Пожалуй, самые загадочные и изменчивые объекты звездного неба — кометы. Необычайный их вид с хвостами, тянущимися через весь небосвод, возможность их столкновения с Землей, как это, по-видимому, было в случае Тунгусского метеорита, предстоящее появление знаменитой кометы Галлея близ Солнца в 1986 году — все это вызывает пристальный интерес к самим кометам, к их природе и ко всему, что связано с ними.
Правда, ка этот раз возвращение кометы Галлея уже не будет таким впечатляющим, как 76 лет назад. По всей вероятности, с Земли ее не будет видно (во всяком случае в северном полушарии) невооруженным глазом. Однако впервые пролет кометы произойдет в эпоху космических исследований, и ее можно будет исследовать с борта космического аппарата.
В начале марта 1986 года в далеком космосе в районе, удаленном от Земли примерно на 135— 170 миллионов километров, на встречу с кометой Галлея выйдут сразу четыре межпланетные автоматические станции — две советские, европейская и японская.
…Появление хвостатых звезд испокон веков считалось дурным знамением, предвещавшим беду — войну, голод, мор. Греки, например, словом «комета» называли большие катастрофы. И наибольший ужас во все времена наводила на человечество комета Галлея.
Первое упоминание о ней относится к 240 году до нашей эры. Появление в 66 году этой «саблезубой» кометы, озарившей мрачным светом небо Иерусалима, историк Иосиф Флавий посчитал знаком, предвзщавшим гибель города, свершившуюся в 70 году. Через тысячу лет, в 1066 году она якобы решила исход битвы при Гастингсе, открыв путь нормандскому завоеванию Англии.
Флорентийский художник Джотто ди Бондоне, увидев эту комету в 1301 году, запечатлел ее как звезду Вифлеема на своей знаменитой фреске «Поклонение волхвов» в капелле Арена в Падуе.
В 1910 году появление кометы вызвало настоящую панику и ожидание конца света. В ночь с 5 на 6 мая Земля врезалась в ее пышный хвост и… благополучно прошла сквозь него.
Но, вероятно, первым, кто увидел в кометах не божественное знамение, а реальный объект наблюдения, движущийся в межпланетном пространстве, был датский астроном Тихо Брагге.
В XVII веке комету наблюдали Кеплер и Ньютон. Причем последний показал, что она двигалась почти по параболической орбите. Друг Ньютона английский математик и астроном Э. Галлей собрал обширный материал по ранее наблюдавшимся кометам. Последовательно применив законы Ньютона, он сумел вычислить орбиты многих из них. Так был составлен первый каталог. Ученый обратил внимание на удивительную закономерность: три кометы, наблюдавшиеся с разницей примерно в 76 лет, двигались по удивительно схожим орбитам. Его впервые осенила догадка, что это могло быть одно и то же небесное тело, и он рискнул предсказать ее появление в 1958 году. Но в расчетное время комета не появилась. Тогда французский математик А. Клеро предположил, что прибыть комете «по расписанию» могли помешать возмущения ее орбиты большими планетами. Вместе с другими учеными он провел расчеты, указав точный срок появления небесной гостьи. Ее назвали кометой Галлея.
Чем же интересны «хвостатые звезды»?
Если принять полную массу всех тел Солнечной системы за 100 процентов, то на долю Солнца придется 99,866 процента от этого общего количества, на долю девяти больших планет — еще около 0,134 процента, остальное — малые тела Солнечной системы: астероиды и кометы. Число их, однако, чрезвычайно велико, и малые тела нельзя исключить при рассмотрении вопроса строения и эволюции Солнечной системы.
Согласно одной из наиболее признанных гипотез, рождение Солнечной системы произошло 4,5 миллиарда лет назад. И тогда же на холодных задворках досолнечного облака образовались кометы. Как полагают, они являются зародышами больших планет, но так и не вошедших в классический их ряд. Ядра же комет представляют собой тот исходный материал, из которого сформировалась планетная система. Эволюция коснулась только больших тел — Солнца, планет. Малые же тела почти не изменились за время своего существования. Другими словами, их физический и химический состав остался таким же (или почти таким же), как состав первичной газово-пылевой туманности, из которой образовались Солнце и планеты. Следовательно, в кометах хранится уникальная информация о физических и химических процессах, протекавших в момент зарождения Солнечной системы. Наблюдая их, астрономы словно бы возвращаются к тем временам.
