Комета Чурюмова – Герасименко
Коме́та Чурю́мова – Герасиме́нко (комета 67P/Чурюмова – Герасименко, 67P/Churyumov – Gerasimenko), короткопериодическая комета семейства Юпитера, обращающаяся вокруг Солнца по сильно эксцентрической орбите (афелий 5,68 а. е., перигелий 1,24 а. е.) с периодом 6,44 года. Была открыта в 1969 г. К. И. Чурюмовым на одном из серии фотоснимков кометы Комаса Сола (32P/Comas Solà), сделанной С. И. Герасименко, и названа в их честь.
Комета стала целью исследований космической миссии Европейского космического агентства «Розетта», результаты которой расширили современные представления о кометах. Выбор этой кометы был сделан исходя главным образом из энергетических ограничений для космического аппарата. В 2014 г. он вышел на орбиту вокруг ядра кометы, и вскоре была совершена посадка спускаемого аппарата «Филы» на его поверхность (рис. 1). Интересной особенностью проекта было то, что орбитальный и посадочный аппараты сопровождали комету при её движении по околосолнечной орбите на участках до и после перигелия, что позволило провести обширный комплекс дистанционных и прямых измерений в процессе сближения кометы с Солнцем.
Рис. 1. Орбитальный космический аппарат «Розетта» и посадочный зонд «Филы» над кометой Чурюмова – Герасименко (художественное изображение). Иллюстрация: ESA–J. Huart, 2013.Как оказалось, ядро кометы имеет форму гантели, две части которой соединены узкой перемычкой (рис. 2а). Его размеры составляют 4,1 × 3,2 × 1,3 км, масса ∼1010 кг, период собственного вращения 12,04 ч. Плотность кометы равна 530 кг/м3, что свидетельствует о довольно высокой (около 0,7) пористости ядра, аналогичной ядру кометы Темпеля 1. Это означает, что пыль составляет значительную долю довольно однородной ледяной матрицы внутри ядра. Внутренняя структура ядра однородная, содержащая примерно вчетверо больше (по массе) пыли, чем льда. Предполагают, что необычная форма ядра кометы Чурюмова – Герасименко (подобная ядрам некоторых других комет) могла образоваться в результате столкновения на малой скорости (около 1,5 м/с) двух комет на раннем этапе эволюции Солнечной системы, образовав перемычку («утиную шейку»). В пользу такого предположения свидетельствует специфическое расположение внешних слоёв вещества в форме двух отдельных «луковиц», углубляющихся друг в друга на сотни метров. Об этом же говорят параллельные слои вещества на обнажённых крутых склонах, ориентированные вокруг двух исходных долей ядра и уходящие глубоко под поверхность, причём вблизи перемычки эти слои направлены в противоположные стороны, отвечающие, как показало компьютерное моделирование, локальной гравитации слившихся ядер. Следует отметить, что сами обнаруженные крутые обрывы на поверхности ядра (рис. 2б) дают возможность оценить прочностные свойства материала ядра и оползневые явления в условиях очень малой силы тяжести (10–3 м/с2 на среднем уровне поверхности).
Рис. 2. Изображения ядра кометы 67P/Чурюмова – Герасименко, полученные космическим аппаратом «Розетта»: а: ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA; б, в, г: ESA/Rosetta/ NavCam. CC BY-SA IGO 3.0Детальные изображения кометы Чурюмова – Герасименко, предоставленные космическим аппаратом «Розетта», позволили получить значительно более полную информацию о свойствах поверхности и геологии ядер комет. Поверхность ядра тёмная (альбедо 0,06 ± 0,003), сильно неоднородная, со сложными геологическими особенностями рельефа. Она испещрена изломами и провалами, чередующимися с крутыми горными хребтами и небольшими равнинами (рис. 2 в, г). Это создаёт удивительные картины ледяного мира, подверженного периодическим температурным вариациям, с пылевыми наслоениями и сильной эрозией. На изображениях, полученных с близкого расстояния при посадке спускаемого аппарата «Филы», хорошо видны склоны с признаками слоистости и районы, покрытые раздробленным материалом, глыбами различных размеров и структурами, напоминающими дюны, – образованиями, которые трудно объяснить при отсутствии ветра. Дистанционно измеренная температура поверхности ядра на нескольких выбранных участках оказалась около –70 °С, что реально соответствует ледяной поверхности, покрытой неплотным пылевым слоем.
