Павел Шаров
Как появилась жизнь на Земле? Этот вопрос до сих пор не имеет убедительного научного ответа. В 70-х годах прошлого века стала популярна гипотеза о том, что жизнь была занесена на Землю кометами. Все началось в 1910 году, когда Земля должна была пройти через хвост кометы Галлея, в которой спектроскопические наблюдения выявили присутствие ряда молекул — моноксида углерода, циана и водорода. Газеты немедленно подняли панику, объявив, что атмосфера будет отравлена ядовитыми угарным газом и синильной кислотой. Это было первое околонаучное упоминание о кометной органике, хотя до ее реального открытия оставалось еще более 20 лет.
Только в 1931 году американский астроном Николас Бобровников (Nicholas Bobrovnikoff) идентифицировал в старых спектрах кометы Галлея линии простейшей органической молекулы — CH. Еще через 10 лет бельгийский астроном Поль Свингс (Pol Swings) нашел линии ион-радикалов CH+ и OH+, а также ионизированных молекул углекислого газа CO2+. Казалось, еще немного, и будут обнаружены более сложные молекулы. Появилась надежда, что кометы могут оказаться источником земного органического вещества, если не самой жизни. Она продержалась вплоть до следующего возвращения кометы Галлея в 1986 году. На этот раз ее с близкого расстояния изучали сразу несколько космических аппаратов — советские «Вега-1 и - 2», японские «Суисеи» (Suisei) и «Сакигаке» (Sakigake) и европейский «Джотто» (Giotto), который позднее, в 1992 году, сблизился с другой кометой — Григга—Шьеллерупа. Был обнаружен еще целый ряд молекул, в том числе формальдегид (CH2O), метан (CH4), аммиак (NH3), но ничего хотя бы отдаленно похожего на следы жизни или сложной органики. Аналогичные результаты были получены в 2001 году, когда американский аппарат «Дип Спэйс-1» (Deep Space 1) изучил ядро кометы Борелли.
Самым впечатляющим проектом по изучению комет стал полет американского зонда «Дип Импакт» (Deep Impact), который впервые достиг поверхности ядра кометы Темпеля-1. Он был запущен 12 января 2005 года и нес на борту импактор — медную болванку массой 372 килограмма, которую сбросил на ядро кометы с пролетной траектории 4 июля того же года — в День независимости США, что, конечно, не случайно. В результате удара на скорости 10 км/с образовалось облако газа и пыли, которое затем исследовалось дистанционными методами как с самого аппарата, так и с Земли. Уже через несколько минут оно распространилось более чем на 300 километров от ядра. Специалистов удивила полная непрозрачность облака, говорившая о том, что поверхность ядра кометы покрыта мельчайшими частицами наподобие талька, в то время как ученые ожидали разлета частиц размером с крупинки мелкозернистого песка. В момент удара на поверхности ядра кометы появился кратер, но из-за непрозрачности облака не удалось даже определить его размер (по оценкам, он должен составлять 50—250 метров), не то что заглянуть в него.
Однако все эти кометы — старые, они не раз уже сближались с Солнцем, прожаривались в его лучах и потеряли значительное количество изначального запаса летучих веществ. По ним трудно судить о том, каким было первичное вещество, которое кометы приносили на Землю в эпоху молодости Солнечной системы. Поэтому ценным дополнением ко всем кометам, ранее исследованным космическими аппаратами, стала комета Вильда-2, которая за всю свою жизнь сближалась с Солнцем только 5 раз. До 1974 года орбита этой кометы вокруг Солнца была долгопериодической. Ее перигелий, то есть ближайшая к Солнцу точка орбиты, находился в районе Юпитера, в 5 астрономических единицах от Солнца (1 а. е. = 150 миллионам километров — расстояние от Земли до Солнца). В афелии комета уходила еще в пять раз дальше. Значительное удаление от Солнца обеспечивало сохранность материала ее ядра. Так было до 10 сентября 1974 года, когда комета прошла менее чем в миллионе километров от Юпитера. Мощное поле тяготения планеты-гиганта резко изменило орбиту кометы. Прежний перигелий стал афелием, а новый перигелий расположился всего в полутора астрономических единицах от Солнца. С приближением к Солнцу летучие вещества ядра стали испаряться, блеск кометы вырос, и при первом же прохождении перигелия в 1978 году она была открыта Паулем Вильдом (Paul Wild) из астрономического института Бернского университета. Таким образом, это дальняя и «свежая» комета, совсем недавно оказавшаяся во внутренней части Солнечной системы. К тому же по счастливой случайности ее нынешняя орбита имеет небольшое (3 градуса) наклонение к плоскости эклиптики, то есть к земной орбите. Это сделало ее удобной целью для изучения с помощью космических аппаратов. Ведь большинство комет имеют значительное наклонение, а изменение плоскости орбиты — один из самых затратных маневров в космонавтике. Грех было упускать такой шанс изучить хорошо сохранившуюся с древних времен комету с близкого расстояния, и NASA поставило перед собой амбициозную цель — доставить на Землю образцы кометного вещества.
