Поверхность ядер комет

В последние дни получены первые снимки ядра кометы 67P/Чюромова-Герасименко. На них видно множество деталей. Остаются считанные дни, до тех пор пока зонд «Розетта» не выйдет 6 августа на орбиту вокруг ядра кометы высотой около 100 км. Это кометное ядро стало уже шестым, к которому приближались космические аппараты, поэтому мне захотелось систематизировать эти наблюдения.

Но для начала можно немного больше рассказать о самой комете 67P/Чюромова-Герасименко. Её период составляет 6.45 лет. Перигей орбиты лежит в районе орбиты Земли, а апогей в районе Юпитера.

      Орбита кометы 67P/Чюромова-Герасименко.

       Близость кометы к орбите Юпитера не случайна. До 1959 года комета имела значительно больший перигей в 2.7 а.е. Пролет Юпитера 4 февраля 1959 года в 7 миллионах километрах от него существенно изменил орбиту кометы. В связи с этим комета вероятно и имеет достаточно древнюю поверхность. На данный момент предварительные оценки (из нового метода изучения не гравитационных сил за счет испарения воды) дают среднюю плотность 102±9 кг на м3.

        Первый близкий пролет кометы был совершен в 1986 году. Целая флотилия земных зондов посетила самую знаменитую комету Галлея при ее 30-ом известном прохождение перигея.

      Флотилия земных зондов, встретившая комету Галлея в 1986 году. 

      Период кометы составляет 74-79 лет. Апогей орбиты лежит в районе орбиты Нептуна и Плутона, а перигей в районе орбиты Венеры. Ядро кометы Галлея крупнейшее, которое посещали космические зонды. Его размер составляет 15 х 8 х 8 км. Космические зонды пролетели далеко от ядра кометы, поэтому его массу удалось определить лишь приблизительно. Оцениваемая плотность составила 200-1500 кг на м3.

      Орбита кометы Галлея. 

      Вначале, 6 и 9 марта 1986 года в 8890 и 8030 км от ядра кометы пролетели советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2».

      Снимок кометы Галлея станцией «Вега-2» с расстояния в 8 тысяч км. 

      Наблюдения «Вег» позволили получить не только снимки поверхности, но и определить его альбедо — всего 4%. Кроме того, ИК-измерения показали, что температура поверхности в некоторых точках достигает 100 градусов Цельсия. Наблюдения кометы помогли европейскому зонду «Джото» подлететь к комете ещё ближе — до расстояния 540 км в ночь с 13 по 14 марта 1986 года. В этом случае фотографирование удалось осуществить только при подлете. Система наведения смогла гасить удары пылевых частиц только до расстояния в 2500-3000 км от ядра, где съемка была прекращена. А за 2 секунды до максимального сближения была потеряна даже связь с аппаратом. Через 25 минут после пролета связь с зондом была восстановлена, но оказалось, что телекамера вышла из строя. Снимки с «Джото» с разрешением до 38 метров на пиксель и покрывшие до 25% поверхности смогли обнаружить у ядра множество деталей:

       Crater – кратер, Chain of Hills - цепь гор, Active Region – активный регион, Central Depression – центральная впадина, Mountain – горы, Ridge – хребет, Hill – холмы, Bright Patch – яркое пятно. 

       Еще одна детализация ядра кометы Галлея.

       Следующей кометой ставшей целью пролета космического зонда стала 19P/Боррели. Пролет был совершен 21 сентября 2001 года в рамках расширенной миссии экспериментального зонда Deep Space 1 с максимальным сближением до 2171 км. Эта комета имеет следующие размеры ядра — 8 х 4 х 4 км. Ее орбита имеет апогей в 5.83 а.е., а перигей в 1.35 а.е. Пролет был совершен вблизи перигея кометы. Были получены оценки средней плотности ядра в 180-300 кг на м3. Измеренное альбедо составило 3%.

          Лучший снимок кометы Боррели с расстояния в 3556 км и разрешением в 47 метров на пиксель.

          Детали ядра кометы Боррели. Dark Spots — темные пятна, Mottled Terrain – пятнистая местность, Mesa(s) – плоскогорья, Ridge – хребты, Unit Boundary – границы, Trough - впадины.

          Эти наблюдения показали, что комета имеет сухую горячую поверхность, без спектральных характеристик водного льда. Вероятно комета покрыта сверху толстым слоем пыли.

         После этого в 2002 году NASA запустило зонд CONTOUR (COmet Nucleus TOUR). Это была шестая миссия по конкурсу Discovery. В ходе нее этот зонд должен был совершить пролет сразу трех комет.

    Внешний вид зонда CONTOUR-1.

    К сожалению, эти планы так и не сбылись. При попытке отлета от Земли на зонде взорвался главный двигатель и связь со станцией была утеряна навсегда.

     Планируемая траектория полета зонда CONTOUR.

     Следующий пролет кометы был уже успешный. Очередной целью стала комета 81P/Вильда, к который в 1999 году был запущен зонд «СтарДаст» («Звездная пыль»), c целью первого привоза на Землю вещества кометы. Эта комета отличается тем, что она резко изменила свою орбиту после пролета Юпитера в 1974 году на расстояние 30 миллионов километров. В результате этого ее период обращения уменьшился с 40 до 6 лет, а перигей с 4.9 до 1.5 а.е. При пролете 2 января 2004 года в 240 км от ядра, зонд сделал 72 снимка с максимальным разрешением в 14 метров. Габариты ядра составили 5.5 х 4.0 х 3.3 км, а оцененная плотность 380-600 кг на м3. Было измерено альбедо в 3.4%.

