Технический гений американцев поразил комету медным снарядом. Задачи эксперимента — выяснить, как образовалась Солнечная система, найти предшественников жизни на Земле и отработать систему защиты от комет и астероидов
Космический аппарат Impactor врезался в комету Tempel I на скорости 10 км/с. Столкновение 372-килограммового аппарата с ядром кометы произошло 4 июля в 6 утра по Гринвичу. Удар был настолько сильным, что взломал ледяную корку ядра и выбросил в пространство внутренности кометы крошево ледяной пыли и грязи. За взрывом с расстояния 500 км наблюдал космический зонд Deep Impact, который и доставил снаряд Impactor к комете. Все происходило в пространстве между орбитами Марса и Юпитера в¸¯160…160¸¯млн км от Земли.
Ученые Университета Мэриленда, отвечающие за научную часть проекта NASA, пришли в полный восторг от сверкающих на солнце обломков ядра. «Когда я подписался на эту миссию, то хотел рассмотреть комету вблизи, — сказал ведущий исследователь миссии доктор Майкл А’Хирн. — Но результат оказался чудовищным… в хорошем смысле. Кроме собственно взрыва мы получили фотографии во время сближения. Последняя была сделана за 3 секунды до столкновения с расстояния около 30 км. Так близко мы можем разглядеть объекты размерами всего в 4 м!»
ОКЕАНЫ КОМЕТ
— Сегодня рано говорить о каких-то результатах, — говорит Михаил Маров, член-корреспондент РАН, завотделом Института прикладной математики им. Келдыша. — Но мы ждем вот чего: первое — уточнить физическую модель кометного ядра, второе — лучше понять, из чего это ядро состоит. И по результатам можно будет уточнить или изменить наши модели образования Солнечной системы.
Модель строения самих комет предложил в 1950 году американский астроном Фред Уипл. Он постулировал, что ядро кометы похоже на «грязный снежный ком». Этот ком небольшой — от единиц до десятков километров (Tempel I, например, 6 км). Ядра обычно неправильной формы, и их поверхности изрыты кратерами. Это можно видеть на фотографиях тех четырех комет, к которым приближались космические аппараты. Когда снежная глыба подлетает к Солнцу, она нагревается и льды начинают испаряться, превращаться в газ. Вокруг ядра возникает атмосфера (кома) размером уже в тысячи километров. Газы уносят с собой частицы пыли (та самая грязь снежного кома). Пыль и газы отбрасываются давлением солнечного ветра на миллионы километров в сторону от Солнца. Получается сверкающий хвост, так пугавший все народы древности, кроме китайского, считавшего кометы посланниками между небесными государствами.
— Почему вообще нужен был этот снаряд? — спрашивает Маров. — Дело в том, что любая комета представляет собой снежный ком, только когда она молодая, то есть когда не сближалась с Солнцем. А комета Tempel I по меньшей мере уже сто раз проходила близко к Солнцу. При каждом сближении поверхность ее проплавляется и образуется корка. Чем больше раз прогревается, тем корка толще. Она может быть от единиц до десятков метров. И под ней уже скрыто самое интересное — немодифицированное вещество. Оно представляет интерес с точки зрения космогонии, происхождения Солнечной системы в целом. Так вот снарядом надо было разбить корку и исследовать это внутреннее вещество.
Кометы возникли 4 млрд лет назад, когда Солнечная система только зарождалась. Выглядело это так. Сначала было огромное облако газа и пыли, далее оно уплотнялось под действием гравитации и стало быстрее вращаться. Потом центр уплотнился настолько, что возникло Солнце, а вокруг него остался газово-пылевой диск, из которого выделились планеты. Изначально это были маленькие планетки, планетезимали, которые потом соединялись друг с другом. Больше всего вещества вошло в планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Причем состав гигантов примерно такой же, каков вообще состав Вселенной. Больше всего в них водорода, потом — гелия. Дальше идут кислород, азот, углерод и вся остальная таблица Менделеева. Почти весь кислород соединился с водородом, и получилась вода. С планет, близких к Солнцу, водород, кислород и вода были выметены солнечным ветром. Поэтому на Меркурии, Венере, Земле и Марсе не должно быть ни атмосферы, ни океанов. Но на Венере атмосфера мощнейшая, на Земле — сами знаете, на Марсе недавно обнаружили и воду, и, вероятно, океаны под поверхностью.
— Расчеты показывают, что атмосфера и вода на эти планеты могли быть занесены именно кометами, — утверждает Маров.
Потому что на самом деле мы видим лишь маленькую часть комет Солнечной системы. Главный же кометный резервуар летает по орбитам в двух областях на периферии системы — в поясе Койпера и в облаке Оорта.
