Астрономы не всегда ограничиваются наблюдениями через телескоп. Комета Темпель 1 или 9P/Темпеля (9P/Tempel 1) может это подтвердить — ученые разбили об нее 372-килограммовый снаряд ради научных целей, сделав кратер в 100 метров в поперечнике. Так Темпель 1 стала первой в мире кометой, на которую «приземлился» зонд.

Характеристики кометы Темпель 1

Случилось это в рамках миссии «Deep Impact», что переводится как «глубокое влияние». Почему была выбрана именно Темпель 1? У нее один из кратчайших периодов обращения вокруг Солнца — всего 5 с половиной лет. Для сравнения, период первой кометы с доказанной периодичностью — кометы Галлея — составляет 75 лет. Второй причиной стала принадлежность Темпель 1 к семейству Юпитера, то есть отдаляется от Солнца не дальше него — что немаловажно, учитывая способность комет долетать к границам Солнечной системы. Вся эта точность необходима из-за непостоянности орбиты кометы. Чем меньше разброс значений, тем больше шансов у зонда выполнить свою миссию. Сыграли роль и другие характеристики кометы — а именно:

• Масса Темпель 1 оценивается в 5×10¹³ кг при длине в 7,6 километров. Итоговая плотность кометы — 0,62 г/см³, что сравнимо с плотностью картона — если бросить комету в воду, то она не потонула бы, а плавала на поверхности, как дерево. Такая легкость объясняется тем, что комета преимущественно состоит из слоев пыли и льдов различных веществ — в том числе и воды. До миссии «Дип Импакт» считалось, что именно лед преобладает в структуре комет. Но оказалось, что пыли куда больше — до 80% кометы Темпель 1 занимают пустоты между пылинками и пластами льдов.
• Плотность Темпель 1 достойна отдельного упоминания — ученые не обнаружили никаких признаков сжатия материала кометы ближе к центру. Это подтверждает теорию того, что кометы — это небольшие каменные или металлические астероиды, которые «наворовали» из колец Сатурна воду и пыль. Но дальнейшие исследования открыли, что Темпель 1 не принадлежит к таким кометам — он застал первые дни Солнечной системы.
• Поверхность Темпель 1 на четверть покрыта льдом, причем большинство льда — около 19% — это комки снега, свалянные с пылью. Именно этот лед, нагреваясь в лучах Солнца, образует кому кометы — гигантское облако из газов и пыль, покрывающее Темпель на расстоянии от 700 до 500 километров (на момент подлета «Дип Импакт». К слову, только благодаря коме и хвосту — «шлейфу» комы — комету можно увидеть. Светоотражающая способность Темпель 1, альбедо, составила 4% — чуть больше, чем в угля.

Открытие преобладания пыли над водой в составе кометы не было единственным прорывом, сделанным миссией «Дип Импакт». В материале Темпель 1, выброшенного в космос ударом зонда, нашли и органические вещества. Это были не только «классические» в Солнечной системе углекислый газ и аммиак, встречающиеся даже на Плутоне, но и более сложные — вроде нитрита уксусной кислоты.

Такое разнообразие органики почти подтверждает теорию того, что именно кометы занесли жизнь на Землю. Почти — потому что на кометах до сих пор находили только «тяжелую» вода. В ее молекулах вместо обычного водорода фигурирует его более тяжелый изотоп — дейтерий. И когда водоросли и бактерии могут спокойно жить в тяжелой воде, более сложные организмы, вроде рыб или мышей, умирают.

Открытие и исследование Темпель 1

Первичный этап

Открыта комета была достаточно давно — еще в 1867 году в Марселе ее обнаружил Эрнст Темпель. В отличие от астероидов, астрономы не называют кометы самостоятельно — им присваиваются имена тех, кто первым доказал периодичность ее появления близ Солнца. Кроме того, в названия есть буквенный префикс, указывающий на класс кометы. Так как Темпель 1 — короткопериодическая комета (P), ее полное название — 9P/Темпель 1.

