Кометы

Острые ощущения гарантированы. В мае 2014 года космический зонд «Розетта» начнет медленно сближаться с кометой 67P названной в честь ее советских первооткрывателей Клима Чурюмова и Светланы Герасименко. На долгие месяцы аппарат станет спутником этого объекта в полете вокруг Солнца. В ноябре 2014-го «Розетта», запушенная десять лет назад Европейским космическим агентством (ЕКА), должна высадить туда исследовательский робот. Наградой за успешное выполнение задания станет поток новой информации о кометах — загадочных визитерах с окраин Солнечной системы.

Но 67P — не первая избранница астрономов ЕКА. Сначала планировалось направить «Розетту» к другой комете — С/2012 S1, более известной под названием ISON. Это аббревиатура Международной научной оптической сети, в которую входит обсерватория поl Кисловодском, где это небесное тело было открыто при помощи оптического телескопа. Увы. первое же появление во внутренних областях Солнечной системы оказалось для него последним.

Первого октября 2013 года комета приближается на 10.9 миллиона километров к Марсу. А 28 ноября уже достигает перигелия, самой близкой точки к Солнцу на своей орбите. Скорость ее полета — примерно 360 километров в секунду. До Солнца остается всего 1,8 миллиона километров (что примерно соответствует его диаметру). Температура на поверхности кометы, возможно, превышает 2500 градусов Цельсия. Яркость свечения начинает падать. При прохождении солнечной короны, не выдержав высокой температуры и мощной гравитации, она разлетается на части и превращается в облако пыли.

Кометы завораживают не только ученых, но и людей, далеких от науки. Исследователи посылают туда космические корабли стоимостью сотни миллионов евро, астрономы-любители готовы потратиться на поездку в южные страны, чтобы полюбоваться «хвостатыми звездами» на безоблачном небо. Откуда такой энтузиазм? Первая причина — мистическая. Веками наши предки верили, что появление кометы на небосводе предвещает судьбоносные события: стихийные бедствия, смерть старых или приход новых правителей.

Другой секрет очарования этих космических странников — в их эфемерности. Вдали от Солнца это всего лишь безжизненные глыбы диаметром несколько километров. Но при приближении к нему они чудесным образом оживают, раздуваются, наполняются светом, «отращивают» сияющий хвост длиной сотни миллионов километров. А потом снова начинают уменьшаться и блекнуть. Пока наконец не «умирают», словно растворяясь в черной пустоте, чтобы вновь воскреснуть и вернуться порой через много десятков лет. У человека лишь раз в жизни есть шанс увидеть возвращение кометы. Чем не символ бренности всего живого?

Но эти небесные тела — не просто эффектное зрелище. Благодаря им ученые пытаются найти ответы на многие фундаментальные вопросы: как возникла Солнечная система? Что творилось в пылевом диске, вращавшемся вокруг светила в момент его рождения и ставшем источником строительного материала для планет? А главное: как появилась жизнь на Земле? Не занесли ли ее сюда ледяные космические странники?

Прорыв в исследовании комет произошел в 1986 году. Тогда ученым впервые в истории удалось «заглянуть» за светящееся облако пыли и газа, окутывающее ее ядро. Две советские межпланетные станции миссии «Вега» и европейский зонд «Джотто» приблизились к комете Галлея. Ее ядро оказалось похоже на неправильной формы картофелину, из которой били фонтаны пыли. Цементирующий пылинки лед на черной как смоль поверхности был почти неразличим. Поразительно, что какой-то «грязный снежок» — глыба заледеневшей пыли — может устраивать такие красочные световые шоу!

Уже тогда приборы станций Вега и Джотто изучили извергнутые кометой частицы пыли, многие из которых весили лишь одну триллионную долю грамма. Но мечта астрономов всего мира заполучить хотя бы горстку этого вещества оставалась несбыточной до 2004 года. Пока автоматическая межпланетная станция НАСА с говорящим названием «Стардаст» («Звездная пыль») не приблизилась к комете Вильда-2 на расстояние всего 240 километров. И не раскрыла свой пылеуловитель — алюминиевую конструкцию в форме большой теннисной ракетки с 132 ячейками, заполненными аэрогелем. Этот ультралегкий, но невероятно прочный материал мог улавливать частицы вещества, не повреждая структуру. А комета выстреливала их со скоростью 20 тысяч километров в час — в пять раз быстрее пули, выпущенной из ружья.

