По современным представлениям, кометы — это одни из древнейших объектов в Солнечной системе. Почти семь тысяч обнаруженных на сегодня летающих в космической бездне тел состоят из протопланетного вещества — того же, из которого сформировались планеты, в том числе Земля. Поэтому ученым очень хотелось хотя бы одним глазком взглянуть на кометное вещество, ведь оно ответило бы на многие вопросы относительно формирования нашего мира. Доставить частицы кометы на Землю впервые удалось с помощью космического аппарата Stardust.
Подарок Юпитера
Lockheed Martin Astronautics начала собирать Stardust в 1995 году в рамках программы NASA Discovery. Проект выиграл у двух других (исследования атмосферы Венеры и доставки на Землю частиц солнечного вещества) как имеющий наибольшие ценность для науки и вероятность успеха и наименьшую стоимость. Впрочем, последнее, конечно, относительно: сам аппарат обошелся NASA в 128,4 миллиона долларов, а его эксплуатация — еще в почти 40. Но для космоса деньги, конечно, небольшие.
Цель миссии заключалась в следующем. Stardust должен был достичь одной из комет, сфотографировать ее, захватить специальной ловушкой часть вещества из комы (так по-научному называется хвост кометы — частицы, которые выбрасываются из нее под действием солнечного ветра) и вернуться на Землю.
К выбору объекта для исследования ученые подошли очень скрупулезно. Стояла задача получить частицы вещества, которое сохранилось с того момента, когда Солнечная система только формировалась, то есть более 4,5 миллиарда лет назад. Всякий раз, когда комета подлетает к Солнцу, под действием излучения какое-то количество вещества выбрасывается из нее. Кроме того, в нем происходят химические реакции. После сотни сближений со светилом комета теряет почти все летучие вещества, так что кома перестает образовываться.
Поэтому искать целевой объект необходимо было среди комет, большую часть времени проведших на окраинах Солнечной системы — например, в гипотетическом облаке Оорта, своеобразном кометном гало, ее окружающем. Там все вещества оставались бы в неизменном виде в течение миллиардов лет — то, что нужно. Проблема в том, что облако Оорта (если оно существует) так далеко, что даже «Пионеры» и «Вояджеры» пока до него не добрались. Но тут ученым повезло.
В 1978 году швейцарский астроном Пауль Вильд открыл короткопериодическую комету из семейства Юпитера — 81Р/Вильда, или Вильда-2 (это была уже вторая обнаруженная им комета). Везение заключалось в том, что спустя год японский астроном Сюити Накано выяснил, что большую часть своей жизни комета провела на более отдаленной и менее вытянутой орбите с периодом обращения 40 лет. Лишь в 1974 году она оказалась слишком близко к Юпитеру, который забросил Вильда-2 во внутреннюю часть Солнечной системы. Таким образом, астрономы рассчитывали на то, что комета сохранила большую часть изначального вещества в неизменном виде. Плюс комета неоднократно наблюдалась, ее орбита была точно вычислена — а значит, проложить к ней путь не составляло труда.
Ловушка для частиц
Самой выдающейся частью аппарата Stardust стала инновационная ловушка, в которую и должны были попасться частицы кометного вещества. Сама ловушка представляла собой коллектор площадью 0,1 квадратного метра, состоящий из алюминиевых сот, заполненных аэрогелем на основе диоксида кремния — материала со сверхнизкой плотностью. Благодаря этом свойству она могла захватывать летящие на высокой скорости мелкие частицы, плавно тормозить их по мере погружения и фиксировать внутри. При этом вещество не нагревается, не испаряется, не разрушается, не пробивает ловушку насквозь. Плюс за частицами остается конусообразный след — а значит, ученым легче обнаружить микроскопические частицы в полупрозрачном веществе.
Stardust стартовал с мыса Канаверал 7 февраля 1999 года. По пути к Вильда-2 зонд пролетел в 50 тысячах километров от Луны и сфотографировал ее поверхность, а в 2002 году сблизился с астероидом 5535 Аннафранк, летающем в Главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Аппарат передал на Землю 72 снимка этого объекта. Также аппарат аэрогелевой ловушкой собрал образцы межпланетного вещества.
В 2004 году, сблизившись с кометой Вильда-2 за орбитой Марса, Stardust передал на Землю несколько снимков его ядра и приступил к сбору вещества, находясь на расстоянии всего 240 километров от объекта. Еще два года занял обратный полет — и 15 января 2006 года спускаемая капсула с первыми в истории образцами кометного вещества приземлилась в штате Юта.
Ищем всем миром
Благодаря фотографиям Stardust ученые изучили поверхность ядра Вильда-2, найдя на них следы от ударов и джеты, через которые испарялись кометные газы. Но, разумеется, самые интересные открытия ожидались от анализа частиц, пойманных зондом.
Но первой задачей стало найти эти частицы внутри ловушки. Для этого даже запустили проект Stardust@home. В сеть загрузили 1,5 миллиона фотографий ловушки — и все желающие могли отсматривать их в поисках следов столкновений. Так, в 2010 году канадец Брюс Хадсон обнаружил след от космической пылинки. Когда первичный анализ был закончен, специалисты NASA отделили межпланетные частицы от кометных, и изучением последних занялись 150 ученых со всего мира.
В кометной пыли нашли множество органических соединений, в частности глицин — одну из простейших аминокислот. Были обнаружены кристаллические силикаты — оливин, анортит, диопсид, которые формируются только при высоких температурах в результате ударов метеоритов или разрушения крупных тел. Поскольку на окраинах Солнечной системы довольно холодно, это свидетельствует о том, что каменные обломки смещаются к внешним пределам Солнечной системы. Также среди частиц обнаружили минералы на основе сульфидов меди, которые образуются только в присутствии жидкой воды. Откуда она взялась на космическом теле, которое предположительно никогда не разогревалось настолько, чтобы лед растаял, непонятно. Предполагается, что источником тепла могли стать удары метеоритов или радиоактивный распад.
Миссия NExT
Stardust, сбросив спускаемый аппарат с ловушкой, полетел дальше. В рамках миссии NExT (New Exploration of Tempel 1) его отправили к комете Темпеля-1, которую в 2005 году посетил зонд Deep Impact. Он сбросил на нее ударное устройство Smart Impactor, чтобы спровоцировать выброс кометного вещества. В 2011 году Stardust сфотографировал Темпеля-1, чтобы изучить последствия удара. После этого топливо космического аппарата закончилось, и его передатчики были отключены.