течение 48 часов перемещение аэростатов фиксировалось сетью многочисленных наземных радиотелескопов. Первые две части космической программы были выполнены. Контакт с планетой Венера, носящей имя античной богини любви, состоялся.
Впереди была близкая, можно сказать, долгожданная «интимная космическая встреча» с кометой Галлея!
Комментарии академика
Рауль Сагдеев, академик, научный руководитель проекта «Вега»:
— В рамках международного проекта «Вега», открывшего этап принципиально новых исследований атмосферы Венеры, а также программу изучения малых тел Солнечной системы — комет и астероидов, — советские космические аппараты «Вега-1» и «Вега-2» доставили в атмосферу Венеры вместе со спускаемыми аппаратами два аэростатных зонда. Эти автономные научные станции включали в себя радиопередающую систему, блок метеорологических датчиков, аппаратуру преобразования и хранения информации, блок батарей.
Масса аэростатного зонда — 21кг. В атмосфере Венеры зонды плавали на высоте около 54 — 55 км, где давление составляет 0,5 атмосфер, а температура 40 С.
Эта высота соответствует наиболее плотной части облачного слоя Венеры, в которой, как предполагалось, более отчетливо должно проявиться действие механизмов, поддерживающих удивительно быстрое вращение атмосферы с востока на запад вокруг планеты, так называемую суперротацию атмосферы.
В верхней части облачного слоя ветры на Венере дуют с ураганной скоростью — 360 км/час, и за 100 часов атмосфера на этой высоте успевает сделать полный оборот вдоль по широте.
Главная задача аэростатного эксперимента заключалась в том, чтобы получить новую информацию о динамике атмосферы Венеры. Ведь зонд, в отличие от спускаемого аппарата, дает возможность проводить измерения в течение длительного времени и над разными участками планеты.
Как известно, каждый аэростатный зонд проработал 46 часов и за это время пролетел под действием ветра 12 000 км, измеряя вдоль трассы полета температуру, давление, вертикальные порывы ветра, дальность видимости в облаках, среднюю освещенность и следя за наличием световых вспышек.
Полет зондов начинался из района середины ночи, а закончили они свою работу на дневной стороне.
Научная ценность аэростатного эксперимента в атмосфере Венеры, определяемая составом и точностью измерений и объемом принимаемой на Земле информации, была в значительной степени увеличена благодаря широкой международной кооперации при измерениях координат и скорости зонда.
В эксперименте использовался метод радиоинтерферометрии с большой базой, предложенный в свое время советскими радиоастрономами. Он заключается в том, что сигналы одновременно принимаются, как минимум, тремя радиотелескопами, находящимися на больших расстояниях друг от друга и регистрируются на магнитную ленту вместе с точками точного времени. Координаты и скорость аэростатного зонда получаются в результате совместной обработки всех магнитных лент.
Сигналы аэростатных зондов принимали практически все крупнейшие радиотелескопы мира. Благодаря этому было возможно регистрировать телеметрию с зондов и измерять их скорости и координаты с максимальной точностью в течение всего времени их работы.
В Советском Союзе сигналы принимались на огромные антенны диаметром 70 метров в Евпатории и Уссурийске, 64-метровую антенну под Москвой и меньшие антенны в Симеизе, Улан-Удэ, Пущине.
В соответствии с предложением совета «Интеркосмос», по программе которого проводился аэростатный эксперимент проекта «Вега», французский национальный центр космических исследований (КНЕС) организовал и координировал международную сеть радиотелескопов для радиоинтерферометрических измерений координат и скорости аэростатных зондов и приема телеметрической информации от них.
Научное руководство работой международной сети осуществлялось известными учеными — французским академиком Ж.Бламоном и американским радиоастрономом Р.Престоном. Основу этой сети составляли три 64-метровые антенны в США в Голдстоуне, Мадриде и Канберре. Кроме них работали радиотелескопы в городах Эйфельсберг (ФРГ), Онсала (Швеция), Пентинктон (Канада), Аресибо (Пуэрто-Рико), Гринбэнк (США), Форт-Дэвис (США), Атибайя (Бразилия), Джодрэл Бэнк (Великобритания).
Кроме того, французскими учеными в научной кооперации с отдельными учеными США разрабатывалась часть научного комплекса зонда…
Аэростат был создан коллективом, руководимым членом-корреспондентом АН СССР В.Ковтуненко и Р.Кремниевым.
Комета
Со скоростью свыше 40 км/сек, к тому же с нарастанием темпа, комета Галлея стремительно несется по направлению к Солнцу. И чем ближе к светилу, тем ярче и пышнее «хвост» кометы.
