Дмитрий Вибе

ПУТЬ К ЭРОСУ

В сокращенном варианте опубликовано в Российской газете 20 октября 2000 г. под заголовком "Эрос расставляет любовные сети"

Все картинки (c) NASA/JHU APL

В 2000 году начался новый этап освоения Солнечной системы: 14 февраля американский космический аппарат NEAR (NASA) был захвачен гравитационным полем малой планеты Эрос, став первым в истории искусственным спутником астероида. Символично, что компаньоном малой планеты с таким романтическим именем NEAR стал в День Святого Валентина. А рабочая группа по планетной номенклатуре Международного астрономического союза приняла решение, что детали рельефа Эроса будут называться в честь литературных героев, прославившихся своими любовными приключениями.

В новогоднюю ночь 2001 года исполняется 200 лет со дня открытия первого астероида. А началась эта история в 1766 г., когда немецкий ученый Иоганн Даниель Тициус фон Виттенберг подметил, что расстояния Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера и Сатурна от Солнца можно связать простой математической зависимостью с их номерами в Солнечной системе, но только при одном условии: если считать, что номер Юпитера отличается от номера Марса не на 1, а на 2. Через несколько лет другой немец Иоганн Боде предположил, что между Юпитером и Марсом скрывается неоткрытая пока планета, которой и принадлежит пропущенный номер.

В 1781 г. знаменитый английский астроном Вильям Гершель в дополнение к пяти перечисленным открыл еще одну планету -- Уран, радиус орбиты которого, как оказалось, также соответствовал правилу Тициуса-Боде. Уверенность в существовании планеты между Марсом и Юпитером окрепла настолько, что астрономы даже почувствовали некоторую неловкость -- обидно, открыв планету на окраинах Солнечной системы, упорно не видеть другую в близких окрестностях Земли. В 1796 году венгерский барон Франц фон Цах даже организовал из астрономов отряд "небесной полиции", задачей которого был поиск таинственной беглянки.

Первооткрывателем пропавшей планеты стал итальянский монах-астроном Джузеппе Пиацци. В новогоднюю ночь 1801 года (мирские праздники его, очевидно, не волновали), занимаясь проверкой звездного каталога, он обнаружил на небе тусклую движущуюся точку. Шесть недель он следил за ее перемещением между звездами, но потом заболел, а поправившись обнаружил, что потерял свою находку. К счастью, математик Карл Гаусс сумел вычислить орбиту пропавшего тела. И к великой радости астрономов она оказалась именно там, где и должна была находиться недостающая планета -- на расстоянии 2,8 астрономической единицы от Солнца! Астрономической единицей астрономы называют средний радиус земной орбиты (149,6 млн. км), то есть находка Пиацци отстояла от Солнца в 2,8 раза дальше, чем Земля.

Размеры новоявленного члена Солнечной системы (около 930 км) до остальных планет не дотягивали, чем и объяснялось столь позднее его открытие. Но в остальном все было правильно, и планета, окрещенная Церерой, заняла должное место в планетной семье. Увы, радость ученых оказалась преждевременной! В 1802 году на том же расстоянии от Солнца обнаружилась еще одна планета, потом еще и еще. По предложению Гершеля эти странные тела назвали астероидами, то есть звездоподобными. 433-й по счету астероид, открытый Карлом Густавом Виттом 13 августа 1898 г., получил имя Эрос.

Стоит, вероятно, подчеркнуть: все, что астрономам известно на сегодняшний день об астероидах, говорит о том, что они никогда не входили в состав крупной планеты. Именно это и делает их столь интересными объектами для изучения: ведь они остались практически неизменными с той далекой эпохи, когда в диске из газа и пыли, окружавшем молодое Солнце, рождалась Солнечная система. Изучая их, ученые надеются понять, как именно появилась на свет Земля и может ли что-то подобное происходить и у других звезд.

