24 вересня американський апарат OSIRIS-REx скине в земну атмосферу капсулу, всередині якої перебувають зразки речовини астероїда Бенну. Якщо все пройде згідно з планом, капсула з дорогоцінним вантажем здійснить посадку на полігоні у штаті Юта.
У цій статті ми розповімо про те, як часто вченим вдається дослідити космічну речовину та які таємниці Всесвіту вона зберігає.
Місячні камені
Вперше місячний ґрунт був доставлений на Землю екіпажем Apollo 11 у липні 1969 року. У той час, коли космічний корабель перебував на шляху до Місяця, його екіпаж отримав повідомлення з Землі, що на селеноцентричній орбіті перебуває радянський зонд «Луна-15». В останній відчайдушній спробі зірвати очікуваний ефект від посадки пілотованої експедиції NASA за три доби до старту Apollo 11 (13 липня) СРСР запустив малий непілотований апарат, завданням якого було не просто сісти на Місяць, але й узяти зразки ґрунту і доправити його на Землю раніше, ніж повернуться американські астронавти.
В газетах США виходили аналітичні статті, де розповідалося, начебто радянський «таємничий зонд» має за мету створити технічні перешкоди для американської експедиції. В NASA хвилювалися, що активність Країни Рад навколо Місяця і сеанси зв’язку зі станцією «Луна-15» можуть спричинити проблеми у комунікації з Apollo 11.
Аби прояснити ситуацію, командир екіпажу Apollo 8 Френк Борман скористався знаменитою прямою лінією зв’язку між Москвою та Вашингтоном, яку провели заради попередження ядерного армагеддону під час Кубинської ракетної кризи 1962 року. За інформацією, наданою президентом Академії наук СРСР Мстиславом Келдишем, стало зрозуміло, що орбіта «Луни-15» не перетиналася з траєкторією Apollo 11.
Політ «Луни-15» завершився аварією. Міжпланетний апарат розбився об місячну поверхню 21 липня, через день після успішної посадки Apollo 11.
Перший екіпаж, що побував на Місяці, доправив на Землю 21,7 кг реголіту. Шість місій за програмою Apollo привезли сумарно 382 кг місячного ґрунту.
Радянському Союзу вдалося доставити 101 г ґрунту 24 вересня 1970-го за допомогою станції «Луна-16». Загалом три місії — «Луна-16», «Луна-20» і «Луна-24» — доправили реголіт із трьох районів Місяця в кількості 324 г.
Наступна порція речовини з нашого природного супутника прибула на Землю через 44 роки після попередньої «посилки». Цього разу відбір реголіту в автоматичному режимі здійснив китайський космічний апарат «Чан’е-5». 16 грудня 2020 року він доставив на Землю 1,73 кг місячного ґрунту. Це надзвичайно цінний науковий матеріал, який дозволяє отримати нові знання про походження Місяця, його історію, будову, а також краще зрозуміти минуле Сонячної системи.
Серед зразків місячної породи, доставлених місіями Apollo, вирізняється 9-кілограмовий фрагмент на ім’я «Велика Берта». На початку 2019 року журнал Earth and Planetary Science Letters надрукував результати його досліджень, які провела міжнародна команда науковців. У ньому були знайдені вкраплення кварцу, польового шпату і циркону. Ці мінерали — звичні для нашої планети, але не притаманні для Місяця. Детальне дослідження показало, що умови, в яких вони утворилися, існували на молодій Землі, але, наскільки відомо, їх ніколи не було на її супутнику.
Найімовірніше, цей фрагмент утворився в земних надрах 4 млрд років тому. Пізніше, в результаті удару великого астероїда, частина утвореної породи потрапила в міжпланетний простір, а звідти впала на поверхню Місяця.
Подібний «міжпланетний обмін» речовиною — не така вже й рідкість. Сьогодні, згідно з базою даних Міжнародного метеоритного товариства, відомо понад 400 місячних метеоритів. Їхнє походження було підтверджене завдяки радіоізотопному аналізу. Перший метеорит із Місяця — Allan Hills 81005 — знайшли в Антарктиді 1982 року.
Хвіст комети та зоряний пил
Першим космічним апаратом, який повернув на Землю зразки комети й позаземний матеріал з-поза меж місячної орбіти, став автоматичний міжпланетний зонд Stardust (NASA). Він був запущений 7 лютого 1999 року, а через п’ять років, 2 січня 2004-го, досяг своєї мети — здійснив проліт комети Вільда-2 (81P/Wild) на відстані 240 км. Під час прольоту апарат зібрав зразки речовини з хвоста комети та космічного пилу.