Если жизнь не принесена из галактики, то она могла возникнуть и на наших родных триллионах комет |
Дело в том, что, когда большие планеты уже образовались, в системе осталось довольно много планетезималей, напоминающих по составу грязные снежные комья. То есть кометы. Около 100 млн этих планеток были выброшены гравитационными силами Солнечной системы за орбиту Нептуна, где они сейчас и находятся. Так образовался пояс Койпера. Плутон — одно из этих 100 млн тел и планетой по современным представлениям не является. Впрочем, он претерпел изменения в процессе эволюции, в его составе гораздо больше каменистых веществ. В последнее десятилетие в поясе Койпера наблюдали множество таких образований, в том числе и сопоставимых по размерам с Плутоном.
Пояс Койпера плоский, напоминает кольцо и тянется в пространство на расстояния в 10 раз больше орбиты Нептуна. Но еще в 1000 раз дальше находится облако Оорта. Это шар, состоящий из орбит 10 трлн комет. Их, впрочем, никто пока не видел. Но по моделям выходят эти чудовищные цифры.
Наша система дрейфует вокруг центра галактики. Время от времени пролетает мимо других звезд. Их притяжение хоть и слабенькое, но периодически меняет величину и направление. И при таких изменениях кометы в облаке Оорта сходят со своих орбит и периодически забрасываются внутрь Солнечной системы. Они, как правило, находятся на сильно вытянутых параболических или даже гиперболических орбитах.
— В момент и вскоре после образования системы эти тела находились в более беспорядочном движении, чем сейчас, и могли бомбардировать Землю постоянно, принося воду и газы, — говорит Маров. — Понимаете, это все модели, — чтобы их проверить, нужно знать первичный состав Солнечной системы. Комета Tempel I, видимо, пришла из пояса Койпера, причем не так давно. Но образовалась она в те же времена, что и остальные кометы. И состав ее не менялся 4,5 млрд лет.
НЕБЕСНЫЕ ПОСЛАННИКИ
Что еще вместе с водой могли принести на Землю кометы? Один из самых главных вопросов эксперимента на Tempel I — есть ли в кометном ядре органические вещества, и если есть, то какие. Ведь органические вещества — участники жизненных процессов и, по принятым гипотезам, предшественники жизни как таковой.
При исследовании кометы Галлея в 1986 году были найдены частицы, содержащие органическое вещество. Есть и другие данные о том, что органика может содержаться в кометах.
— Кометы могут быть причиной не только образования океанов на Земле, но и источником возникновения жизни, — говорит Маров. — Биотическое вещество может выживать на таких телах очень долго.
Вопрос возникновения жизни на Земле — один из ключевых в современной биологии. При его обсуждении сломано не одно копье, и он остается открытым. Основная гипотеза происхождения живых организмов следующая. Сначала в океанах под действием температуры и радиации Солнца возникли простые органические молекулы, потом из них синтезировались сложные. Нуклеотиды — предшественники ДНК, аминокислоты, из которых состоят белки. Затем из этих предшественников синтезировались собственно биологические молекулы — ДНК и белки. Затем могли возникнуть первичные клетки. Причем все это должно было происходить хаотически, случайно.
Гипотезу эту пока ни доказать, ни опровергнуть никому не удавалось. Бытует еще одна теория, в которой схема та же, но распространена уже на масштабы всей Вселенной.
— Оценки показывают, что на Земле первичные молекулы возникнуть не могли за то время, что наша планета существует, — говорит директор Института биохимической физики им. М Н. Эмануэля Сергей Варфоломеев. — Вселенная же намного больше и старше Земли. Поэтому гипотеза панспермии — переноса жизни от одной звездной системы к другой — весьма популярна. Человечество, например, выбрасывает в космос продукты своей жизнедеятельности. На той же болванке, ударившей комету, есть и органические молекулы, и, возможно, бактерии с Земли. Вояджеры удаляются от Солнечной системы в галактику. Их тоже не стерилизовали. Идет глобальное расселение органики вокруг Земли.
Даже если жизнь не принесена из галактики, то она могла возникнуть и на наших родных триллионах комет.
— Совершенно очевидно, что на огромном количестве тел, в огромных пространственных и временных масштабах из этих органических соединений могли образовываться и более сложные вещества — пребиотические, — сообщает Маров.
Но в случае внесистемного возникновения жизни — как она могла быть принесена из глубокого космоса? Оказывается, теми же кометами. Потому что именно они обеспечивают связь Солнечной системы с галактикой и распространяют «обмен веществ» на огромные пространства.
Некоторые кометы могут приходить и из галактики, так же как и наши — уходить в нее. Ведь гравитационные воздействия других звезд могут не только забрасывать ледяные глыбы внутрь системы, но и уводить наружу. Нельзя исключать того, что те кометы, которые идут с гиперболическими скоростями и которые мы видим один раз, пришли от других светил.
— Это фактор, который говорит о том, что теория панспермии имеет под собой очень серьезные основания, — говорит Маров.
Так что древние китайцы были не так уж и не правы, когда считали кометы посланниками небесных государств.
ПЕРЕХВАТ АРМАГЕДДОНА
Эксперимент Deep Impact имеет еще одно — совершенно практическое — значение. Попав тяжелым снарядом в цель на расстоянии в¸¯160…160¸¯млн км, американцы отработали принцип защиты Земли от комет и астероидов.