   Траектория полета зонда.

    Снимки зонда StarDust. Видны в том числе и гейзеры. 

    Некоторые детали рельефа кометы получили собственные имена. Авторы специально подчеркивают, что это не обязательно ударные кратеры.

           Детали ядра кометы Вильда.

          В то же время многие детали, как Rahe они считают кратерами. В пользу этого они приводят аналогии плоских ударных кратеров (без центральных пиков).

         Микрократер в лунном стекле диаметром всего 10 микрон. Этот кратер не имеет центрального пика. 

         Плоский кратер диаметром в 10 см, полученный в лабораторном эксперименте. В качестве мишени использовался пористый материал, а сам ударный зонд размером в 3.2 мм был сделан из керамики. 

         Кроме кратеров на ядре кометы исследователи идентифицировали следующие детали: холмы и плоскогорья, уступы, скалы, яркие пятна, впадины. В общем же при пролете зонда СтарДаст удалось картографировать только половину поверхности ядра кометы:

       Глобальная карта ядра кометы Вильда.

       Первый анализ привезенного вещества из этой кометы показал полное отсутствие воды. Вещество кометы содержало минералы способные образовываться только при высокой температуре — около тысячи градусов. Только более тщательный анализ позволил обнаружить на комете сульфиды железа и меди, которые могли образоваться только в присутствие жидкой воды. Это открытие позволило отвергнуть теорию, что при рождение кометы не получают достаточно высоких температур необходимых для плавления льда. Из обнаружения специфического минерала кубанита, удалось даже определить максимальную температуру образования комет, как 410 градусов Цельсия.

        После этого был задуман не менее интересный эксперимент — по первой бомбардировке кометы в рамках миссии Deep Impact. Была выбрана ещё одна коротко-периодичная комета семейства Юпитера — 9P/Темпеля. Эта комета была открыта еще в 1867 году. Её период составляет 5-6 лет (он регулярно изменяется под действием Юпитера), а перигей и апогей в 1.5 и 4.7 а.е. Считается, что перигей кометы был понижен после 1609 года с 3.5 до 1.5 а.е. Эксперимент по бомбардировке прошел успешно - 4 июля 2005 года специальный ударный зонд столкнулся на огромной скорости с ядром кометы. При этом единственной неудачей было то, что размер кратера после удара определить не удалось. Облако пыли закрыло свежий кратер. Чтобы решить эту проблему пришлось направить к комете другой зонд Стардаст, который смог совершить успешный пролет кометы 14 января 2011 года, спустя почти 6 лет после эксперимента. Сравнение снимков смогло обнаружить следы кратера с диаметром в 50±12 метров.

          Сравнение снимков места столкновения на комете Темпель 1. 

          В общем же сравнение снимков показало слабые изменения внешнего вида ядра кометы.

       Отступление линий плоскогорья на 20-30 метров. 

       Теперь перейдем к общим сведениям о ядре. Его средний радиус 2.83 ± 0.1 км, а максимальные отклонения от среднего радиуса достигают 830 метров. Измеренное геометрическое альбедо составило 6%. Период вращения кометы очень медленный — 40.6 часов. При пролете 2011 года был измерена скорость выброса пыли в 130 кг в секунду. При пролете 2011 года было получено 72 снимка с разрешением до 11 метров на пиксель. После пролета 2005 года была оценена средняя плотность ядра кометы в 200-1000 кг на м3.

       Сравнение двух пролетов кометы Темпель 1.

        Глобальная карта ядра кометы. 

        Топографическая карта ядра кометы Темпель 1. 

        Детали на поверхности. S1-S4 отмечены четыре области гладкой поверхности. Кружками отмечены ямы разных размером. Темными точками показаны плоские горы (плоскогорья). 

        И наконец, последний известный пролет кометы случился в 2007 году, как дополнительная цель продленной миссии Deep Impact. Ей стала комета 103P/Хартли или Хартли 2. Она же стала и самой небольшой из ядер комет, которые посещали космические зонды — диаметром от 1.2 до 1.6 км. Пролет состоялся 4 ноября 2010 года на расстояние 700 км. Комета также является членом семейства комет Юпитера. Её период 6.5 лет, перигей 1.05 а.е, апогей 5.9 а.е. Альбедо кометы были оценены в 6%.

        Снимок кометы Хартли 2. Источник.

         Галерея снимков кометы Хартли 2. 

         На основе пролета была измерена масса кометы и оценена ее средняя плотность в 200-400 кг на м3. Основными элементами поверхности были названы небольшие курганы (с размером меньше 40 метров), расположенные на концах ядра, гладкие поверхности неправильной формы, и ровная поверхность на перешейке.

         В заключение мне остается лишь привести общий портрет всех комет, которые наблюдались вблизи:

           Общая картина всех наблюдавшихся ядер комет. 

           Интересным фактом является то, что 4 из 6 ядер комет кажутся склеенными из отдельных двух тел (за исключением кометы Вильда и Темпель 1).