заповнені надлегким матеріалом — аерогелем. Джерело: NASA
15 січня 2006 року капсула зі зразками, подолавши понад 4,6 млрд км, повернулася на Землю. Апарату вдалося захопити майже 30 великих і дрібних частинок кометної речовини.
У добутих зондом фрагментах пилу були виявлені такі хімічні елементи, як магній, алюміній, хром, нікель, марганець, мідь, галій, а також ізотоп заліза ⁶⁰Fe, що має відносно малий період напіврозпаду (2,6 млн років).
Проте місія на цьому не завершилася. Космічний апарат, який після скидання капсули залишився на навколосонячній орбіті, отримав нову назву Stardust-NExT і нове завдання — сфотографувати комету Темпеля-1 (9Р/Tempel). 14 лютого 2011 року він пролетів поблизу її ядра та зафільмував зміни на поверхні, спричинені скиданням на неї імпактора. Це було друге наближення космічного апарата NASA до комети Темпеля-1. Річ у тім, що саме вона у 2005 році стала «мішенню» для місії під назвою Deep Impact, яка передбачала зіткнення з кометним ядром 370-кілограмового снаряда (так званого імпактора). Згідно з підрахунками, при влученні його відносна швидкість склала 10,6 км/с. Енергію удару можна порівняти з вибухом 5 тонн тротилу. Зіткнення сталося на відстані 133 млн км від Землі. У результаті виділилося незвично мало води й багато пилу. Це свідчило про те, що комета — далеко не «брила льоду». У викидах був також виявлений вуглекислий газ і органічні сполуки.
Сонячний вітер
Майже 4,6 млрд років тому протосонячна туманність перетворилася на сучасну Сонячну систему. Щоб зрозуміти процеси, які спричинили таку трансформацію, вчені вирішили дослідити зразки цієї туманності. Так народилася місія NASA Genesis, що стартувала 8 серпня 2001 року.
Космічний апарат зібрав зразки сонячного вітру — матеріалу, який викидається в космос із зовнішньої частини Сонця — і доправив їх на Землю. Цей матеріал можна вважати «скам’янілістю» протопланетної туманності, оскільки наукові докази свідчать про те, що зовнішній шар нашого світила помітно не змінювався впродовж мільярдів років.
Місія Genesis використала унікальну орбіту, на проєктування якої пішло три роки. Після старту було виконане єдине ввімкнення маршових двигунів, яке вивело апарат на орбіту Ляпунова довкола точки Лагранжа L₁ системи «Земля-Сонце». Впродовж трьох років Genesis здійснив чотири оберти по цій орбіті, не вмикаючи навіть коригуючі двигуни, щоб не забруднювати зразки. Потім, відповідно до обраної траєкторії й без участі маршового двигуна, він здійснив п’ятимісячний переліт дальністю понад 3 млн км до точки L₂, облетів її за допомогою гравітації Місяця та вийшов на посадкову траєкторію.
Genesis повернувся на Землю 8 вересня 2004-го, але через помилку під час встановлення одного з датчиків прискорення приземлення відбулося нештатно — парашут не розкрився і капсула зі зразками на високій швидкості врізалась у землю. Проте після аналізу уламків вченим вдалося видобути деяку кількість космічної речовини.
Частинки астероїдів
Першу в історії посадку на астероїд і доставку зразка його ґрунту на Землю зміг здійснити апарат «Хаябуса» Японського агентства космічних досліджень (JAXA).
Одна з найскладніших місій в історії космонавтики проєктувалась і готувалася до старту майже 15 років. «Хаябуса» був запущений 9 травня 2003 року. Планувалося, що в червні 2007-го він скине на Землю капсулу з добутими зразками ґрунту з астероїда Ітокава (25143 Itokawa).
12 вересня 2005 року апарат наблизився до «небесного каменя» на розрахункову відстань 20 км і розпочав його детальні дослідження. І тут виникли проблеми. По-перше, на астероїд не зміг сісти спеціально призначений для цього міні-ровер MINERVA (MIcro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid). По-друге, коли в листопаді на Ітокаву опустився вже сам «Хаябуса» (хоч він і не був для цього призначений), зламався інструмент для взяття проб. Центр управління вважав високою ймовірність того, що в камеру для зразків під час контакту з апаратом потрапив астероїдний пил, тому було ухвалене рішення запечатати ємність і відправити зонд до Землі. Через проблеми зі зв’язком і двигуном місію довелося завершити на три роки пізніше, ніж планувалося.