Сам Темпель вошел в астрономию через свой бизнес — литографию, в которой часто выполнял заказы ученых. С помощью телескопа, сооруженного на свои средства, он обнаружил свою первую комету, далее работал профессионально в Марсельской обсерватории. За время своей деятельности Эрнст Темпель обнаружил 21 комету и 5 астероидов. Среди обнаруженных им комет примечательна не только Темпель 1, но и 55P/Темпель-Туттль — комета, хвост которой создает сильный метеоритный дождь Леонидов, повторяющийся раз в 33 года.

В конце ХХ — начале XIX веков, когда в практику входило фотографирование небесных объектов, астрономы пытались сфотографировать Темпель 1. Однако, на установленном месте комету не нашли — поэтому объявили о том, что Темпель 1 исчезла, расплавившись окончательно во время очередного пролета у Солнца или врезавшись в какой-то объект. На самом деле, изменилась ее орбита. В 1881 году Юпитер, в зону сильного влияния которого случайно попала Темпель 1, растянул траекторию ее движения — период ее обращения вокруг Солнца увеличился на целый год.

Современный этап

Снова Темпель 1 была обнаружена только в 1967 году британским астрономом Вильямом Марсденом, который догадался о влиянии Юпитера на движение кометы. В том же году ее смогли сфотографировать. Однако окончательно орбита Темпеля была зафиксирована в 1972 году. С тех пор она наблюдается с Земли регулярно во время своего появления между маем и июлем. К тому времени Юпитер «вернул» Темпель 1 на место, и период ее обращения по сегодняшний день составляет 5,5 года.

До 2005 года Темпель 1 долгое время была под прицелом орбитальных телескопов «Хаббл» и «Спитцер» — они вычислили ее актуальную орбиту, а также регулярно проводили спектральные замеры. Однако главное — и одно из важнейших исследований в истории изучения комет — было сделано зондом «Дип Импакт» в 2005 году.

Зонд «Deep Impact»

Пролет Темпель 1 как раз совпал с завершением конкурса от НАСА на самый выгодный исследовательский аппарат для комет. Классические варианты зондов — с приземляемыми модулями и отстреливаемыми капсулами — были признаны либо недостаточно надежными для работы в условиях кометы, либо же слишком дорогими. И все они не позволяли сделать главного — заглянуть в центр кометы, развеяв тайну ее происхождения и состава. Проект «Дип Импакт» за 267 миллионов долларов предложил новую и очень смелую идею — выстрелить в комету медной «пулей», чтобы обнажить внутренние породы под прицелы анализаторов, не ограничиваясь исследованием одной поверхности.

Почему снаряд должен быть медным? Хотя астрономам с помощью зондов удалось увидеть в 80-х ядро кометы, скрытое от земных телескопов хвостом и комой, было ясно, что в ее составе не может быть меди, очень тяжелого металла. Медная «пуля» не была простой болваной — кроме разгонных двигателей и антенны, на нее установили камеру для съемки поверхности Темпель 1 вблизи.

Работа зонда прошла успешно. Камера ударного модуля снимала Темпель 1 до самого удара — последний снимок был захвачен за 4 секунды перед контактом. Сам удар 372-килограммового ударного модуля на скорости 10 км/с был равен силой взрыву пятитонной бомбы. Энергия удара испарила металл, оставив на поверхности кометы кратер диаметром в 100 метров и глубиной в десятиэтажный дом. Пыль и лед, выброшенные ударом наружу, образовали масштабное облако, которое вскоре покинуло Темпель 1 — по скорости отдаления ученые смогли определить массу и плотность астероида.

Видео соударения импактора с кометой

Кроме самой «пули», за атакой Темпель 1 следила несущая часть зонда «Дип Импакт», витающий над кометой на расстоянии 8700 километров, а также два космических телескопа — «Хаббл» и «Спитцер». Они не только проанализировали состав вырванного ударов вещества кометы, но и зарегистрировали повторный выброс газов и пыли — в 5 раз сильнее, чем вспышка от ударного модуля «Дип Импакта». Ученые считают, что под воздействием Солнца глубинные льды ядра вскипели и газовым взрывом улетучились из кометы.