Обреченные стать вечными изгоями Вселенной, кометы собрались вместе в одно облако, именуемое «областью Оорта», удаленной от Солнца на расстояние до 50 000 астрономических единиц, и «затихли» в ней замороженными конгломератами пыли и льда радиусом от сотни метров до десятков километров. Считается, что в этом облаке находится до 100 миллиардов кометных ядер, временами под влиянием, например, гравитационного воздействия планет или притяжения Солнца то одна, то другая комета покидает свое обиталище и устремляется в путь. Некоторые из путешественниц добираются до внутренних зон Солнечной системы. Часть из этих комет переходит на так называемую «переходную орбиту», перигелий которой находится далеко за пределами орбит планет-гигантов Юпитера и Сатурна. Затем они постепенно перемещаются на конечные орбиты, проходящие неподалеку от Солнца. По мере приближения к светилу вокруг кометы вырастает пышная, размером с Солнце, газово-пылевая шапка, светящаяся отраженным солнечным светом. Давление света гонит частички пыли и упорядочивает их, выстраивая в мощный шлейф — кометный хвост, направленный в сторону, противоположную от Солнца. Вначале короткий, он постепенно разрастается до десятков миллионов километров. После прохождения через ближайшую к Солнцу точку орбиты яркость кометы постепенно начинает ослабевать.
Следует отметить, что астрономы определили орбиты уже примерно у шестисот комет. Периоды обращения многих из них составляют всего несколько лет. Но такие быстрые кометы при многократных прохождениях около дневного светила теряют свою массу из-за испарения, как бы стареют. Если же говорить о кометах активных, молодых, но с хорошо известной орбитой, то комета Галлея — наиболее подходящая для космического эксперимента.
Обсуждается несколько вариантов полетов к комете Галлея.
С 1980 года Европейское космическое агентство готовит проект «Джотто». В проекте участвуют многие западноевропейские страны. В разработке первоначального проекта экспедиции к комете Галлея принимало участие и Национальное управление по аэронавтике Соединенных Штатов Америки (НАСА). Старт предполагалось осуществить летом 1985 года. Рассчитано было все — от дня старта и траектории полета до состава научной аппаратуры и ее веса с точностью до грамма. Идея эксперимента заключалась в том, чтобы после ухода автоматической станции за пределы земного тяготения включить небольшой двигатель, который перевел бы аппарат на спиральную траекторию, раскручивающуюся вокруг Солнца. На втором витке такой спирали станция должна была пролететь мимо кометы Галлея на расстоянии в 130 тысяч километров. В момент пролета со станции к комете стартует аппарат весом всего 100 килограммов. Он должен был пролететь на расстоянии около 1000 километров от ядра с солнечной его стороны. Сама станция в это время выполняет функцию ретранслятора радиосигналов зонда, передавая их на Землю. Время действия передатчика зонда ограничивалось четырьмя часами. Полагалось, что за это время удастся произвести все необходимые измерения.
Затем станция делает еще один виток по спирали и через три года вновь возвращается в окрестности Земли, где в это время будет находиться другая комета — «Темпель-2». Предполагалось, что станция сумеет «подстроиться » в хвост этой кометы и, медленно подтягиваясь, добраться почти до ядра, летя внутри кометной атмосферы. Автоматическая станция должна была следовать за кометой около двух лет. В этом случае удалось бы проследить всю динамику процессов, протекающих в комете во время ее сближения с Солнцем.
Стоимость этого проекта для НАСА составляла 250 миллионов долларов и… от него отказались. Европейцы получили финансирование только на часть проекта— встречу с кометой Галлея.
Запуск космического аппарата по проекту «Джотто» намечается осуществить 10 июля 1985 года. В пути он будет находиться 247 суток.
По японскому проекту «Планета-А» планируется запуск двух автоматов: одного — для исследования свойств солнечного aeipa едали от кометы и второго — для встречи с кометой. Первый автомат стартует 31 декабря 1984 года, второй — 14 августа 1985 года. Встреча с кометой должна состояться 8 марта 1986 года.
В Советском Союзе не готовилась специальная миссия к комете Галлея. Однако директору Института космических исследований АН СССР академику Роальду Зиннуровичу Сагдееву пришла мысль попытаться реализовать наблюдения кометы Галлея с борта космического объекта, направив к ней пролетные аппараты будущей экспедиции к Венере, разумеется, после того, как они закончат решение своих задач у этой планеты. Идея нашла убедительное подтверждение у баллистиков. Оказалось, что с помощью небольшого гравитационного маневра вблизи Венеры те же самые венерианские аппараты можно направить к комете Галлея. В этом случае они могут пролететь в непосредственной близости к комете на расстоянии в несколько тысяч километров, что позволит не только сфотографировать ядро кометы, но и исследовать состав пыли и газа, испаряемых ядром, состав и степень ионизации ионов и многие другие необходимые для понимания физики комет и происхождения Солнечной системы явления.