13 червня 2010-го зонд «Хаябуса» увійшов у земну атмосферу, попередньо скинувши капсулу зі зразками астероїдної речовини. Це була перша доставка ґрунту з іншого небесного тіла після 1976 року, коли з Місяця повернулася радянська «Луна-24».
Врахувавши недоліки попередньої місії, 3 грудня 2014 року JAXA відправило новий апарат «Хаябуса-2» — цього разу до астероїда Рюгу (162173 Ryugu) розміром приблизно 900 м. Загалом зонд пробув поблизу нього 18 місяців — із червня 2018-го до листопада 2019 року. 22 лютого 2019-го японський автоматичний розвідник здійснив першу успішну посадку на поверхню Рюгу для збору ґрунту.
5 квітня того ж року в поверхню астероїда з відстані 500 м був здійснений постріл заряду вибухової речовини для отримання зразків ґрунту з глибини. 11 липня «Хаябуса-2» повторно сів на Рюгу в 20 м від кратера, утвореного під час вибуху, щоб зібрати уламки породи та доправити їх на Землю.
5 грудня 2020-го зонд скинув на Землю капсулу з контейнером, що приземлилася на півдні Австралії. Водночас основний апарат, обігнувши нашу планету, продовжив рухатися до наступної цілі — астероїда 2001 CC21, проліт якого здійснить у липні 2026 року. Після цього він буде спрямований до об’єкта, що має індекс 1998 KY26 і перебуває орбіті між Землею та Марсом.
«Хаябуса-2» зібрав більше матеріалу з поверхні астероїда, ніж очікувалося. Дослідники сподіваються, що аналіз цих зразків допоможе їм відповісти на деякі питання стосовно походження Сонячної системи та життя на Землі. Вчені також хочуть з’ясувати, чи могли об’єкти, подібні до Рюгу, колись потрапити на нашу планету і принести на неї воду.
Зараз «на підльоті» до Землі перебувають зразки породи астероїда Бенну, які зібрав американський зонд OSIRIS-REx. Він зблизився з поверхнею небесного тіла розміром 500 м буквально на кілька секунд. Контакт відбувся на відстані 330 млн км від Землі. Вчені сподіваються, що апарат зміг зібрати кілька жменьок космічного пилу. Дослідники хотіли б отримати щонайменше 60 грамів, а за найбільш вдалого результату зонд мав би видобути приблизно кілограм породи.
Астероїд Бенну — цікаве небесне тіло розміром із нью-йоркський хмарочос Empire State Building. За формою воно нагадує дитячу дзиґу. Дослідники вважають, що він належить до класу так званих кам’яновугільних (вуглецевих) астероїдів. Це означає, що в ньому збереглася велика частка хімічних елементів, які існували 4,5 млрд років тому, коли з’явилися планети й Сонце. Саме тому вчені прагнуть доправити зразки породи цього об’єкта в земні лабораторії для вивчення.
Марсіанська порода
Наступним тілом Сонячної системи, звідки вчені планують отримати зразки речовини, має стати Марс. На даний момент у розробці перебувають одразу три місії, на які покладене це завдання.
Першою у вересні 2024 року стартує японська MMX (Martian Moons eXploration). Вона досягне Марса в липні 2025-го. Далі апарат зблизиться з найбільшим марсіанським супутником Фобосом і візьме пробу його ґрунту, після чого ляже на зворотний курс до Землі. Доставка зразків має відбутися 2029 року.
Політ MMX стане прелюдією до двох ще амбітніших місій, метою яких є доставка на Землю марсіанського ґрунту. Одну з них — Mars Sample Return — спільно розробляють NASA та ESA. Другою займається Китай. Вона називається «Тяньвень-3».
Реалізація китайської місії розпочнеться 2028 року з запуску двох апаратів до Марса. Один із них сяде на поверхню планети, візьме пробу ґрунту та доставить капсулу з нею на орбіту. Там вона буде підібрана другим апаратом, який перевантажить зразки, після чого ляже на зворотний курс до рідної планети. Якщо все пройде за планом, капсула зі зразками повернеться на Землю 2031 року.
Американо-європейський проєкт також передбачає запуск до Марсу двох космічних апаратів. Принципова відмінність від «Тяньвень-3» полягає в тому, що вони повинні будуть підібрати підготовлені раніше проби грунту. Їх збиранням зараз займається марсоход Perseverance. На даний момент початок реалізації проєкта Mars Sample Return заплановано на 2027–2028 рік, доставка зразків на Землю має відбутися 2033 року.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
