За время пребывания исследовательских аппаратов на поверхности/около кометы 67P/Чурюмова-Герасименко было собрано огромное количество научных данных, анализ которых показал, что ледяное тело кометы, являющееся остатками материала, из которого сформировались объекты Солнечной системы, имеет более разнообразную природу и более сложное строение, нежели ученые считали ранее.
    Ученые, занимающиеся обработкой собранных научных данных, потратили с пользой имеющееся в их распоряжении спокойное время, появившееся после ухода посадочного зонда в спящий режим. Доказательством этому является череда научных работ, опубликованных в журнале Science.

Эволюция орбиты аппарата Rosetta

МИССИЯ ROSETTA

    Первой ласточкой среди этих работ была работа, опубликованная в декабре 2014 года. В этой работе описано открытие, сделанное на результатах анализа состава воды, содержащейся в виде льда в материале ядра кометы. Анализ показал, что химический состав воды в комете отличается от состава воды в земных океанах, что полностью противоречит теории о том, что вода была доставлена на Землю и на другие планеты от границ Солнечной системы при помощи комет.

Комета 67P/Чурюмова-Герасименко

МИССИЯ ROSETTA

    В новых исследованиях большую часть занимают исследования собственно ядра кометы, которое состоит из двух частей и напоминает по форме резинового утенка. Относительно этой формы у ученых имеются два предположения, каждое из которых имеет свое "право на жизнь". Согласно первому предположению, ядро кометы 67P сформировалось из двух разных тел, которые столкнулись, объединились и соединились перешейком под влиянием различных факторов. Второе предположение заключается в том, что ядро кометы 67P было раньше одним большим телом, имеющим более симметричную форму. Но космическая "коррозия", влияние солнечного ветра и космических лучей, "выела" менее плотный материал ядра, оставив лишь тонкий перешеек, соединяющий две более массивные и плотные части. "Нам еще пока неизвестен точный ответ на этот вопрос" - рассказывает Майкл А'Хирн (Michael A'Hearn), ученый-астроном из университета Мэриленда, - "Но в недалеком будущем мы обязательно выясним это".

Карта регионов кометы 67P     Поверхность кометы 67Р/Чурюмова-Герасименко поделена на 19 регионов по различиям в геоморфологических границах между ними. Все эти регионы получили свои названия в честь древнеегипетских божеств. Регионы сгруппированы в зависимости от типа местности доминирующей на каждом участке. Были определены пять основных категорий типов местности:     - покрытые пылью (Маат, Эш, Баби);     - ломкие, хрупкие породы и кольцевые структуры (Сет);     - крупномасштабные впадины и депрессии (Хатмехит, Нут, Атон)     - ровная и гладкая поверхность (Хапи, Имхотеп, Анубис)     - скалистая/каменистая местность (Мафдет, Бастет, Селкет, Хатхор, Анукет, Хепри, Акер, Атум, Апис)     Большая часть северного полушария покрыта пылью. При нагреве кометы, лед превращается в газ, который с большой скоростью покидает комету и формирует ее атмосферу и кому. Пыль, уносимая потоками газов, имеет более низкую скорость, поэтому частицы, которые не могут преодолеть слабую гравитацию кометы, оседают обратно на ее поверхность.

МИССИЯ ROSETTA

    "Если нам удастся обнаружить существенные различия в составе материала двух половинок ядра кометы 67P, мы сможем утверждать, что ядро сформировалось из двух больших космических тел немного разной природы" - рассказывает Майкл А'Хирн, - "В ином случае можно будет считать, что ядро кометы в прошлом было одним большим телом, сформировавшимся из небольших отдельных глыб, размерами от 100 метров и больше".

Данные, собранные аппаратом Rosetta за два месяца.

МИССИЯ ROSETTA

    Данные, собранные аппаратом Rosetta за два месяца, указывают на то, что масса ядра кометы составляет около 10 миллиардов тонн, что больше массы Международной космической станции в 100 миллионов раз. При этом, средняя плотность материала ядра составляет около 470 кг/м³, что значительно меньше плотности льда (1500-2000 кг/м³), и приблизительно равно плотности дерева, пробки или пластика. Это, в свою очередь, означает, что материал ядра кометы имеет более пористую структуру, чем теоретическая структура, воспроизведенная по данным математического моделирования.

Активный провал в области Сет. При увеличении контраста изображения (справа) были обнаружены реактивные газовые струи.