В спектрах комы кометы обнаружено большое количество различных летучих компонентов, выделяемых ядром, часть из которых, вероятно, связана с присутствием сложных органических соединений. Обнаружена, в частности, простейшая аминокислота – глицин, которая ранее была найдена в образцах межзвёздной пыли, собранных космическим аппаратом «Стардаст» при пролёте хвоста кометы Вильда 2 и доставленных на Землю. Основной состав комы – вода, углекислый газ, гидроксил, окись углерода, азот, аргон. Обнаружены также аммиак, метан, метанол, формальдегид, сероводород, цианистый водород, сера (изотопы 32S и 34S), диоксид серы, дисульфид углерода. Вблизи головы кометы найдены CN, C2, NH2, C3, OH, CN, NO, NaI, OI, CH+, OH+, NH+, а в хвосте – CO+, N2+, CO2, CH3OH, CN и OH+. Присутствует молекулярный кислород, содержание которого составляет около 3,8 %, а локальные значения варьируются от 1 до 10 % относительно молекул воды. Его происхождение, очевидно, обусловлено фотохимическими процессами в коме с участием других сублимируемых компонентов. С этими же процессами связано наличие ионов. Отношение содержания N2 к содержанию CO, равное (5,70 ± 0,66) ∙ 10–3, свидетельствует об аккумуляции этих соединений в условиях значительно более низких температур, характерных для транснептунового пояса Койпера; это делает обоснованным предположение, что изначально комета находилась в этой области Солнечной системы.
Рис. 3. Ядро кометы Чурюмова – Герасименко с размерами 1,3×3,2×4,1 км. Комета находится в высокой степени активности, о чём свидетельствуют мощные истечения газа и пыли – джеты. Снимок космического аппарата «Розетта».В зависимости от освещённости сильно различается количество выбрасываемой пыли. В пылевых частицах размером от нескольких десятков до 100 и более микрон помимо кристаллов водяного льда присутствуют натрий и магний, а сами частицы являются сильно пористыми (около 50 %), их структура не согласуется с простой моделью силикатного ядра, покрытого ледяной оболочкой. Отношение пылевых и газовых выбросов составляет примерно 2 : 1, а масса выбросов в областях наиболее сильных газово-пылевых струй (джетов) вблизи перигелия, наблюдаемых наиболее отчётливо на перемычке ядра, может достигать нескольких сотен килограмм в секунду (рис. 3).
Посадка спускаемого аппарата «Филы» на поверхность ядра кометы прошла с определёнными сложностями, а в его работе был большой перерыв из-за неудачного места посадки в области солнечной тени. Тем не менее выполнен ряд важных экспериментов на поверхности, хотя провести измерения на глубине не удалось, т. к. под слоем водяного льда оказалась твёрдая порода, не поддающаяся бурению и дроблению при помощи бортовых инструментов. Были обнаружены циклические изменения ледовых обнажений на поверхности ядра, с которыми связана интенсивность дегазации воды, зависящая от инсоляции (облучения солнечной радиацией).
Рис. 4. Соотношение дейтерия и водорода в Солнечной системе. Иллюстрация из статьи: Altwegg et al. 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio // Science. 2015. Vol. 347. N. 6220. Перевод: БРЭ.Водяной пар в коме кометы, как оказалось, значительно обогащён дейтерием по сравнению с океанической водой на Земле: соотношение дейтерия и водорода D/H = 530 ppm (part per million) против 156 ppm для Земли. Подобное различие обнаружено у целого ряда других как короткопериодических, так и долгопериодических комет, причём у кометы Чурюмова – Герасименко оно совершенно неожиданно оказалось самым высоким, близким к долгопериодическим кометам облака Оорта (рис. 4). В то же время у двух комет семейства Юпитера, в том числе кометы Хартли 2, отношение D/H почти полностью совпадает с земным. Различие в D/H у комет Чурюмова – Герасименко и Хартли 2 удивительно, если учесть, что, как предполагается, обе кометы изначально принадлежали транснептуновому поясу Койпера. Оно остро ставит вопрос о происхождении комет и возможных причинах изменения их состава в процессе эволюции.