К сожалению, точнее, конечно же, к счастью, пояс астероидов очень далек от нас, и исследовать малые планеты было бы очень сложно, если бы некоторые из них по тем или иным причинам не оказывались иногда в близких окрестностях Земли. Эрос вращается вокруг Солнца по вытянутой орбите, самая близкая точка которой удалена от Солнца на 1,13 астрономической единицы. Это означает, что в принципе Эрос может приблизиться к Земле на 20 млн. км. Из-за близости орбит он и стал первым астероидом, к которому решено было отправить рукотворный аппарат.

Путешествие к Эросу организовано в рамках программы американского космического агентства NASA "Discovery" (то есть, открытие), суть которой состоит в поисках ответов на вопросы о происхождении Солнечной системы с помощью небольших и, соответственно, недорогих аппаратов. Космический зонд NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous, Встреча с околоземным астероидом) создан в Лаборатории прикладной физики Института им. Джона Хопкинса (США). Стоимость его составила 224 млн. долларов, то есть всего по 80 центов на одного американского гражданина.

Зонд NEAR невелик: основной корпус длиной 2,8 м, полутораметровая тарелка антенны и четыре солнечные батареи длиной по 1,8 м каждая. На борту установлено пять научных приборов -- магнитометр для измерений магнитного поля Эроса (буде таковое окажется), лазерный дальномер для построения его рельефной карты с точностью 1-2 м, электронная камера для получения цветных снимков астероида и два спектрометра -- рентгеновский- гамма и инфракрасный -- для определения химического состава его поверхности. Последний, правда, в начале июня пришлось выключить из-за неожиданной поломки. Полностью заправленный топливом, на стартовой позиции NEAR со всеми инструментами весил всего 800 кг -- немного для аппарата, которому предстоял путь во многие сотни миллионов километров.

Зонд отправился в путешествие 17 февраля 1996 г. в расчете на сближение с астероидом в январе 1999 г., но из-за сбоя в программном обеспечении в декабре 1998 г. NEAR не удалось вовремя затормозить, и он промчался мимо Эроса на достаточно большом расстоянии (3800 км). К счастью, инженеры проекта быстро нашли способ спасти экспедицию и перевели NEAR на орбиту, которая позволяла аппарату все-таки выполнить поставленную перед ним задачу, хотя бы и с опозданием на год.

И в следующий раз все у них получилось. Вечером 14 февраля 2000 г. двигатели NEAR включились на торможение. Скорость аппарата относительно астероида упала до нескольких километров в час, и NEAR оказался во власти слабого гравитационного поля малой планеты, находясь на расстоянии 330 км от нее. Начался долгий путь к Эросу. Долгий, потому что управлять зондом, обращающимся вокруг тела с очень слабым и сильно несимметричным полем притяжения (Эрос, в отличие от Земли, далек от шарообразной формы), совсем не просто. Из-за отсутствия практического опыта специалистам проекта приходилось двигаться буквально черепашьим шагом: на рабочую орбиту радиусом 50 км NEAR выбрался лишь к 30 апреля.

Следующие 4 месяца аппарата "наматывал круги" вокруг астероида, иногда приближаясь к его поверхности менее чем на 20 км. Все это время его приборы измеряли различные свойства поверхности астероида и строили ее карту. 27 августа зонд снова поднялся на несколько десятков км над астероидом, чтобы завершить выполнение картографической программы. За полгода NEAR передал на Землю свыше 8 млн. высот точек на поверхности Эроса и более 100000 изображений. Как обычно бывает с космическими экспедициями, пока зонд работает, времени на анализ получаемых им результатов остается немного. Поэтому пока окончательные выводы о результатах экспедиции делать рано. И все-таки: что удалось выяснить к этому времени?

Эрос иногда сравнивают с картофелиной, с телефонной трубкой, со старым изогнутым башмаком... Более расплывчато можно сказать, что он вытянут и имеет размеры приблизительно 34 х 11 х 11 км. Сутки на Эросе длятся 5 часов 16 минут, но из-за сильного наклона экватора Эроса к плоскости его орбиты на астероиде случаются длинные "полярные дни и ночи". В начале миссии NEAR занимался в основном северным полушарием Эроса, поскольку южное постоянно находилось в тени. Лишь 25 июня на южный полюс малой планеты упали первые лучи Солнца: в южное "полушарие" Эроса пришла весна.