МИССИЯ ROSETTA

    Выбросы газов играют важную роль в транспортировке пыли по поверхности кометы, они формируют дюны и пыльные ряби. В некоторых местах слой пыли может достигать нескольких метров в толщину. Измерения температуры поверхности с борта космического аппарат позволяет предположить, что пыль играет важную роль в жизни кометы. Она позволяет защитить подповерхностный лед кометы от быстрого испарения.
    Еще одним интересным открытием является то, что практически вся поверхность ядра кометы покрыта органическими материалами с небольшими вкраплениями льда. Ученые рассчитывали найти на поверхности ядра кометы сложные углеродосодержащие молекулы, такие, как спирты и карбоксильные кислоты. Однако, на поверхности ядра кометы были обнаружены преимущественно простые углеводороды, что дает ученым возможность откорректировать некоторые существующие теории о методах и путях распространения органических соединений по Солнечной системе в ее далеком прошлом.
    В масштабах 15-25 метров спектрометр VIRTIS аппарата Rosetta определил, что поверхность кометы композиционно очень однородная, доминирует пыль и богатые углеродом молекулы, в значительной степени она лишена льда. Но более мелкие и яркие области на изображениях могут быть с высоким содержанием льда. Как правило, эти яркие участки обнаруживаются в местах где произошли обвалы и разрушения нетвердых пород, обнаживших свежие породы и вещество из под поверхности кометы.

Ледяные ниши и углубления. Точки A-C в качестве примеров мест где было замечено присутствие яркого вещества, предположительно льда.     Сверху: углубление на границе областей Хатхор-Анукет, в точках А и В хорошо видно вещество, которое на 20% ярче чем окружающая поверхность. Фото от 21 августа 2014 года.     Снизу: яркие, с высоким коэффициентом отражения валуны метрового размера видны в точке С, на границе областей Эш-Хепри. В точке D виден разрыв пласта. Фото от 3 ноября 2014 года.

МИССИЯ ROSETTA

    На больших масштабах, многие скалы и породы покрыты беспорядочно ориентированными трещинами. Их образование связано с быстрыми циклами нагрева-охлаждения, которые имеют место в течение 12,4 ч дня кометы и за 6,5 лет оборота кометы вокруг Солнца.

    Комета Чурюмова-Герасименко: очень темная и богатая органическими соединениями

    Проанализированы показатели полученые при помощи инструмента VIRTIS - Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer в период с августа по декабрь 2014 года. Первым неожиданным результатом стало измерение альбедо - характеристики диффузной отражательной способности поверхности кометы. Как оказалось, 67P/Чурюмова-Герасименко является одним из самых темных объектов в Солнечной системе. Выяснилось, что альбедо кометы составляет всего 6%. Для сравнения: соответствующий показатель Луны равен 12%, Земли - примерно 37%.

"Мурашки" на поверхности кометы.

МИССИЯ ROSETTA

    Столь небольшая отражательная способность указывает на то, что поверхность кометы содержит такие минералы, как сульфиды железа, а также включает углеродные соединения. Кроме того, низкое альбедо говорит о небольшом содержании или полном отсутствии водяного льда во внешних слоях грунта кометы. Однако, подчеркивают исследователи, это не говорит о том, что водного льда нет в слоях, находящихся под поверхностью.

Сверху: ядро кометы 67Р, навигационная камера NAVCAM.     Снизу: изображение в аналогичной ориентации, показывает спектральный градиент/наклон поверхности ядра.     Это необходимо для получения информации о составе пород на поверхности кометы. Малые значения (синий цвета на изображении) характерны для перешейка кометы, в регионах где была зарегистрирована максимальная кометная активность.

МИССИЯ ROSETTA

    Другим интересным результатом исследований стало обнаружение макромолекулярных органических соединений, которые присутствуют на всей поверхности 67P/Чурюмова-Герасименко. Некоторые из этих соединений схожи с карбоновыми кислотами, а точнее, с полимерами карбоновых кислот, которые присутствуют в аминокислотах. Подобные соединения обнаружены на поверхности ядра кометы впервые. Образование таких соединений требует наличия льдов летучих молекул, таких как метанол, метан или окись углерода, которые замерзают только при очень низких температурах. Таким образом, эти соединения должны были сформироваться на больших расстояниях от Солнца и на ранних стадиях образования Солнечной системы.

    Комета Чурюмова-Герасименко: рост сублимации с поверхности

    Кроме вышеописанных открытий, ученые произвели исследования окружающего ядро кометы газового облака, которое формируется из газа, испаряющегося с поверхности ядра кометы преимущественно из района перешейка. Длительные наблюдения показали четкую, но умеренную зависимость плотности и размеров этого от цикла смены дня и ночи, и от сезонных изменений, которые возникают из-за сближения кометы с Солнцем.

Изменение состава комы по времени     Ученые приписанные к миссии Rosetta обнаружили, что состав комы кометы сильно изменяется в течение времени. Большие колебания H2O, CO и CO2 в составе комы указывают на изменения день-ночь и возможно сезонные. Красный регион на изображении, в котором доминируют СО и CO2, плохо освещен, поэтому тут характерны сезонные колебания вызванные разницей температур в подповерхностном слое.