В 2006-м при очередном пролете мимо Земли «Стардаст» катапультировал спускаемый модуль с образцами кометной и космической пыли, успешно приземлившийся в пустыне американского штата Юта.

Изучение собранных частиц продолжается до сих пор. Более семи лет их замеряют рентгеновскими и инфракрасными камерами, бомбардируют ионами, чтобы определить химический состав и, возможно, даже найти следы органических молекул.

Сюрприз преподнесли уже первые результаты исследований. Раньше ученые представляли себе возникновение комет примерно так: межзвездная пыль и газ сгущаются, образуя протозвезду зародыш будущего светила, вокруг которого вращается плотная пылевая оболочка в форме диска. В его холодных внешних слоях, изолированных от огненного ядра, окись углерода, метан и водяной пар конденсируются на частицах пыли. И склеивают их, образуя огромные ледяные глыбы. По этой теории, кометы — первые объекты планетарных систем, в которых законсервирован исходный строительный материал звезд и планет.

Позднее под воздействием силы притяжения Юпитера и Сатурна ледяные глыбы сконцентрировались в двух областях: поясе Койпера — широком кольце, которое начинается за орбитой Нептуна и опоясывает Солнечную систему, — и в облаке Оорта. скопище миллиардов ледяных объектов. Эта гигантская сфера находится в 100 тысяч раз дальше от Солнца, чем Земля. Наблюдаемые кометы — это «отверженные» обитатели пояса Койпера или облака Оорта. По какой-то причине, например в результате столкновения, они сходят с привычной орбиты и «рикошетят» в сторону Солнца. Туда, где они никогда прежде не были. Так считалось раньше.

Однако при анализе материала с кометы Вильда-2 выяснилось: в его составе есть частицы, которые далеки от первозданного вида. Они явно происходят из околосолнечного пространства и подверглись трансформации в звездном пекле. Получается, в газопылевой оболочке вокруг рождающейся звезды протекают более сложные процессы, чем считалось прежде. Под действием мощных сил крупинки и микроскопические обломки забрасываются на миллиарды километров из раскаленного центра на холодную периферию. За пределы Нептуна.

Теперь перед планетологами стоит новая задача: включить эти неучтенные факторы в готовые программы по компьютерному моделированию возникновения Солнечной системы. На повестке дня — пересмотр устоявшихся представлений о Вселенной. Но миссия «Стардаст» не ограничилась сбором крупинок кометной пыли. Исследователи воспользовались уникальным шансом поймать частицы межзвездной пыли — главного строительного материала новых звезд. На тот момент они были изучены лишь опосредованно — путем анализа свечения далеких пылевых облаков.

Из чего сделаны звезды? В поисках ответа на этот вопрос «Стардаст» раскрыл вторую ловушку вдали от кометы. Поймать удалось всего 40-50 частиц — так сильно рассеяна межзвездная пыль в пространстве. Теперь, чтобы вычленить из аэрогеля собранные крупинки, нужно изучить под микроскопом 1,6 миллиона фрагментов. Адский труд.

НАСА призвала на помощь энтузиастов со всего мира. Через интернет к проекту подключилось более 30 тысяч добровольцев. Кометная лихорадка не обошла стороной и автора этого текста. Вечерами я захожу в свой аккаунт на странице Stardust at Home и начинаю поиск следов инопланетного вещества. Не отходя от компьютера.

Для таких, как я, эксперты из Университета Беркли выложили в интернет отсканированные изображения микроскопически тонких пластин, на которые нарезана плита аэрогеля. И разработали специальный виртуальный микроскоп. Разыскиваются следы и частицы материи, оставленные крупинками космической пыли при ударе в наполнитель ловушки.

Чтобы вступить в клуб «космических следопытов», претендент должен доказать, что способен отличить ударные следы частиц от загрязнений и дефектов аэрогеля. Ученые сразу предупреждают: «Большинство не справляется». Но даже если космическое происхождение следа подтвердится, это не будет автоматически означать, что его оставила частица, залетевшая в Солнечную систему извне. Как показывают первые результаты анализа, большую часть повреждений аэрогель получил от удара микроскопических осколков с обратной стороны панели солнечной батареи самого зонда «Стардаст».

