| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
| |||||
Космические исследования |
|
МИССИЯ «DEEP IMPACT»
Краткое описание:
Результаты миссии аппарата "Deep Impact" Рисование на основе чисел – довольно точное описание того, как ученые создают изображения различных объектов, начиная от атомов и заканчивая астероидами и кометами. Недавно аналогичную работу проделали и ученые, задействованные в миссии Deep Impact (рисунок показывает псевдоцветное изображение кометы Tempel 1 примерно через 50 минут после того, как зонд Deep Impact врезался в ее поверхность). «До проведения данного эксперимента ученые имели множество вопросов и непроверенных идей относительно структуры и состава ядер (твердых тел) комет, однако не было практически никаких достоверных знаний. – говорит Майкл А’Хирн (Michael A'Hearn), руководитель миссии и профессор астрономии в Университете штата Мэриленд (University of Maryland). – Теперь, после анализа данных, полученных в ходе эксперимента, открылось много нового и удивительного». Например, комета Tempel 1 имеет очень «пушистую» структуру, более хрупкую, чем ком снежной пыли. Вся пыль кометы удерживается вместе силами гравитации. Однако гравитационное притяжение здесь настолько мало, что человек, подпрыгнув, может улететь прочь от кометы. Еще одним открытием стало наличие на поверхности кометы ударных кратеров. Ядра двух других комет, которые также изучались ранее с близкого расстояния, не имели никаких признаков таких кратеров. «Ядро Tempel 1 имеет отчетливые слои, видимые на топографическом рельефе, который варьируется от областей с очень гладкой поверхностью до областей, удовлетворяющих всем критериям ударных кратеров. – поясняет А’Хирн. – Правда, проблема достоверного утверждения того, что это действительно ударные кратеры, заключается в том, что мы пока не знаем механизмов, почему одни кометы сталкивались с космическими объектами в нашей солнечной системе, тогда как другие - нет».
Другим интересным наблюдением была регистрация углерод-содержащих молекул при спектральном анализе выброшенного материала кометы. Таким образом, показано, что кометы содержат значительное количество органических веществ, и, возможно, в прошлом они могли занести их на Землю. Наконец, обнаружилось, что внутренняя часть ядра кометы эффективно защищена от нагрева Солнцем. Полученные в ходе миссии данные показали, что ядро Tempel 1 имеет высокую пористость. Подобное свойство позволяет поверхности ядра быстро нагреваться и охлаждаться, откуда следует, что передача тепла внутрь ядра затруднена. Таким образом, глубоко внутри него лед и другие материалы могли сохраниться в своем первоначальном виде с самых первых дней нашей солнечной системы. «Для этого мы использовали инфракрасный спектрометр, который дал нам температурную карту кометы. Последняя позволила нам оценить тепловую инерцию ее поверхности, то есть, фактически, возможность передачи тепла внутрь ядра», - поясняет Оливьер Груссин (Olivier Groussin). Тщательный анализ спектральных данных позволил ученым воссоздать самую детальную структуру кометы. Например, ученые зарегистрировали полосы излучения воды, испарившейся сразу после удара зонда. Спустя же несколько секунд после этого появились полосы поглощения, связанные с частицами льда, которые были выброшены из глубин ядра. «В течение пары секунд быстрый горячий шлейф, содержащий водяной пар, сменился подповерхностными частицами льда и пыли. – говорит Джессика Саншайн (Jessica Sunshine). – Это был самый драматичный спектральный переход, который я когда-либо видела». Результаты исследования были опубликованы в сентябрьском выпуске журнала Science. Наблюдения телескопа Spitzer за Tempel 1 Когда 4 июля 2006 года снаряд зонда Deep Impact врезался в комету Tempel 1, произошел выброс вещества, которое было основой нашей солнечной системы. Сейчас астрономы завершили его анализ по данным, полученным с космического телескопа Spitzer и с самого зонда Deep Impact, и составили список его «ингредиентов». «Эксперимент Deep Impact сработал. – говорит Кери Лисс (Carey Lisse) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University's Applied Physics Laboratory). – Мы составили