24 сентября американский аппарат OSIRIS-REx сбросит в земную атмосферу капсулу, внутри которой находятся образцы вещества астероида Бенну. Если все пройдет по плану, капсула с драгоценным грузом совершит посадку на полигоне в штате Юта.
В этой статье мы расскажем о том, как часто ученым доводится исследовать космическое вещество и какие тайны Вселенной оно хранит.
Лунные камни
Впервые лунный грунт был доставлен на Землю экипажем Apollo 11 в июле 1969 года. В тот момент, когда космический корабль находился на пути к Луне, его экипаж получил сообщение с Земли, что на селеноцентрическую орбиту вышел советский зонд «Луна-15». В последней отчаянной попытке сорвать ожидаемый эффект от посадки пилотируемой экспедиции NASA за трое суток до старта Apollo 11 (13 июля) СССР запустил малый непилотируемый аппарат, задачей которого было не просто сесть на Луну, но и взять образцы грунта и доставить его на Землю раньше, чем вернутся американские астронавты.
В газетах США выходили аналитические статьи, где рассказывалось, что советский «секретный зонд» имеет целью создать технические препятствия для американской экспедиции. В NASA переживали, что активность Страны Советов вокруг Луны и сеансы связи со станцией «Луна-15» могут вызвать проблемы в коммуникации с Apollo 11.
Чтобы прояснить ситуацию, командир экипажа Apollo 8 Фрэнк Борман воспользовался знаменитой прямой линией связи между Москвой и Вашингтоном, проведенной с целью предупреждения ядерного армагеддона во время Кубинского ракетного кризиса 1962 года. Из информации, предоставленной президентом Академии наук СССР Мстиславом Келдышем, стало понятно, что орбита «Луны-15» не пересекалась с траекторией Apollo 11.
Полет «Луны-15» завершился аварией. Межпланетный аппарат разбился о лунную поверхность 21 июля, через день после успешной посадки Apollo 11.
Первый экипаж, побывавший на Луне, доставил на Землю 21,7 кг реголита. Шесть миссий по программе Apollo привезли суммарно 382 кг лунного грунта.
Советскому Союзу удалось доставить 101 г грунта 24 сентября 1970-го с помощью станции «Луна-16». В целом три миссии — «Луна-16», «Луна-20» і «Луна-24» — доставили реголит из трех районов Луны в количестве 324 г.
Следующая порция вещества с нашего естественного спутника прибыла на Землю через 44 года после предыдущей «посылки». На этот раз отбор реголита в автоматическом режиме произвел китайский космический аппарат «Чанъэ-5». 16 декабря 2020 г. он доставил на Землю 1,73 кг лунного грунта. Это чрезвычайно ценный научный материал, позволяющий получить новые знания о происхождении Луны, ее истории, строении, а также лучше понять прошлое Солнечной системы.
Среди образцов лунной породы, доставленных миссиями Apollo, выделяется 9-килограммовый фрагмент по имени «Большая Берта». В начале 2019 года журнал Earth and Planetary Science Letters опубликовал результаты его исследований, проведенных международной командой ученых. В нем были найдены вкрапления кварца, полевого шпата и циркона. Эти минералы характерны для нашей планеты, но не присущи Луне. Подробное исследование показало, что условия, в которых они образовались, существовали на молодой Земле, но, насколько известно, их никогда не было на ее спутнике.
Вероятнее всего, этот фрагмент образовался в земных недрах 4 млрд лет назад. Позже, в результате удара крупного астероида, часть образовавшейся породы попала в межпланетное пространство, а оттуда выпала на поверхность Луны.
Подобный «межпланетный обмен» веществом — не такая уже и редкость. Сегодня, согласно базе данных Международного метеоритного общества, известно более 400 лунных метеоритов. Их происхождение было подтверждено благодаря радиоизотопному анализу. Первый метеорит с Луны — Allan Hills 81005 — нашли в Антарктиде в 1982 году.
Хвост кометы и звездная пыль
Первым космическим аппаратом, вернувшим на Землю образцы кометы и внеземной материал из-за пределов лунной орбиты, стал автоматический межпланетный зонд Stardust (NASA). Он был запущен 7 февраля 1999 года, а через пять лет, 2 января 2004-го, достиг своей цели — осуществил пролет кометы Вильда-2 (81P/Wild) на расстоянии 240 км. Во время пролета аппарат взял пробы вещества из хвоста кометы и космической пыли.