Насколько сильно повлияло человеческое воздействие на судьбу Темпель 1? Орбита кометы сместилась всего на 30 метров, а время оборота вокруг Солнца — на пару минут. По сравнению из Юпитером, который в 2024 году в очередной раз оттянет Темпель 1 на 30 миллионов километров, «Дип Импакт» почти не потревожил комету.

Зонд «Стардаст»

Однако «Дип Импакт» был не единственным космическим аппаратом, посетившим Темпель 1. Выполнив свою главную миссию по доставке вещества кометы Вильда 2 на Землю, зонд «Стардаст» — в переводе «звездная пыль» — отправился в 2011 году к Темпель 1. Целью зонда было посмотреть на кратер, сделанный своим предшественником.

К слову, «Стардаст» уже встречался с кометой в 2005 году — но тогда он был занят более важными целями, и на снимках Темпель 1 выглядела как кучка пикселей. Повторное посещение кометы в 2011 году стоило НАСА дополнительные 30 миллионов долларов.

Минимальное сближения «Стардаста» с Темпель 1 составило 185 километров — достаточно близко в космических масштабах. Зонд сумел зарегистрировать кратер «Дип Импакта» — он стал больше в размерах, а в его центре обнаружили горку грунта — видимо, последствие второй вспышки после удара. Все детали рельефа на комете сильно обострились — это свидетельствовало об активной эрозии, разрушающей комету. Пролет Темпель 1 стал завершением долгих 12 лет работы зонда «Стардаст».

Особенности Темпель 1

Миссия «Дип Импакт» была не только первым в истории случаем, когда астрономам удалось заглянуть внутрь кометы, но и самым глубоким проникновением человеческого «глаза» в какой-либо космический объект. Были получены сведения даже о составе ядра кометы, материал которого участвовал во взрыве после удара модуля зонда. До этого ядро было хорошо укрыто от воздействия Солнца. Это значит, что вещество внутри Темпель 1 сохранилось в том виде, в котором существовало в самом начале Солнечной системы — периоде образования всех планет и комет.

Глубина полученных данных позволила узнать немало интересного о кометах, в частности о Темпель 1 — а именно:

• Происхождение Темпель 1 удивляет. Зародилась комета больше 4 с половиной миллиардов лет назад между Ураном и Нептуном. Тогда они были куда ближе к Солнцу и постоянно менялись орбитами. Гравитационные маневры таких масштабов привели к разбрасыванию большого количества комет. Часть из них улетело к облаку Оорта — зоне малых космических тел на границе Солнечной системы, откуда прилетает большая часть долгопериодических комет. Другие же были захвачены Юпитером, Ураном, Нептуном и Сатурном в свои кометные «семейства». Подобная судьба постигла и Темпель 1.
• На поверхности ядра Темпель 1 ученые обнаружили ударные кратеры от метеоритов. Учитывая хрупкость «корки» кометы, похожей структурой на грязный снег, а также предыдущий опыт изучения комет, кратеры Темпель 1 стали первыми в мире обнаруженными кометными кратерами.
• Астрономы не ожидали обнаружить на Темпель 1 органические вещества, но встречаются они по Солнечной системе более-менее регулярно. Настоящим сюрпризом стала находка глины — до сих пор считалось, что она формируется только под воздействием жидкой воды.
• Вторичная газовая вспышка после атаки Темпель 1 зондом выбросила кристаллы оливина — бледно-зеленого минерала, содержащего магний и железо, который встречается на Земле в виде драгоценных камней хризолитов, а также на острове Гавайи в виде знаменитого зеленого песка. Оливины составляют львиную долю лунной пыли.

Интересный факт — хвост и кома кометы, несмотря на свою эфемерность и прозрачность, достаточно тверды. Зонд «Стардаст», подлетая к Темпель 1, был пробит в нескольких частях скоростными потоками газа и пыли.