список химических элементов кометы, который в дальнейшем будет использоваться другими учеными». Лисс является руководителем наблюдений кометы Tempel 1, выполняемых на телескопе Spitzer. Результаты своей работы он представил на этой неделе на 37-м ежегодном собрании Отдела планетарных наук (Division of Planetary Sciences) в Кембридже, Англия. Наблюдения выброшенного из кометы облака материала проводилось с помощью инфракрасного спектрографа телескопа. Хотя астрономы до сих пор обрабатывают полученные с него данные, они уже составили картину основных составляющих кометы. Сюда входят и стандартные компоненты, такие как силикаты, так и неожиданные, например, глина и карбонаты. Их обнаружение оказалось сюрпризом, так как считалось, что для их формирования необходима жидкая вода. «Как подобные вещества образовались на ледяной комете? – спрашивает Лисс. – Мы не знаем точно, однако их наличие может свидетельствовать о том, что в ранней солнечной системе происходило интенсивное перемешивание. Например, материалы, образовавшиеся возле Солнца под действием жидкой воды, и замерзшие вещества с орбит Урана и Нептуна, в конце концов, оказались включены в одно небесное тело». Кроме того, обнаружились и другие химические вещества, в частности, ароматические углеводороды и компоненты, содержащие железо. Планеты, кометы и астероиды образовались из газопылевого облака, которое окружало солнце около 4.5 млрд. лет назад. Но так как кометы сформировались на холодной периферии солнечной системы, то часть раннего планетного вещества сохранилась внутри них в неизменном виде. Теперь, имея список таких «ингредиентов», ученые могут начать проверку различных моделей формирования планет. Включая химические вещества в свои формулы, они смогут определить, какие типы планет образуются в конце. «Теперь мы можем перестать гадать, что же именно находится внутри комет. – заключает Майк А’Хирн (Mike A'Hearn), руководитель миссии Deep Impact. – Полученная информация является бесценной для составления картины формирования нашей и других планет». Силикатные кристаллы в комете Tempel 1 Согласно заявлению астрофизиков NASA, зеленый песок, который можно найти на Гавайских островах, похож на кристаллы оливина во внутренних частях ядра кометы Tempel 1. Статью о своем открытии они опубликовали в сентябрьском номере журнала Science Express. Ученые проводили наблюдения до, во время и после того, как импактор врезался в ядро кометы. При этом они использовали инфракрасные детекторы телескопов Gemini и Subaru, которые расположены на Гавайях. «Силикатные кристаллы кометы выглядят как пудра, но, тем не менее, они состоят из тех же компонентов, что и зеленые крупинки песчаных пляжей Гавайских островов», - говорит Диан Вуден (Diane Wooden), астрофизик NASA. Работы на телескопе Gemini проводились под руководством Девида Харкера (David Harker), Университет Калифорнии, а на телескопе Subaru – под руководством Сейжи Сугиты (Seiji Sugita), Университет Токио. «После удара импактора по ядру кометы в этом месте возник короткоживущий газовый гейзер. Именно он и выбросил кристаллы в космическое пространство. – поясняет Вуден. – Затем наши телескопы, являющиеся самыми большими в мире, сфокусировались на регистрации зеленой пыли в этом выбросе» (рисунок показывает псевдоцветное изображение кометы за 1 минуту до столкновения, через 3 часа и через 24 часа после него [слева направо]). Нужно отметить, что, например, другая комета – Хейла-Боппа – является столь активной, что она сама выбрасывала зеленые силикатные кристаллы при прохождении вблизи Солнца в 1997 году. В случае же с кометой Tempel 1, она проходила вблизи Солнца уже так много раз, что практически потеряла свои поверхностные газы и частицы. «Однако импактору Deep Impact все же удалось пробиться к внутренним слоям кометы и вызвать выброс кометного вещества, который мы и наблюдали с помощью наземных телескопов. – отмечает Вуден. – Невероятным было и то, что поверхность кометы (или же ее пористая структура) защитили ее внутренние части от интенсивного нагрева Солнцем. Обычно мы не наблюдаем подобных силикатов в хвостах комет, которые сильно разогреваются солнечным светом».