Пейзажи ядра
7 февраля 1999 года с мыса Канаверал к комете Вильда-2 стартовал космический аппарат «Стардаст» (Stardust — «Звездная пыль»). Его основной целью был сбор кометной пыли с последующей доставкой образцов на Землю. На некоторых участках траектории собирались также образцы межпланетной и межзвездной пыли. План доставки образцов был беспрецедентным: еще никогда в истории космонавтики ни один аппарат не возвращался на Землю с такого расстояния.
На фото: Аэрогелевая ловушка аппарата «Стардаст» готовилась к запуску в условиях исключительной чистоты, чтобы земные материалы не повлияли на итоги эксперимента
В назначенный день, 2 января 2004 года, преодолев с момента старта 3, 2 миллиарда километров, космический аппарат «Стардаст» вошел в газопылевое облако — кому, окружающую ядро кометы Вильда-2. До максимального сближения оставалось еще 5 часов полета, когда на аппарат обрушился настоящий шквал кометных частиц. Они летели навстречу с весьма внушительной скоростью — 6 км/с и по крайней мере в десяти местах пробили верхний слой противометеоритной защиты, так называемых щитов Уиппла. Специалисты ожидали, что концентрация частиц будет равномерно возрастать с приближением к ядру, но данные монитора пыли свидетельствуют, что в течение получаса во время наибольшего сближения «Стардаст» в течение получаса четырежды проходил сквозь настоящие рои частиц, между которыми концентрация пыли была очень низкой. Заранее создатели станции могли теоретически оценить средний поток частиц, но никак нельзя было гарантировать, что не предусмотренный моделью тяжелый камень не врежется в станцию и не нарушит ее работу. Поэтому легко понять ликование операторов и ученых в центре управления, когда ведущий «кометолог» Дон Йоманс объявил: «Хорошие новости! Мы прошли наибольшее сближение без каких-либо повреждений».
Пока 16 двигателей «Стардаста» компенсировали «порывы метеорного урагана», стараясь сохранить ориентацию аппарата в пространстве, в заполненном аэрогелем коллекторе осело более тысячи частиц. Затем ловушка была герметично закрыта и спрятана в возвращаемую капсулу. В следующий раз ее открыли только в «чистой комнате» Космического центра имени Джонсона. До Земли оставалось более миллиарда километров и почти 2 года полета.
В момент максимального сближения «Стардаст» прошел в 236 километрах от ядра. Пролет с солнечной стороны гарантировал хорошие условия съемки. С помощью навигационной камеры было сделано 72 фотографии ядра в период от –30 до +5 минут от момента наибольшего сближения. Как и предполагали специалисты, ядро было округлым, около 5 километров в диаметре, но вот его рельеф оказался весьма разнообразным. На поверхности обнаружены громадной величины булыжники, 100-метровые скалы, глубокие «дыры» и напоминающие кратеры круговые структуры размером до километра. Такой сложный рельеф говорит о довольно прочной структуре поверхностного слоя (коры) ядра кометы. Вероятно, он состоит из мелкозернистой скальной породы, скрепленной замерзшими водой, моноокисью углерода и метанолом. Здесь вполне мог бы сесть спускаемый аппарат, а космонавт при прогулке по комете (что, впрочем, кажется почти невероятным — ведь обычный человек будет там «весить» примерно 3 грамма) мог бы не волноваться за прочность поверхности под своими ногами. Ведь даже если он попадет в кратер с торчащими из него ледяными «сосульками» гигантских размеров, то выбраться оттуда ему не составит особого труда. Достаточно слегка оттолкнуться ногами, чтобы улететь в космос, поскольку сила тяжести на поверхности кометы составляет всего 0, 00003g, что меньше сотой доли процента от земной.
На некоторых снимках, сделанных «Стардастом», заметны струи газа, исходящие из активных участков поверхности, вероятно, трещин в коре кометы. Это испаряется лед, и потоки газа устремляются в космос, образуя хвост кометы. Впервые в истории запечатлены не только сами потоки частиц пыли и газа, но и места их выхода. Надо заметить, что если наблюдать эти потоки, находясь на поверхности, они окажутся почти прозрачными и будут выдавать себя лишь потоками пыли, увлекаемыми струями газа. Пылинки будут мерцать в солнечном свете наподобие трассирующих пуль, выпущенных с поверхности в небо.
23 пылинки
15 января 2006 года капсула «Стардаста» с бесценными образцами совершила мягкую посадку на полигоне в штате Юта. Это была первая полностью успешная доставка внеземного вещества космическим аппаратом после того, как в 1969—1976 годах американские корабли «Аполлон» и советские станции «Луна» привезли на Землю лунный грунт. Однако, прежде чем приступить к изучению кометной пыли, ее еще предстояло найти в аэрогелевой ловушке. Два десятка относительно крупных частиц оставили следы, видимые невооруженным глазом, но большинство можно заметить только в микроскоп, да и то, если сфокусироваться на нужную глубину. Поиски пылинок грозили растянуться на долгие годы, и в NASA решили призвать на помощь добровольцев. Весь объем ловушек был послойно отсканирован с высоким разрешением, а потом волонтеры, скачивая кадры по Интернету, обследовали их в поисках самих частиц или их следов. Размеры пылинок варьировались от десятков нанометров до десятых долей миллиметра. В среднем они оказались крупнее частиц кометы Галлея, но мельче, чем у кометы Григга—Шьеллерупа.