Но есть один вопрос, который волнует космохимиков и астробиологов больше других. Что содержится в частицах межзвездной и кометной ныли — углеродистые соединения, молекулы или их предшественники, которые могут служить биохимической основой жизни?

Бесспорным авторитетом в этом вопросе считается немецкий физик Йохен Киссель. За последние 30 лет он участвовал во всех крупных проектах по изучению комет. 70-летний пенсионер вершиной своей карьеры считает исследование кометы Галлея в 1988 году. Тогда предложенная им технология использовалась и на европейском зонде «Джотто», и на российских «Вегах». Для анализа кометной пыли применялся так называемый масс-спектрометр — прибор, который «взвешивает» ударяющиеся в него молекулы и сортирует их по массе. На основе этих данных ученые могут сделать вывод о типе вещества.

И тут их ожидал большой сюрприз. «Все проанализированные частицы оказались смесью минеральных веществ и органики», — рассказывает Киссель. В кометной пыли обнаружены химически активные субстанции, которые легко могут стать основой молекулы ДНК. А также предшественники аминокислот — строительного материала белков.

Типичная кометная пылинка имеет такое строение: минеральное ядро, состоящее в основном из силикатов, вокруг него оболочка из сложных молекул. Они формируются в результате взаимодействия простых веществ тина воды, окиси углерода, аммиака и метанола, которые в условиях космического холода скапливаются на голом минеральном ядре в виде льда.

Какой потенциал таится в простых «ингредиентax», показали эксперименты. Копмохимики конденсировали их в условиях, близких к космическим, и подвергали ультрафиолетовому облучению. В результате сформировалась структура из макромолекул, которые распались в жидкой воде на аминокислоты. Так было доказано, что кометная пыль может содержать 20 базовых компонентов белков. Один из них глицин, уже выявлен в крупинке из материала, собранного «Стардастом». Киссель считает, что именно кометы могли доставить на Землю «строительные кирпичики» живой материи. Вместе с химиком Францем Крюгером он разработал модель абиогенеза — самозарождения жизни из кометой пыли.

Сценарий спонтанного зарождения жизни выглядит так: падающая на Землю комета рассыпается в атмосфере, а ее осколки попадают в океан. Проникая в рыхлое кометное вещество, вода запускает каскад биохимических реакций. Из органических молекул, окружающих ядро каждой пылинки, формируются сложные углеводы, аминокислоты и нуклеиновые кислоты — строительный материал молекулы ДНК. Жирные кислоты сами по себе образуют так называемые мицеллы — частицы, окруженные нерастворимой в данной среде оболочкой. Внутри них могут концентрироваться биохимические соединения. Это предпосылка для развития элементарного обмена веществ.

Никто, конечно, не утверждает, что тайна происхождения жизни раскрыта. Это всего лишь одна теория из многих. Но сама идея того, что начальный биологический набор могли доставить на Землю кометы, в последнее время набирает популярность среди ученых.

Киссель и Крюгер пошли еще дальше. Зарождение жизни на Земле не было случайностью, считают они: «Как только кометная пыль вошла в контакт с земной водой, абиогенез стал практически неизбежностью».

Но для этого нужна была вода. А в молодой Солнечной системе на Земле царили такие высокие температуры, что все жидкости испарялись. Значит, вода, которая сейчас наполняет океаны, оказалась здесь позднее — из более холодных областей пространства. И ее переносчиками могли служить кометы, которые бомбардировали юную планету.

В пользу этой теории говорят результаты сравнительного исследования изотопного состава воды на Земле и во льду комет. В земной воде на каждые 6400 «обычных» атомов водорода приходится один атом дейтерия — тяжелого водорода. Если теория верпа, то аналогичные пропорции должны быть и у космической воды.

Долгое время кометы считались маловероятными кандидатами на роль создателей земных океанов из-за большого содержания дейтерия во льду. Но все изученные космические глыбы были родом из облака Оорта. Ситуация изменилась, когда в 2011 году ученые из Института исследовании Солнечной системы имени Макса Планка (Германия) обнаружили с помощью телескопа, что во льду кометы Хартли-2 из пояса Койпера соотношение дейтерия и «обычного» водорода очень близко к земному. Аналогичные пропорции выявлены на еще одной комете такого же происхождения.

