Из разговоров с Ангелами 349

Из разговоров с Ангелами 349
 
Расстояние пролета (чуть меньше десяти тысяч километров) было выбрано с учетом существовавших ранее представлений о количественных характеристиках кометной пыли. Как же исследовать ядро с такого расстояния? Использовалось 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 поворачивалась во время полета и автоматически отслеживала 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 — это телевизионная съемка ядра. Специальный сложный телевизионный комплекс TBC был разработан для этого советскими, венгерскими и французскими специалистами. Различные его узлы изготовлены в СССР, ВНР и Франции.
Другой прибор — это инфракрасный спектрометр ИКС, при помощи которого одновременно проводилось два разных эксперимента — измерялись поток инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектр инфракрасного излучения внутренних «околоядерных» частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения ее состава. Научное руководство этими исследованиями осуществляли советские и французские специалисты, прибор был изготовлен во Франции.
Третий инструмент на платформе — трехканальный спектрометр ТКС, который получал спектр излучения внутренней комы на длинах волн от 2800 до 18 тысяч ангстрем — был разработан и изготовлен совместно специалистами СССР, Болгарии и Франции.
Итоги исследований ядра кометы Галлея, проведенных при помощи оптических приборов, можно сформулировать следующим образом.
Это монолитное тело, вытянутое, форма неправильная, размеры 14 километров большой оси, около 7 километров в поперечнике. Каждые сутки его покидает несколько МИЛЛИОНОВ ТОНН водяного пара. Вычисления показывают, что такая «производительность» требует, чтобы испарение шло по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать поверхность ледяного тела. Но вместе с тем приборы «Веги» установили, что она черная (отражательная способность менее 5 процентов) и горячая (примерно 100 тысяч градусов Цельсия).
Эта, казалось бы, невероятная, противоречивая картина укладывается в простую модель, которую можно сравнить с мартовским сугробом: конгломератом льда и тугоплавких частиц, отдаленным от внешнего пространства слоем черного пористого вещества с низкой теплопроводностью.
ПРОЕКТ ВЕГА
Этот слой принимает солнечное излучение, часть его переизлучает в инфракрасном диапазоне, часть передает ледяному конгломерату. Молекулы водяного пара, образующиеся в результате испарения, диффундируют сквозь поры вверх и покидают комету. При этом они увлекают отдельные более мелкие частицы пыли. Поверхностный слой в отдельных местах поверхности время от времени взламывается (если слой становится слишком толстым и поры закупориваются), тогда образуется активная область с особо мощным истечением вещества. Толщина пористого слоя невелика — от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Слой этот обновляется очень быстро, за время порядка суток. Верхние его частицы отрываются и уносятся газом, а внизу прилипают новые.
Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета. Химический состав и концентрация ионов плазмы измерялись спектрометром кометной плазмы ПЛАЗМАГ. 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.). Полосы излучения примерно десятка молекулярных компонентов — этих же и других — зарегистрированы во внутренней коме при помощи инфракрасного и трехканального спектрометров. 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, кристаллическую решетку которого как уже говорилось, «вкраплены» другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические.
Химический состав таких твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков, измерялся на траектории полета «Веги-1» и «Веги-2» при помощи пылеударного масс-спектрометра ПУМА. В этом хитроумном устройстве химическом анализу подвергается облачко плазмы, возникающее при ударе пылинок со скоростью около 80 километров в секунду.
Всего был измерен химически состав около 2000 индивидуальных частиц. Он оказался очень сложным неоднородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. На спектрах масс чисто видны пики кислорода и водорода, указывающие на присутствие молекул воды. Наконец, есть пылинки, в которых наряду с металлами 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, сделали выбор в пользу одной из теоретических моделей и существенно уточнили ее. Грубая схема заменена картиной реального природной 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.
Это укладывается в рамки гипотезы, предполагающей что кометные ядра образовались сравнительно недалеко от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет.
Помимо исследований химического состава пылинок, измерялись количественные характеристики пылевого потока — специальные счетчики определяли количество ударов частиц разной массы (один из счетчиков был создан совместно с учеными из Чикагского университета).
Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Поток ее неоднороден — он больше над активными областями ядра, кроме того, имеются эффекты, связанные с различным влиянием светового давления на движение частиц разных масс и размеров. Весьма неожиданным оказался характер распределения частиц по размерам: было обнаружено аномально большое количество малых частиц размером порядка сотой доли микрометра.
Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около одного километра в секунду, в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением. В результате возникает гигантское плазменное образование размером около одного миллиона километров, создающее препятствие на пути сверхзвукового потока солнечного ветра — плазмы из нагретой солнечной короны.
Даже магнитосфера Земли, взаимодействие которой с солнечным ветром изучается уже более половины века с начала космической эры, имеет в 10-15 раз меньшие размеры. Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на хорошо изученные ударные волны перед Землей и другими планетами.
Она была обнаружена и изучена приборами плазменного комплекса аппаратов «Вега», в состав которого входят энергоспектрометр плазмы, магнитометр, анализаторы низкочастотных заряженных частиц. Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы с аппаратов «Вега» 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.