Первым сюрпризом исследования Эроса стало разнообразие форм рельефа на этом астероиде. Земля своей топографией обязана великому множеству явлений -- рекам, землетрясениям, вулканам, ветру -- которые на Эросе, естественно, отсутствуют. Единственным фактором, формирующим его рельеф, является метеоритная бомбардировка. Тем не менее, одними кратерами "география" Эроса не ограничивается, хотя и их, конечно, на нем великое множество. На снимках, переданных с борта NEAR, видны впадины с пологими и крутыми стенками, цепочки углублений, системы почти параллельных борозд длиной до нескольких километров, длинные валы высотой в сотни метров... Некоторые кратеры на Эросе вместо привычной круглой имеют квадратную форму. Такие впадины (например, знаменитый Аризонский метеоритный кратер) возникают, когда метеорит попадает на растрескавшиеся горные породы -- вот вам и косвенная информация о внутреннем строении Эроса: вероятно, его недра пронизаны многочисленными трещинами.

Большая часть поверхности Эроса имеет красноватый цвет, который часто встречается среди астероидов. В такой цвет небесные камни окрашиваются из-за "космического выветривания", когда на них в течение миллионов лет обрушивается солнечный ветер и потоки космических лучей. Светлые серо-зеленые пятна на поверхности возникают там, где осыпавшийся грунт или относительно "свежий" метеоритный кратер обнажили горные породы, еще не затронутые космической эрозией.

Кратерами диаметром от десятков метров до километра покрыто 80% поверхности астероида, но встречаются и свободные от них участки. Поскольку нет причин думать, что метеориты в некоторые места предпочитали не падать, предполагают, что на этих участках кратеры засыпаны реголитом -- грунтом, измельченным метеоритной бомбардировкой. Особенно мало кратеров в 10-километровой впадине на одной стороне астероида, за которой закрепилось называние "седловина". Местами ее дно кажется почти ровным, и лишь кое-где сквозь толщу пыли проступают едва заметные очертания кратеров. Каждое столкновение Эроса с другим космическим телом вздымает над его поверхностью облака пыли, которая потом медленно оседает на большой площади, укрывая собой мелкие детали рельефа.

Вторая после седловины главная достопримечательность Эроса -- большой кратер диаметром 5,5 км на другой стороне астероида. Он, безусловно, появился в результате столкновения с другим астероидом, а вот происхождение седловины остается загадкой. Не исключено, что она также образовалась при столкновении Эроса с крупным космическим телом. Конечно, удивительно, что при таком сильном столкновении астероид не разрушился полностью, но исследования астероидов доказывают, что такие крупные "шрамы" на них не редкость. На малой планете Матильда, например, мимо которой NEAR пролетел по пути к Эросу, диаметр самого крупного кратера (20 км) всего лишь в три раза меньше диаметра самого астероида.

В связи с этим, кстати, высказываются интересные гипотезы о строении астероидов. Согласно одной из них некоторые астероиды вообще не являются монолитными, а скорее представляют собой "груды обломков" -- то есть плотные скопления небольших камней, связанных притяжением, чем и объясняется их устойчивость к сильным ударам. Если вдруг окажется, что такой астероид угрожает Земле, готовясь к отражению его атаки, нужно будет иметь в виду, что расстреливать "груду обломков" ядерными ракетами совершенно бессмысленно.