Проект получил название «Вега». Это название отражает двойную научную цель миссии — Венера — Галлей.
Запуск космического аппарата «Вега» планируется на вторую половину декабря 1984 года с космодрома Байконур.Для обеспечения большей надежности проведения эксперимента будут запущены два идентичных аппарата с интервалом две недели. В июне 1985 года космические аппараты пролетят мимо Венеры и от них отделятся спускаемые аппараты, которые совершат посадку на поверхность планеты. В марте 1986 года, после примерно 440 дней полета и через 270 суток после сближения с Венерой, состоится встреча пролетных аппаратов с кометой. В момент встречи космические аппараты будут находиться приблизительно на расстоянии 120— 140 миллионов километров от Солнца и в 135— 170 миллионах километров от Земли. В это время комета Галлея будет двигаться в направлении отдаленных областей Солнечной системы со скоростью 46 км/с, а космические аппараты со скоростью 34 км/с будут лететь навстречу комете. Так как они движутся не строго навстречу друг другу, относительная скорость их сближения будет равна примерно 78 км/с. Космические аппараты пролетят мимо предполагаемого ядра кометы таким образом, чтобы бортовые оптические приборы были наведены на освещенную Солнцем сторону кометы. Постоянное наведение приборов на комету обеспечивается поворотной платформой, на которой установлены эти приборы. Каковы научные цели этих полетов? Во всех проектах они, в принципе, идентичны. По существу речь идет о выяснении природы ядер и атмосфер комет.
Почти вся масса кометы сосредоточена в ядре. Однако кометных ядер никто никогда не наблюдал. Даже самые большие наземные телескопы не способны «пробиться» сквозь атмосферу комет — кому. Поэтому мы можем только предполагать, что содержится внутри нее. Хотя имеются правдоподобные модели, основанные на анализе тех явлений, которые наблюдаются в коме и хвосте.
Хотелось бы определить размеры, массу, химический состав ядра, его физическое состояние, причины взрывов и выбросов из ядер — связаны ли, например, они с солнечной активностью, химический и изотопный состав кометной атмосферы — газа и пыли. Наземные спектроскопические исследования комет дают лишь косвенную информацию о составе их ядер.
Желательно определить концентрацию и состав кометной плазмы, величину магнитного и электрического полей, если они имеются, характер взаимодействия комет с солнечным ветром, например, структуру возникающих при этом ударных волн, и т. п.
Аппаратура для экспедиций должна включать телевизионную камеру, которая могла бы фотографировать комету по мере приближения к ней космического аппарата, масс-спектрометры для определения видов нейтральных и ионизованных молекул кометных атмосфер и пылинок; магнитометр, электронный анализатор, радиокомплекс, позволяющий производить радиопросвечивание кометной плазмы, радиолокацию ядра, головы и хвоста кометы, принимать ее собственное радиоизлучение.
Вес научной аппаратуры, которую можно разместить на космических аппаратах, ограничен. Поэтому, несмотря на единые, в принципе, научные цели, преследуемые во всех проектах, состав приборов, размещаемый на каждом из аппаратов, несомненно различен. Полезная нагрузка космического аппарата «Вега» (около 120 кг) в три раза больше, а скорость передачи научной информации на Землю на 50 процентов выше, чем в случае «Джотто». Существенной особенностью «Веги» является также трехосная ориентация, благодаря которой можно обеспечить наведение оптических приборов на около-ядерную часть кометы. Основной поток информации будет передаваться на Землю в режиме непосредственной передачи, что является весьма существенным из-за повышенного уровня метеорной опасности при встрече с кометой.
Проект «Вега» по сути — международный. В создании научной аппаратуры вместе с советскими учеными принимают участие специалисты Австрии, Болгарии, Венгрии, Германской Демократической Республики, Польши, Франции, Федеративной Республики Германии и Чехословакии. Работами руководит международный научно-технический комитет. Научный руководитель проекта — директор Института космических исследований АН СССР академик Роальд Зиннурович Сагдеев.
Итак: полет к комете — новая задача, более сложная, чем уже привычные полеты к планетам. Это будет первый шаг в исследовании малых тел Солнечной системы.
На снимках: комета Галлея, сфотографированная в 1910 году; траектория полета космического аппарата «Вега».
