Комета Темпл 1 и миссия Deep Impact
Deep Impact
31 августа 2005 года
4 июля прошлого года стало известно, что зонд «Deep Impact» выпустил модуль массой 410 килограммов из меди, который врезался в комету Темпл 1, открытую в апреле 1867 года визуально французским астрономом Э.В. Темплом.
Объект имеет период обращения 5,5 лет и движется между орбитами Марса и Юпитера. Его максимальный размер оценивается в 6 километров. NASA запустило зонд с целью попытаться узнать больше о составе и внутренней структуре комет, направив объект, чтобы он столкнулся с одной из них.
Вот орбиты:
Орбита кометы Темпл 1 между орбитами Марса и Юпитера. Обратите внимание на неполноту орбиты Меркурия вблизи Солнца — она достаточно сильно вытянута. Вверху, на коричневой орбите, положение кометы в момент запуска зонда. Синяя круговая орбита — это орбита Земли. Вверху — положение Земли в момент запуска зонда. Через полгода (полуорбита Земли) произошло столкновение. Измерьте криволинейные расстояния, пройденные кометой и зондом за одинаковый промежуток времени. Первая движется быстрее.
Небольшое уточнение по траектории столкновения. На сайте:
http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml
вы найдете очень красивую анимацию.
Сначала вы увидите два кнопки, позволяющие изменять «точку зрения». Вы увидите, что орбита кометы довольно сильно наклонена по отношению к плоскости эклиптики.
Именно это позволило ей выжить. Существует несколько типов комет. Некоторые, так называемые «апериодические», совершают один раз путешествие по нашей Солнечной системе и затем больше не проявляют себя. На самом деле мы плохо знаем структуру этого огромного «облака», этого резервуара комет, который, как считается, находится далеко за пределами нашей Солнечной системы. Каково его происхождение? Когда Солнечная система была в детстве, формировались планеты. В этот период действовали несколько механизмов. Самый простой для понимания — «каннибализм», прямое столкновение маленького объекта с большим, при котором второй поглощает первый. Второй механизм — положительный гравитационный разгон. В математическом смысле это «встреча» (англ. «encounter» — заимствовано из кинетической теории газов). Первоначальная Солнечная система была «столкновительной». Эти столкновения стремятся создать распределение скоростей по закону Максвелла — Больцмана для всех популяций. Это система «многонаселённая». Каждая из них стремится к термодинамическому равновесию. Когда у нас смесь двух газов в термодинамическом равновесии (например, плазма, составляющая Солнце), средние кинетические энергии различных популяций равны. Они соотносятся между собой как массы. Возьмём водородную плазму. Электроны в 1850 раз легче, чем ядра водорода. Следовательно, средняя тепловая скорость электронов в √1850 раз выше, чем у ионов водорода, то есть примерно в 43 раза.
Смесь «тяжёлых» и «лёгких» частиц стремится ускорять лёгкие частицы («глыбы водяного пара с примесями» или «грязный лёд», из которых состоят протокометы). Солнечная система таким образом выбросила множество мелких объектов. Некоторые, набрав скорость убегания относительно Солнца, ушли в межзвёздное пространство. Другие остались в нашей «большой окраине». Поскольку такие «встречи» происходят в обоих направлениях (но в целом ускоряют маленькие объекты), возникает «отрицательный гравитационный разгон», который «заселяет» распределение Максвелла — Больцмана на низкие скорости. Многие маленькие объекты были замедлены и, например, упали на Солнце или на землеподобные планеты, включая нашу, возможно, образовав океаны.
Комета Темпл 1 — это комета с промежуточной судьбой. Она приобрела скорость, сравнимую со скоростью планет. Но у неё также была удача оказаться на наклонной орбите, что уменьшает риск нежелательных встреч с планетами, которые все тяжелее её и неизбежно изменили бы её орбиту. Орбита, кстати, немного изменилась с момента открытия объекта. Посмотрите на историю, благодаря Google. Почему она выделяет меньше газа, чем комета Галлея? Хороший вопрос. Мы мало знаем о процессе выделения газа, как и о внутренней структуре комет.
На самом деле наша планета тоже выделяет газ, и этот процесс называется вулканизмом. Мы знаем, что он усиливается под действием приливных сил (действие Юпитера на Ио, первом спутнике, который «мешает» его сильнее, чем другие). Если Ио так сильно реагирует на близость своего соседа, это потому, что он вращается вокруг своей оси. Если бы он был синхронно вращающимся с гигантской планетой, вулканизм был бы не таким интенсивным. Кроме того, Ио находится очень близко к Юпитеру.
Возможно, активность выделения газа комет связана с их периодом вращения вокруг собственной оси. Комета, вращающаяся вокруг своей оси, будет более чувствительна к приливным эффектам, вызванным близостью планет. На самом деле наблюдается, что кометы начинают выделять газ, когда приближаются внутрь орбиты Юпитера. Это происходит потому, что они получают больше солнечного излучения? Да, если выделение газа — это просто сублимация поверхности. Нет, если это извержения из глубин. Когда мы смотрим на изображения, полученные зондом «Гиотто» при приближении к Галлею, мы видим, что есть извергающиеся источники. Следовательно, возможно, восстановление активности кометы, входящей в Солнечную систему, связано с внутренним «перемешиванием» под действием приливных сил, особенно интенсивных, если комета вращается. Измеряли ли мы эти периоды вращения?
В этой перспективе комета Темпл 1 — объект относительно малой активности, потому что вращается медленно, а значит, мало подвержена приливному «перемешиванию», которое вызывает извержения (вулканические на Ио, газовые — на кометах). Спросите у Брахика, что он об этом думает. Планетология — это его специальность.
Вы можете в любое время определить положение различных объектов. Сначала комета Темпл 1 приближается, после того как зонд Deep Impact вышел на орбиту. Обратите внимание на дату столкновения — 4 июля. Американцы любят таким образом подписывать свои космические достижения и демонстрировать, насколько хорошо они контролируют траекторию своих зондов. Эта дата соответствует годовщине их революции, и это не случайность.
Внимательное наблюдение анимации показывает, что комета Темпл 1 на самом деле вращается быстрее, чем зонд, и догоняет его. На самом деле именно комета врезается в зонд, а не наоборот. Но это неважно. Следующее изображение — два месяца спустя. Комета готовится столкнуться с зондом, или, по крайней мере, с объектом, который отделится от неё, чтобы произвести столкновение.
Вот комета — изображение, сделанное за пять минут до столкновения:
Комета. Изображение, сделанное за 5 минут до столкновения.
Зонд и модуль-ударник