Но с Земли невооруженному глазу она видится порой не ярче золотистой песчинки. Однако ученые держали ее под прицелом телескопов с ноября 1982 года, когда засекли ее еще в созвездии Малого Пса. Ведь подготовка к «дорогой встрече» проводилась тщательно и заранее. По предварительным подсчетам ученых, в комете Галлея «законсервировано» то протопланетное вещество, которое примерно 4,5 миллиардов лет назад было отброшено гравитационными силами, и близкое знакомство с ним поможет лучше понять эволюцию Солнечной системы. Предполагалось, что приборы смогут даже с расстояния в 10 000 км «сканировать» ядро кометы, диаметр которого составляет приблизительно несколько километров.
Встреча «Веги-1» и «Веги-2» с кометой Галлея произошли в начале марта 1986 г. с интервалом, точно просчитанным учеными, на расстоянии 8900 км и 8000 км от ее ядра. Скорость сближения аппаратов и кометы была около 80 км/сек!
На космической скорости
В проекте «Вега» впервые ядро кометы исследовалось как пространственно разрешенный объект, определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристик поверхностного слоя. Мы не имели и долго еще не будем иметь технической возможности совершить посадку аппарата на ядро кометы. Слишком велики скорости встречи — в случае с кометой Галлея это — 78 000 метров в секунду!
Трудно даже просто пролетать рядом на таком расстоянии, так как кометная «пыль» очень опасна для космического аппарата. Расстояние пролета близ кометы (чуть меньше 10 000 км) было выбрано, рассчитано с учетом существовавших ранее представлений о количественных характеристиках кометной пыли. Использовались два подхода: во-первых, дистанционные измерения при помощи оптических приборов и, во-вторых, прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию, по которой движется аппарат.
Оптические приборы были размещены на специальной платформе, которая могла поворачиваться во время полета и автоматически поддерживала направление на ядро. Эта платформа была разработана совместно с чехословацкими и советскими специалистами и изготовлена в ЧССР. Три научных эксперимента выполнялись при помощи приборов, установленных на платформе. Один из них — для телевизионной съемки ядра кометы Галлея. Другой прибор — инфракрасный спектрометр ИКС, при помощи которого одновременно проводились два разных эксперимента — измерялись поток инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась и температура его поверхности) и спектр инфракрасного излучения внутренних «околоядерных» частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения и ее состава.
Результаты исследования
Итоги исследований ядра кометы Галлея, проведенных при помощи оптических приборов, можно сформулировать следующим образом: это монолитное космическое тело, вытянутое по форме, форма неправильная, размеры — 14 км большой оси, около 7 км в поперечнике.
Каждые сутки комету покидает несколько миллионов тонн водяного пара. Вычисления показывают, что такая «производительность» требует, чтобы испарение происходило по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать поверхность ледяного (физического) тела. Но вместе с тем приборы «Веги» установили, что она (комета) черная, ее отражательная способность менее 5%, и горячая, — ее температура около 100 000 С (сто тысяч градусов по Цельсию)!
Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около 1км/сек, в конечном счете полностью ионизируется в космосе солнечным излучением.
Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета.
Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов — атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу «родительских», то есть входящих непосредственно в состав ядра. По-видимому, среди них главные — вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических.
Вещество ядра скорее всего представляет собой так называемый «клатрат», то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого «вкраплены» другие молекулы.
С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав твердых частиц, которые входили в состав ядра, оказался очень сложным и неоднородным.
Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. Наконец, есть пылинки, в которых присутствует значительное количество углерода. Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.
В результате экспедиции «Вега» ученые впервые увидели кометное ядро, получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося.
Внешне он несколько напоминает спутники Марса — Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана.
Согласно гипотезе, кометные ядра образовались от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на огромные расстояния при формировании этих планет.
Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около 1 км/сек, в конечном счете, полностью ионизируется солнечным излучением, превращаясь в гигантское плазменное образование размером около 1 миллиона километров.
Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на ударные волны перед Землей и другими планетами. Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы помогут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.
Итак, к следующему появлению кометы Галлея, ожидаемому в 2061 году, научные экспедиции, вероятно, уже смогут разгадать космические загадки столь известного небесного тела, являющегося перед человечеством точно по расписанию.
Предполагается, что в космосе около 100 миллиардов комет постоянно «прописано» в кометном облаке, окружающем Солнце.
Судьба их различна. Но комета Галлея, по-видимому, одна из тех, что перешли во внутреннюю часть солнечной системы, и даже попали на орбиту с относительно небольшим периодом…
Космос таит в себе столько загадок… Наша любимая планета — всего лишь точка в миллиардном скопище сияющих звезд… Именно эту мысль привозят из космоса те, кто побывал там, кто увидел Землю со стороны вечной космической черной бездны, непостижимой, необъятной и опасной…
Задумывались ли Вы об этом?