Что же такое кометы — носители жизни, переносчики воды? Скоро мы узнаем гораздо больше о роли космических странников в земной эволюции. В 2014 году пробьет звездный час зонда «Розетта».

Рита Шульц берет в руку макет кометы Чурюмова-Герасименко на которую держит курс «Розетта». И показывает, какие замысловатые виражи выписывает эта пятикилометровая вытянутая «картофелина». Нынешний зонд, в отличие от «Джотто» и «Стардаста» не просто пролетит рядом, объясняет руководительница миссии «Розетта» в Европейском центре космических исследований и технологий в Нордвейке (Голландия). «Он будет долгие месяцы вращаться вокруг ядра кометы. Благодаря этому мы сможем увидеть, как меняется со временем ее поверхность, и выяснить, откуда на ней берутся кратеры: от ударов извне или извержений изнутри». На основе этих наблюдений эксперты вычислят подходящее место для десантирования исследовательского модуля «Филэ».

Никто не знает точно, на что похожа поверхность кометы. На замерзшее море? Или на песчаную пустыню? Способна ли она выдержать нагрузку? И какую? В попытке выяснить это, ученые из Немецкого центра авиации и космонавтики в Кёльне решили «испечь» в лаборатории свою комету в миниатюре. Их рецепт: взять порцию силикатного минерала оливина (мелкий порошок зеленого цвета). И щепотку сажи. Добавить в литр воды и хорошенько перемешать. Затем распылить смесь из пульверизатора в герметичный сосуд с жидким азотом. При температуре минус 196 градусов Цельсия, как в открытом космосе, вода мгновенно замерзает. А потом выловить ситечком из жидкого азота черные хлопья, похожие на грязные снежинки.

Рыхлой массой хлопьев заполняется круглая форма диаметром примерно десять сантиметров. И после охлаждения до минус 50 градусов помещается в двухметровую вакуумную трубу. Вместо Солнца нагревать ее будет софит. Через два часа заготовка кометы начинает оживать.

Из массы брызгают фонтаны минеральных крупинок, которые выталкивает рвущийся наружу газ. И образуется мини-шлейф из пыли. Но первое, что бросается в глаза, когда извлекаешь свежеиспеченную «комету» из трубы — это прочная пылевая корка, образовавшаяся вокруг нее. Такая же должна покрывать и комету Чурюмова-Герасименко. И хотя в земных условиях посадочный модуль весит целый центнер, она должна выдержать такую нагрузку.

Особую сложность представляет посадка. Из-за маленькой массы комета обладает очень незначительной силой притяжения. Поэтому при ударе о ее поверхность посадочный модуль может просто отскочить, как мячик, и улететь обратно в космос. Чтобы этого не произошло, при первом контакте с кометой «Филэ» выстрелит в нее гарпуном. Закрепившись им, как якорем, робот вопьется в корку тремя винтовыми опорами. И после фиксации приступит к выполнению научной программы. Ему предстоит впервые сфотографировать рельеф кометы с о никого расстоянии. Просканировать ее недра радиоволнами. Изучить на месте состав пылевых частиц. И главное — попытаться найти органические молекулы.

С особым нетерпением ученые ждут результатов исследования ориентации аминокислот, которые должны обнаружиться на комете. Они существуют в двух зеркально симметричных формах: правосторонней и левосторонней. Причем для аминокислот в составе всех живых организмов, развившихся на Земле, характерна левая ориентация. В чем причина такого перекоса? Не связано ли это с кометным фактором?

Стоимость этого проекта — около миллиарда евро. Так что безопасность на первом месте. По плану в мае 2014 года «Розетта» приблизится к комете. В сентябре выйдет на ее орбиту. И 11 ноября десантирует спускаемый аппарат. Наблюдать за высадкой, к сожалению, будет невозможно. Во время захода робота на посадку комета Чурюмова-Герасименко будет находиться в 450 миллионах километров от Земли. Даже когда она приблизится на 186 миллионов километров к Солнцу и достигнет максимальной яркости, разглядеть ее можно будет только в мощный телескоп. Астрономы готовятся к решающему моменту. «Напряжение растет, но мы держим себя в руках», — говорит Рита Шульц. Но не может сдержать эмоции: «Это будет просто фантастика!»