США озабочены этой проблемой давно. В стране много лет существует служба Space Guard Survay — «космическая стража». Ее задача — обнаружить все астероиды размером более 1 км. Такие астероиды называют убийцами, то есть при падении на Землю они приводят к глобальным катастрофам, с полным разрушением цивилизации и серьезными потерями для биосферы. Такого рода астероид когда-то погубил динозавров, были и менее значительные, но неприятные события вроде эпох похолоданий на несколько тысяч лет. Сейчас обнаружено больше половины таких объектов-убийц, а их общее число оценивают до 1000. Уже ставится задача найти более мелкие объекты — до нескольких сот метров.
— Конечно, обнаружить и составить каталог астероидов типа Тунгусского, размером в 50 — 100 м, невозможно. Орбиту Земли пересекает около 2 млн таких тел, — говорит генеральный директор НП «Центр планетарной защиты» Анатолий Зайцев. — Нельзя каталогизировать и кометы — они приходят с границ Солнечной системы неожиданно.
80-метровый астероид вошел в атмосферу над населенными районами США |
За последние 100 лет наблюдались четыре опасные метеоритные атаки Земли. 30 июня 1908 года в районе реки Подкаменной Тунгуски в Сибири упало ядро невидимой (неактивной и бесхвостой) кометы размером 50 — 100 м. Зона поражения оказалась около 2000 кв. км. 13 августа 1930 года свалился метеорит в Бразилии. Мощность взрыва составила 1 мегатонну, и есть свидетельства, что были жертвы среди жителей берегов Амазонки. 12 февраля 1947 года железный астероид упал в горах Сихотэ-Алиня. Размер его был всего лишь 3 м, но он имел большую массу и скорость, поэтому взорвался с огромной силой. Самый опасный случай произошел по историческим меркам совсем недавно — 10 августа 1972 года. 80-метровый астероид вошел в атмосферу над населенными районами США, пролетел над Землей около 1500 км и ушел обратно в космос над территорией Канады. Множество американцев наблюдали этот объект и даже снимали на камеры. Астрономические службы его не обнаружили, так как большинство астрономов работают ночью и телескопы направлены от Солнца, то есть не отслеживают все небо.
— Сейчас ни у одной страны нет способов защититься от этого ужаса, — говорит Зайцев, — поэтому нужно создавать международную службу обнаружения и перехвата таких объектов. Мы в центре составили концептуальный план, который можно привести в исполнение в течение нескольких лет. Пока заинтересованности ни у коммерческих структур, ни у властей не было. Я знаю, что Тони Блэр планировал выступление на собрании «Большой восьмерки» о предупреждении природных катастроф, в том числе и астероидной опасности. Пока же мы работаем на энтузиазме, хотя людей задействовано в проекте довольно много. В основном это специалисты различных космических, научных, ядерных и военных организаций, таких как НПО им. С А. Лавочкина, НПО «Молния», ОКБ МЭИ, ядерные центры в Сарове и Снежинске… Всех не перечислишь.
Сама система должна состоять из служб обнаружения, как наземных, так и космических, и систем перехвата — боевых ракет с ядерными зарядами, призванных или разрушить мелкий объект на подходе к планете, или отклонить крупный задолго до сближения с нами.
— Сейчас многие достаточно крупные астероиды не обнаруживают совсем, — говорит Зайцев. — Если он летит со стороны Солнца, его невозможно увидеть из-за света. Для контроля пространства с этой стороны нужно отправить в космос два телескопа. Оба будут лететь по той же орбите вокруг Солнца, что и Земля. Один — в 10 — 15 млн км впереди нашей планеты, другой — на таком же расстоянии позади. Первый будет смотреть назад, а второй — вперед.
Самая сложная часть системы, конечно, — атака астероида или кометы. Именно эту часть опробовали американцы в миссии Deep Impact. В эксперименте американцы показали, что они смогли очень эффективно защитить аппарат от пылинок комы кометы. Когда в 1986 году западноевропейский аппарат «Джотто» прошел на расстоянии 500 км от кометы Галлея, то в него, как пуля, врезалась такая пылинка и сбила ориентацию. В нынешней миссии этого удалось избежать.
И все же сейчас такие эксперименты больше напоминают самодеятельность. Действительно, наверное, нужно создавать защиту на международной основе и не пугать обывателя фильмами вроде «Армагеддона».
— Система обязательно должна быть международной, — убежден Зайцев. — Чтобы исключить, например, скрытие информации. Если объект будет падать на страну с неугодным правительством, где гарантия, что обладатель системы защиты вмешается? Кроме того, американцы при всех их достижениях не имеют таких ракетоносителей, как, например, российско-украинский «Зенит». Его можно подготовить к старту всего за полтора часа, а значит, сбивать объекты с подлетным временем всего в двое суток.
Но в целом все замечательно. Такие эксперименты и такие планы говорят о том, что человечество вышло в космос всерьез и начинает там хозяйничать.