МИССИЯ ROSETTA

    Данные полученные научными инструментами и камерами аппарата Rosetta показали увеличение количества выбрасываемой кометой пыли, на протяжении последних 6 месяцев. Также был зарегистрирован общий рост темпов глобального выброса водяного пара от кометы, с 0,3 литра в секунду в начале июня 2014 года до 1,2 литра в секунду в конце августа 2014 года. Водяной пар сопровождается окисью и двуокисью углерода. Спектрометр ROSINA определил значительные колебания в составе комы в течении суток на комете и, возможно, сезонные изменения.

Снимок сделан на расстоянии в 8 км от поверхности, 14 октября 2014 года. Разрешение снимка 15 см на пиксель.

МИССИЯ ROSETTA

    Комбинируя измерения с приборов MIRA, ROSINA и GIADA, полученные в период с июля по сентябрь, ученые сделали первую оценку соотношения кометной пыли и газа. Вышло, что комета в среднем выбрасывает в 4 раза больше пыли чем газа на освещенной солнцем поверхности ядра кометы. Тем не менее, это значение, как ожидается, изменится, по мере приближения кометы к Солнцу.

Формирование магнитосферы кометы:     1. Комета приближается к Солнцу     2. Сублимация молекул воды с поверхности кометы     3. Молекулы воды ионизируются под действием УФ света     4 и 5. Ионы ускоряются под действием солнечного ветра (это регистрирует прибор RPC-ICA)     6. Солнечный ветер толкает ионы в одном направлении, но сам по себе отклоняется в противоположном

МИССИЯ ROSETTA

    Прибор GIADA, отслеживающий движение пылевых частиц вокруг кометы, выявил только один поток частиц от кометы. Другой поток частиц, который был зарегистрирован во время подлета аппарата Rosetta к комете примерно в 130 км в 100 раз менее плотный. Ученые считают, что этот менее плотный и удаленный поток частиц пыли остался с прошлого сближения кометы с Солнцем.


    В конце января 2015 года после месяца бесплодных усилий руководство Европейского космического агентства приняло решение о сворачивании поиска посадочного модуля Philae. Несмотря на то, что область предполагаемой посадки была сужена до размеров полосы в 350 на 30 метров, возможностей орбитального аппарата Rosetta оказалось явно недостаточно для обнаружения небольшого модуля Philae, находящегося на поверхности ядра кометы. Дальнейшее продолжение поисков чревато срывом планов основной научной миссии Rosetta и, в связи с этим, космический аппарат получил команду переместиться на более высокую орбиту.

Траектория спуска посадочного модуля Philae:

МИССИЯ ROSETTA

    Аппарат Rosetta начал перемещение на более высокую орбиту относительно ядра кометы 67P, туда, откуда возможности обнаружения модуля Philae станут еще меньше. С такого расстояния модуль Philae, который будет выглядеть как три точки на снимке, будет практически невозможно заметить на поверхности, усеянной кратерами и валунами.
    "Достаточно плотный график научных исследований аппарата Rosetta составлен на несколько месяцев вперед. И компания поисков потерянного модуля Philae уже совершенно не вписывается в этот график" - рассказывает Мэтт Тэйлор (Matt Taylor), член научной группы миссии Rosetta, - "Далее мы будем уделять поискам модуля некоторое свое время, если это будет позволять наш научный график. Но мы уже не будем изменять траекторию полета аппарата Rosetta для того, чтобы он специально пролетал над предполагаемым местом посадки".

Предполагаемая зона посадки: Мозаика 2*2 узко угольной камеры OSIRIS, 13 декабря 2014 года, на расстоянии 20 км от центра кометы.

МИССИЯ ROSETTA

    Единственной надеждой ученых миссии Rosetta на "возрождение" модуля Philae остается момент, когда комета приблизится к Солнцу и на солнечные батареи модуля попадет достаточно света для того, чтобы его электроника начала снова функционировать. Однако, в это время на ядре кометы начнут происходить бурные процессы и модуль может быть выброшен в пространство потоками газа, извергающегося из недр ядра кометы. Кроме этого, никому неизвестно в каком состоянии пребывает электроника модуля, пробывшая долго в бездействии в замороженном состоянии.
    Специалисты ЕКА прогнозируют, что подходящие для возобновления работы модуля Philae условия на поверхности кометы возникнут в промежутке от конца марта до начала июня 2015 года, когда батареи модуля смогут обеспечить те минимальные 17 Ватт энергии, необходимые для возобновления работы основных систем модуля.