заполнены сверхлегким материалом — аэрогелем. Источник: NASA
15 января 2006 года капсула с образцами, преодолев более 4,6 млрд км, вернулась на Землю. Аппарату удалось захватить около 30 крупных и мелких частиц кометного вещества.
В добытых зондом фрагментах пыли были обнаружены такие химические элементы, как магний, алюминий, хром, никель, марганец, медь, галлий, а также изотоп железа ⁶⁰Fe, имеющий относительно малый период полураспада (2,6 млн лет).
Однако миссия на этом не завершилась. Космический аппарат, оставшийся после сброса капсулы на околосолнечной орбите, получил новое название Stardust-NExT и новое задание — сфотографировать комету Темпеля-1 (9Р/Tempel). 14 февраля 2011 года он пролетел вблизи ее ядра и заснял изменения на поверхности, вызванные сбросом на нее импактора. Это было второе сближение космического аппарата NASA с кометой Темпеля-1. Дело в том, что именно она в 2005 году стала целью миссии под названием Deep Impact, которая предполагала столкновение с кометным ядром 370-килограммового снаряда (так называемого импактора). Согласно подсчетам, при ударе его относительная скорость составила 10,6 км/с. Энергия удара была сравнима со взрывом 5 тонн тротила. Столкновение произошло на расстоянии 133 млн км от Земли. В результате него выделилось необычно мало воды и много пыли. Это свидетельствовало о том, что комета — далеко не «глыба льда». В выбросах был также обнаружен углекислый газ и органические соединения.
Солнечный ветер
Почти 4,6 млрд лет назад протосолнечная туманность превратилась в современную Солнечную систему. Чтобы понять процессы, вызвавшие такую трансформацию, ученые решили исследовать образцы этой туманности. Так родилась миссия NASA Genesis, стартовавшая 8 августа 2001 года.
Космический аппарат собрал образцы солнечного ветра — материала, выбрасываемого в космос из внешней части Солнца — и доставил их на Землю. Этот материал можно считать «окаменелостью» протопланетной туманности, поскольку научные доказательства свидетельствуют о том, что внешний слой нашего светила заметно не менялся на протяжении миллиардов лет.
Миссия Genesis использовала уникальную орбиту, на проектирование которой ушло три года. После старта было выполнено единственное включение маршевых двигателей, переведшее аппарат на орбиту Ляпунова вокруг точки Лагранжа L₁ системы Земля-Солнце. В течение трех лет Genesis совершил четыре витка по этой орбите, не включая даже корректирующие двигатели, чтобы не загрязнять образцы. Затем, согласно выбранной траектории и без участия маршевого двигателя, он совершил пятимесячный перелет протяженностью более 3 млн км до точки L₂, облетел ее с помощью гравитации Луны и вышел на посадочную траекторию.
Genesis вернулся на Землю 8 сентября 2004-го, но из-за ошибки при установке одного из датчиков ускорения посадка произошла нештатно — парашют не раскрылся и капсула с образцами на высокой скорости врезалась в землю. Однако после анализа обломков ученым удалось извлечь некоторое количество космического вещества.
Частицы астероидов
Первую в истории посадку на астероид и доставку образца его грунта на Землю смог осуществить аппарат «Хаябуса» Японского агентства космических исследований (JAXA).
Одна из наиболее сложных миссий в истории космонавтики проектировалась и готовилась к старту почти 15 лет. Зонд «Хаябуса» был запущен 9 мая 2003 года. Планировалось, что в июне 2007-го он сбросит на Землю капсулу с добытыми образцами грунта с астероида Итокава (25143 Itokawa).
12 сентября 2005 года аппарат приблизился к «небесному камню» на расчетное расстояние 20 км и приступил к его детальным исследованиям. И тут возникли проблемы. Во-первых, на астероид не смог сесть специально предназначенный для этого мини-ровер MINERVA (MIcro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid). Во-вторых, когда в ноябре на Итокаву опустился уже сам «Хаябуса» (хоть он и не был для этого предназначен), сломался инструмент для взятия проб. Центр управления посчитал высокой вероятность того, что в камеру для образцов при контакте с аппаратом попала астероидная пыль, поэтому было принято решение запечатать емкость и отправить зонд на Землю. Из-за проблем со связью и двигателем миссию пришлось завершить на три года позже, чем планировалось.