Ученые уже давно знали, что основным компонентом комет является водный лед, однако они не были уверены, находится ли он внутри ядра кометы, или его также можно обнаружить и на поверхности. Новый анализ данный, полученных в результате миссии Deep Impact в прошлом году, свидетельствует о том, что водный лед действительно может существовать на поверхности кометы. В своей статье, опубликованной в онлайновой версии журнала Science, ученые заявляют, что поверхность Tempel 1 имеет три небольших участка, покрытых льдом. Эта комета имеет поверхностную площадь около 1.2 млрд. квадратных футов. В то же время, льдом покрыто всего 300 тыс. квадратных футов, остальная часть кометы покрыта пылью. Эксперимент Deep Impact был проведен 4 июля 2005 года, когда тяжелый медный ударник (импактор) врезался в поверхность кометы Tempel 1. В результате образовался кратер размером со стадион, и тонны обломков были выброшены в космос. Импактор был одним из двух аппаратов миссии, второй (материнский) производил съемку и анализ столкновения. Область формирования кометы Tempel 1 Комета Tempel 1 могла образоваться в области солнечной системы, которую в настоящее время занимают Уран и Нептун. Такое заключение было получено на основании анализа кометных обломков, выброшенных в космос после удара зонда Deep Impact. В случае своей корректности, данное наблюдение даст подтверждение в пользу сценария, когда в молодой солнечной системе происходили бурные процессы, а Уран и Нептун меняли свои места, рассеивая, тем самым, кометы в окружающее пространство. «Наше наблюдение было нацелено на изучение химического состава кометы Tempel 1», - говорит Майкл Мумма (Michael Mumma) из Центра космических полетов Годдарда NASA (NASA Goddard Space Flight Center). Мумма и его коллеги использовали мощный телескоп обсерватории Кек на Гавайях для подробного анализа света, излученного газом кометы в момент удара. Так как каждый тип атомов и молекул имеет свои характерные частоты излучения, то на основании этого ученые смогли определить и химический состав ядра кометы. Кометы являются глыбами, состоящими изо льда и пыли, которые двигаются по вытянутым орбитам. Считается, что ядра комет – это газопылевые образования, оставшиеся после формирования основных тел солнечной системы. При приближении к Солнцу, его излучение нагревает ядро кометы, высвобождая газ и пыль. Последние формируют кому (облако вокруг ядра) и один или несколько хвостов. Повторяющееся нагревание приводит к тому, что с поверхности исчезают вещества, имеющие низкие температуры кипения. Фактически, на ядре кометы формируется «корка», отличающаяся химически от его внутренних областей. Это делает сложным определение истинного состава кометы просто путем изучения газа в ее хвосте.
Миссия Deep Impact наконец-то позволила ученым заглянуть во внутренние области ядра кометы Tempel 1. Так, наблюдая ее до, во время и после столкновения, астрономы смогли отделить излучение поверхностных газов от излучения выброшенных при ударе материалов. При этом оказалось, что внутренность ядра действительно имеет другой химический состав. «Количество этана (C2H6) в облаке, окружающем комету, было значительно выше после удара, чем до него», - говорит Мумма. Есть два возможных объяснения произошедшего. Первое - то, поверхностный слой отличается от внутренних структур из-за солнечного нагрева (как было писано выше). Второе – то, что внутренняя часть ядра является совокупностью областей с различным составом. Могло случиться так, что зонд Deep Impact разрушил одну из таких областей, в то время как газ, вытекавший из ядра, мог образовываться в другой области с другим составом. Идеальным решением здесь было бы множество ударов по ядру кометы, для того, чтобы решить, какой из вариантов правильный. В случае верности первой теории, исходя из химического состава ядра кометы, можно заключить, что она могла образоваться в той области солнечной системы, где сейчас проходят орбиты Урана и Нептуна. Обоснованием является то, что в зависимости от положения кометы в нее вмораживаются различные химические соединения. Следовательно, та комета, которая будет располагаться дальше от Солнца, будет иметь в своем составе больше газов с низкой температурой кипения (например, этан). Таким образом, измеряя относительное содержание различных веществ в комете, астрономы могут оценить, где она сформировалась. Образование Tempel 1 в этой области также подтверждает теорию о том, что Уран и Нептун сформировались ближе к Солнцу, чем они находятся сейчас. Данная модель, предложенная Алессандро Морбиделли (Alessandro Morbidelli), говорит, что гравитационное взаимодействие между этими планетами и многочисленными малыми планетами, оставшимися после образования солнечной системы, привело к неустойчивости их орбитального движения. В итоге, Уран и Нептун перешли на более далекие орбиты. При этом их гравитационное влияние разрушило обширный кометный диск, находившийся в той области. Часть комет была рассеяна далеко за пределы солнечной системы, сформировав так называемое «облако Оорта» (Oort cloud) расположенное на расстоянии 10 тыс. астрономических единиц. Другие кометы попали в пояс Койпера (Kuiper belt), область, простирающуюся от орбиты Нептуна до расстояний порядка сотен астрономических единиц. Если в дальнейшем окажется, что кометы из пояса Койпера и из облака Орта имеют схожий химический состав, это станет доказательством данной модели формирования солнечной системы.
| |||||||||||
 |
|
|