    Скорее всего миссия посадочного модуля Philae завершилась, но миссия аппарата Rosetta продолжается! И уже 14 февраля 2015 года аппарат Rosetta совершил самый близкий пролет возле ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Для совершения столь опасного маневра ученым пришлось очень плодотворно потрудиться. Была рассчитана сложнейшая программа для сближения с ядром кометы, основные этапы которой можно посмотреть на представленном видео:

МИССИЯ ROSETTA

    За время подготовки к встрече, во время маневров и смен траекторий аппарат Roseta постоянно регистрировал новые газовые выбросы с поверхности кометы. По мере приближения кометы к Солнцу все "кометные" процессы начинают идти все более и более интенсивно. Уже достаточно хорошо видны формирующие хвост потоки газов и пыли, извергающиеся в космическое пространства.

Снимок от 31 января 2015 года, сделан на расстоянии 28 км от центра кометы.

МИССИЯ ROSETTA

Следует заметить, что приведенный снимок прошел математическую обработку, целью которой стало повышение яркости и контрастности изображения. Благодаря такой обработке на этом снимке, в отличие от оригинала, четко видны не только сами потоки газа и пыли, но и их некоторые мелкие детали.     Снимок от 6 февраля 2015 года, сделан на расстоянии 124 км от центра кометы.

Оригинал снимка перед обработкой

МИССИЯ ROSETTA

    Поскольку комета 67P постепенно приближается к Солнцу, на ее поверхность начинает поступать больше энергии в виде солнечных лучей. Эта энергия нагревает вещество ядра кометы, которое начинает испаряться взрывообразным способом, переходя из твердой фазы сразу в газообразную фазу. Такие бурные процессы приводят к тому, что из ядра кометы в разные стороны начинают бить внушительные струи, состоящие из пара, пыли и мелких камней, которые начинают формировать хвост кометы.

Снимок от 9 февраля 2015 года, сделан на расстоянии 105 км от центра кометы.

МИССИЯ ROSETTA

    В субботу, 14 февраля 2015 года в 12:41 по времени Гринвичского меридиана, аппарат Rosetta совершил самый близкий за все время пролет мимо ядра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Во время этого пролета дистанция между космическим аппаратом и поверхностью в области Имхотеп самого большого "лепестка" ядра кометы 67P составила порядка 6 километров. Выполняя данный маневр, камеры аппарата постоянно производили съемку всего происходящего, и уже 16 февраля все сделанные снимки были переданы на Землю.

Монтаж, фото с расстояния в 35 км, 04:32 GMT. Масштаб 3 метра на пиксель. Каждый кадр 3 км в поперечнике.

МИССИЯ ROSETTA

    Из серий однотипных снимков специалисты ЕКА составили своего рода мозаику. Однако, за счет высокой скорости вращения ядра кометы, эта мозаика не выглядит однородной. За время, прошедшее между моментами снимков, изменялись условия освещенности, а сама комета успевала повернуться на достаточно большой угол. На представленных "мозаиках" самые ранние изображения находятся в правой верхней части.

Монтаж, 4 фото с расстояния в 8,9 км, 14:15 GMT. Масштаб 0,76 метра на пиксель. Каждый кадр 1,35*1,37 км в поперечнике. На мозаике показана область Имхотеп.

МИССИЯ ROSETTA

    Наиболее интересным снимком является снимок, сделанный в 14:15 GMT, на котором можно увидеть участок поверхности под названием Имхотеп, ядра кометы с высоким уровнем детализации. На снимке можно рассмотреть несколько практически круглых возвышений, края которых образуют террасы, каменные глыбы, размерами в десятки метров, выступающие из-под поверхности и гладкие валуны разных размеров, которые усеивают всю поверхность ядра кометы. А практически в центре изображения показан один из самых больших валунов, который из-за размеров даже удостоился чести получить свое собственное название Хеопс (Cheops).

Монтаж, 4 фото с расстояния в 12,6 км, 10:15 GMT. Масштаб 1,1 метра на пиксель.

МИССИЯ ROSETTA

    Во время пролета космический аппарат Rosetta двигался по такой траектории, что Солнце всегда находилось строго позади аппарата, что является одним из наилучших условий освещенности поверхности ядра кометы. Это позволило камерам аппарата сделать серию высококачественных снимков с высокой разрешающей способностью. Но и другие инструменты аппарата также не теряли время даром, сумев захватить образцы атмосферы (комы) кометы, анализ которых позволит ученым установить взаимосвязь между процессами, происходящими на поверхности и в недрах ядра, с шириной, плотностью и прочими показателями комы кометы.

Монтаж, 4 фото с расстояния в 31,6 км, 19:42 GMT. Масштаб 2,7 метра на пиксель.

МИССИЯ ROSETTA

    В настоящее время аппарат Rosetta удалился от ядра кометы на безопасное расстояние. Находясь на расстоянии в 255 километров от ядра аппарат, по мнению руководства миссии, будет застрахован от всяких случайностей и от повреждения выбрасываемыми из ядра камнями, пылью и газами.