Внутри кометы 67P/Чурюмова — Герасименко нет крупных пустот. Миссия «Розетта» Европейского космического агентства произвела измерения, которые явно это продемонстрировали и разрешили старую загадку. Кометы — это ледяной мусор, оставшийся от формирования планет 4,6 миллиарда лет назад. Космические аппараты посетили всего восемь комет, и благодаря этим миссиям мы составили картинку основных свойств этих космических капсул времени. На одни вопросы ответы были найдены, другие появились.

Кометы, как известно, состоят из смеси льда и пыли, и если бы были компактными, по тяжести превосходили бы воду. Однако предыдущие измерения показали, что некоторые из них имеют крайне низкую плотность, гораздо ниже, чем у водяного льда. Низкая плотность означает, что кометы должны быть весьма пористыми.

Но какова эта пористость: из-за крупных пустот в недрах кометы или из-за более однородной структуры с низкой плотностью?

В новом исследовании, опубликованном в выпуске журнала Nature на этой неделе, группа во главе с Мартином Пацольдом из Кельнского университета, Германия, показала, что комета 67P/Чурюмова — Герасименко также является объектом низкой плотности, но не имеет крупных полостей в своих недрах.

Отсюда самым логичным объяснением было бы то, что пористость кометы должна быть внутренним свойством частиц пыли, смешанной со льдом, который составляет внутреннюю часть кометы.

Этот результат согласуется с более ранними результатами радиолокационного эксперимента «Розетты» CONSERT, который показал, что «голова» кометы, состоящая из двух долей, довольно однородна в масштабе нескольких десятков метров. Предыдущие измерения аппарата показали, что пыль кометы не уплотнена в твердое состояние, а является скорее «пушистой», что обеспечивает ее высокую пористость и низкую плотность. Инструменты COSIMA и GIADA, имеющиеся на «Розетте», подтвердили, что на 67P/Чурюмова — Герасименко наблюдаются именно такие гранулы пыли.

Команда Пацольда сделала это открытие, используя эксперимент RSI для изучения процесса притяжения «Розетты» гравитацией кометы, которая генерируется ее массой.

Эффект гравитации на движение «Розетты» измерялся по изменениям частоты сигналов космического аппарата, поступающих на Землю. Это проявление эффекта Доплера, который возникает всегда, когда присутствует движение между источником и наблюдателем. Благодаря этому эффекту изменяется звук сирен аварийной службы, проезжающей мимо.

В данном случае «Розетта» притягивается гравитацией кометы, что изменяет частоту радиосвязи с Землей. 35-метровая антенна ЕКА на станции New Norcia в Австралии используется для связи с «Розеттой» во время рутинных операций. Вариации полученного сигнала были проанализированы, и на их основе составили картинку гравитационного поля кометы. Крупные внутренние полости были бы обнаружены по изменению сигнала.

Такие сложные измерения кометы были проведены впервые именно с миссией «Розетты».

«Закон тяготения Ньютона говорит нам, что космический аппарат «Розетта», по сути, притягивается всем, чем можно, — говорит Мартин Пацольд, главный исследователь RSI. — С практической точки зрения это означает, что мы должны исключить влияние Солнца, всех планет — от Юпитера до карликовых планет — крупных астероидов из внутреннего пояса астероидов, на движение «Розетты», чтобы оставить сугубо влияние кометы. К счастью, эти эффекты хорошо известны, и это стандартная процедура в настоящее время для операций космических аппаратов».

Затем необходимо было исключить давление солнечной радиации и уходящего из кометы газового хвоста. Оба этих фактора «сдувают» аппарат с курса. В этом смысле, инструмент Rosetta ROSINA чрезвычайно полезен, поскольку измеряет газ, проходящий потоком мимо аппарата. Благодаря ему, Пацольд и его коллеги рассчитали и вычли эти эффекты.

Оставшееся движение обусловлено массой кометы. В случае с кометой 67P/Чурюмова — Герасименко это чуть меньше 10 миллиардов тонн. На базе снимков камеры OSIRIS сформировали модель формы кометы и вычислили объем порядка 18,7 км3, а вместе с ним и плотность в 533 кг/м3.

Определение подробностей недр кометы не случилось бы, если бы не изрядная доля космического везения (даже две доли!).

Учитывая отсутствие знаний об активности кометы, для безопасности аппарата была выбрана осторожная траектория подхода. В лучшем случае «Розетта» по такой траектории не подошла бы ближе, чем на 10 километров.

К сожалению, до 2014 года команда RSI говорила, что ей необходимо подвести аппарат ближе, чем на 10 километров, чтобы измерить внутреннее распределение кометы. Такой прогноз основывался на земных наблюдениях, которые предполагали, что комета будет круглой формы. С расстояния в 10 километров и дальше можно было бы измерить только общую массу.

Впоследствии выяснилось, что форма кометы другая. К счастью для RSI, сдвоенные доли означают, что различия в гравитационном поле будут более выражены и, следовательно, их будет проще измерить издалека.

«Мы увидели вариации гравитационного поля уже с 30 километров», говорит Пацольд. Когда «Розетта» вышла на 10-километровую орбиту, команда RSI сумела сделать подробные измерения. Она была абсолютно уверена в своих результатах.

В сентября «Розетта» осуществит управляемое столкновение с поверхностью кометы. Этот маневр предоставит уникальную возможность специалистам летной динамики из ЕКА. По мере приближения «Розетты» сложное гравитационное поле кометы будет затруднять процесс навигации все сильнее и сильнее. Но для RSI точность измерений будет лишь расти. И позволит команде выявить полости размером всего в несколько сотен метров в поперечнике.