Впрочем, к Эросу это не относится. Данные, полученные с помощью NEAR, свидетельствуют, что он является монолитной каменной глыбой с массой 6,687 триллионов тонн и средней плотностью 2,7 грамма на кубический сантиметр, то есть приблизительно такой же, как и у горных пород, составляющих земную кору. Поначалу ученые подозревали, что Эрос, подобно земной коре, имеет слоистое строение, возникающее в горных породах, которые некоторое время пребывали в расплавленном состоянии. Поскольку на таком маленьком космическом теле собственного вулканизма быть не могло, слоистое строение Эроса могло бы стать доказательством того, что в прошлом он был фрагментом более крупного астероида. Но пока измерения показали, что никакого расслоения на Эросе нет -- по внутреннему строению и по химическому составу он однороден, то есть не разделяется на слои аналогичные земным коре, мантии и ядру. Это означает, что Эрос или его родительское тело никогда не испытывали сильного нагрева, например, из-за распада радиоактивных элементов, который привел бы к плавлению составляющих астероид горных пород. Вещество Эроса сохранилось неизменным со времени образования Солнечной системы и родственно так называемым хондритам --метеоритам, состоящим из множества крохотных спекшихся частичек. Ученые полагают, что именно хондриты являются древнейшими остатками "строительного материала", из которого возникли планеты Солнечной системы. Одной из задач, стоявших перед NEAR, как раз и был ответ на вопрос, существует ли родство между астероидами и некоторыми падающими на Землю метеоритами. По всей видимости, ответ на этот вопрос положительный. Впрочем, данные о химическом составе пока весьма неполны: обследовано лишь около 20% поверхности, причем только очень тонкий поверхностный слой, поэтому окончательные выводы можно будет сделать только после завершения исследований южного "полушария" и более глубокого химического зондирования, которое намечено на заключительный этап экспедиции.

Но и от гипотезы о том, что Эрос возник в результате разрушения более крупного астероида, отказываться рано. Самый длинный вал в северном полушарии протянулся почти на 15 км, и его появление связывают с деформацией астероида при столкновении с другим космическим телом. Некоторые ученые считают, что на Эросе такой длинный вал возникнуть не мог, а остался он именно с тех пор, когда Эрос еще входил в состав более крупной малой планеты. Впоследствии катастрофическое столкновение разрушило ее, отбросив один из обломков, ныне известный нам как Эрос, ближе к Солнцу. Пока ни подтвердить, ни опровергнуть эту гипотезу нельзя -- не хватает данных. Но в принципе, ничего невероятного в ней нет.

Самым удивительным топографическим открытием на Эросе оказались многочисленные валуны размерами до 100 м, разбросанные по его поверхности. Некоторые из них имеют весьма замысловатые зазубренные очертания. Часть одного валуна, например, нависает на высоте около 10 м над поверхностью астероида подобно гигантской крыше. Удивительность валунов в том, что на поверхности такого крохотного по космическим масштабам тела им неоткуда взяться. Единственным источником разбросанных по астероиду обломков может быть все та же метеоритная бомбардировка. Но скорость убегания на Эросе крайне мала -- от 3 до 17 м/с в зависимости от места на поверхности -- поэтому там даже прыгать нужно с осторожностью, чтобы не превратиться невзначай в самостоятельное космическое тело, осколки же вещества астероида при падении метеорита должны разлетаться с куда большей скоростью. Тем не менее, значительная их часть все-таки остается на астероиде. Валуны окрашены в те же красноватые оттенки, что и окружающая их "почва". Это означает что они очень стары или покрыты тонким слоем астероидной пыли.

Один из научных руководителей проекта Джозеф Веверка (Корнельский университет) признает, что объяснить существование валунов пока не удается. "Есть несколько возможных объяснений, -- говорит он. -- Хотя интуиция и вычисления подсказывают, что осколки при столкновении разлетаются с очень большими скоростями, на практике может оказаться, что мы совершенно неправильно представляем себе образование кратеров на таких крохотных планетках".

Экспедиция к Эросу далека от завершения. На 25 октября намечен особенно смелый маневр -- аппарату предстоит пролететь над астероидом на высоте всего 6 км. Теперь, когда ученым известно о гравитационном поле Эроса почти все, на такой маневр можно решиться. Официальная дата окончания экспедиции -- 14 февраля 2001 г. Судьба NEAR еще не решена и будет зависеть от того, сколько к тому времени на аппарате останется топлива.

Для комментариев

Возврат к списку научно-популярных статей

На домашнюю страницу