13 июня 2010-го зонд «Хаябуса» вошел в земную атмосферу, предварительно сбросив капсулу с образцами астероидного вещества. Это была первая доставка грунта с другого небесного тела после 1976 года, когда с Луны вернулась советская «Луна-24».
Учтя недоработки предыдущей миссии, 3 декабря 2014 года JAXA отправило новый аппарат «Хаябуса-2» — на этот раз к астероиду Рюгу (162173 Ryugu) размером примерно 900 м. В целом зонд пробыл около него 18 месяцев — с июня 2018 по ноябрь 2019 года. 22 февраля 2019-го японский автоматический разведчик осуществил первую успешную посадку на поверхность Рюгу для сбора грунта.
5 апреля того же года в поверхность астероида с расстояния 500 м был произведен выстрел заряда взрывчатого вещества для получения образцов почвы из глубины. 11 июля «Хаябуса-2» повторно сел на Рюгу в 20 м от кратера, возникшего при взрыве, чтобы собрать обломки породы и доставить их на Землю.
5 декабря 2020-го зонд сбросил на Землю капсулу з контейнером, приземлившуюся на юге Австралии. В то же время основной аппарат, обогнув нашу планету, продолжил двигаться к следующей цели — астероиду 2001 CC21, пролет которого совершит в июле 2026 года. После этого он будет направлен к объекту, имеющему индекс 1998 KY26 и находящемуся на орбите между Землей и Марсом.
«Хаябуса-2» собрал больше материала с поверхности астероида, чем ожидалось. Исследователи надеются, что анализ этих образцов поможет им ответить на некоторые вопросы, касающиеся происхождения Солнечной системы и жизни на Земле. Ученые также хотят выяснить, могли ли объекты, подобные Рюгу, когда-нибудь попасть на нашу планету и принести на нее воду.
Сейчас «на подлете» к Земле находятся образцы породы астероида Бенну (101955 Bennu), которые собрал американский зонд OSIRIS-REx. Он сблизился с поверхностью небесного тела размером 500 м буквально на несколько секунд. Контакт состоялся в 330 млн км от Земли. Ученые надеются, что аппарат смог собрать несколько горстей космической пыли. Исследователи хотели бы получить не менее 60 граммов, а при наиболее удачном результате зонд должен был бы добыть примерно килограмм породы.
Астероид Бенну — интересное небесное тело размером с нью-йоркский небоскреб Empire State Building. По форме оно напоминает детский волчок. Исследователи считают, что оно относится к классу так называемых каменноугольных (углеродных) астероидов. Это означает, что в нем сохранилась большая часть химических элементов, существовавших 4,5 млрд лет назад, когда появились планеты и Солнце. Именно поэтому ученые стремятся доставить образцы породы этого объекта в наземные лаборатории для изучения.
Марсианская порода
Следующим телом Солнечной системы, откуда ученые планируют получить образцы вещества, должен стать Марс. В настоящее время в разработке находятся сразу три миссии, на которые возложена эта задача.
Первой в сентябре 2024 года стартует японская MMX (Martian Moons eXploration). Она достигнет Марса в июле 2025-го. Далее аппарат сблизится с крупнейшим марсианским спутником Фобосом и возьмет пробу его грунта, после чего ляжет на обратный курс к Земле. Доставка образцов должна состояться в 2029 году.
Полет MMX станет прелюдией к двум еще более амбициозным миссиям, целью которых является доставка на Землю марсианского грунта. Одну из них — Mars Sample Return — совместно разрабатывают NASA и ESA. Другой занимается Китай. Она называется «Тяньвэнь-3».
Реализация китайской миссии начнется в 2028 году с запуска двух аппаратов к Марсу. Один из них сядет на поверхность планеты, возьмет пробу грунта и доставит капсулу с ней на орбиту. Там она будет подобрана вторым аппаратом, который перегрузит образцы, после чего ляжет на обратный курс к родной планете. Если все пройдет по плану, капсула с образцами вернется на Землю в 2031 году.
Американо-европейский проект также предполагает запуск к Марсу двух космических аппаратов. Принципиальное отличие от «Тяньвэнь-3» заключается в том, что они должны будут подобрать заранее подготовленные пробы грунта. Их сбором сейчас занимается марсоход Perseverance. На данный момент начало реализации проекта Mars Sample Return запланировано на 2027–2028 год, доставка образцов на Землю должна состояться в 2033 году.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
