среда, 6 июля 2011 г.

Зонд Genesis раскрывает тайны Солнечной системы

Если бы планам Американского национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) было суждено осуществиться, то завершение полета зонда Genesis 8 сентября 2004 года вошло бы в историю как одна из самых эффектных операций в лучших голливудских традициях, - тем более, что Голливуду действительно предстояло принять в этой операции самое деятельное участие.
 
 
Цель экспедиции Genesis, стартовавшей 8 августа 2001 года и обошедшейся NASA в 264 миллиона долларов, состояла в том, чтобы собрать некоторое количество ионизированных частиц, испускаемых Солнцем в окружающее космическое пространство, и доставить эти пробы так называемого солнечного ветра на Землю.


Трюки голливудских каскадеров

Поначалу миссия шла как по маслу: солнечная пыль была собрана, капсула с пробами отделилась от пролетавшего мимо нашей планеты зонда Genesis строго над испытательно-тренировочным полигоном военно-воздушных сил США в штате Юта к юго-западу от Солт-Лейк-Сити. Далее планом предусматривалось, что на высоте 33 километра раскроется первый тормозной парашют, на высоте 6 километров - второй, а затем настанет черед головокружительного голливудского трюка: на высоте около одного километра к медленно спускающейся на парашюте капсуле приблизится вертолет, и находящийся на его борту каскадер зацепит ее специальным шестиметровым багром с огромным крюком на конце.
 
 
В случае неудачи первой попытки на чуть меньшей высоте капсулу должен был встретить второй вертолет с каскадером.
В общей сложности, экипажи двух вертолетов могли успеть произвести 5 таких попыток: ученые опасались, что обычная мягкая посадка на парашюте может оказаться слишком жесткой для капсулы и ее содержимого. Каково же было их отчаяние, когда устройство выброса парашютов не сработало, и капсула массой 210 килограммов врезалась в землю со скоростью 311 километров в час.
 
Датчик ускорения задом наперед

Впоследствии комиссии NASA удалось выяснить причину аварии: датчик ускорения, по сигналу которого должен был выстрелить пиропатрон тормозного парашюта, техники по ошибке смонтировали задом наперед, что заведомо исключало штатное срабатывание системы мягкой посадки. А тот этап предполетных испытаний, который обязательно выявил бы эту ошибку, был отмененен из-за спешки и стремления сэкономить.
 
 
Некоторые эксперты поспешили заявить о полном провале всей миссии, однако Дейвид Линдстром (David Lindstrom), руководитель проекта Genesis, отметил, что контейнер с пробами солнечного ветра при ударе о землю хоть и пострадал, но (благодаря мягкому песчаному грунту) не разлетелся на куски, а всего лишь треснул. Ученый выразил надежду на то, что часть доставленного зондом на Землю солнечного вещества удастся спасти для исследований. И он оказался прав.
Опубликованные теперь в журнале Science результаты анализа позволяют сделать чрезвычайно интересные выводы об истории формирования Солнечной системы и ее эволюции, а ведь именно это и было целью проекта.
 
Зонд в первой точке Лагранжа
 
Зонд Genesis два с лишним года находился в так называемой первой точке Лагранжа, или точке либрации системы Земля-Солнце. В этой точке на прямой между Солнцем и Землей, на расстоянии около 1,5 миллионов километров от нашей планеты, гравитационные силы Солнца и Земли соотносятся так, что орбитальный период находящегося здесь зонда равен орбитальному периоду Земли. Именно поэтому с данной точки очень удобно вести наблюдения за Солнцем, оно не заслоняется ни Землей, ни Луной, а орбита космического аппарата почти не требует коррекции.
 
 
Швейцарский астрофизик Вероника Хебер (Veronika Heber), работающий сейчас в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и принимавший участие в анализе проб солнечного вещества, поясняет: "Скорость солнечного ветра составляет 400 километров в секунду, то есть кинетическая энергия этих ионизированных частиц столь велика, что они легко внедряются вглубь специальных пластин из высокочистого материала - это и есть тот самый коллектор-накопитель солнечных частиц, который был установлен на зонде Genesis".
 
Самое важное - кислород
 
Множество фрагментов этого коллектора оказались пригодными для анализа. Используя специальные технологии, ученым удалось очистить их от земного вещества и выделить ионы солнечного происхождения. Ученых интересовали, прежде всего, ионы кислорода, говорит Вероника Хебер: "Кислород важен потому, что это третий по распространенности элемент в Солнечной системе и в нашей галактике, на планетах земной группы и Луне - второй после железа, а на самой Земле - так даже самый распространенный элемент".
Но дело тут, конечно, не в только в количестве кислорода - гораздо более важным показателем является его изотопный состав. Именно в нем кроется загадка, для разрешения которой потребовалась миссия Genesis. "Земля, Луна, Марс характеризуются довольно близким изотопным составом кислорода, - поясняет Вероника Хебер. - Между тем, в 1973 году при анализе метеоритов в них были обнаружены включения кислорода с совершенно иным изотопным составом. Эти включения - самые древние из всех имеющихся у нас образцов материи. Они-то и позволили определить возраст нашей Солнечной системы: когда говорят, что ей примерно 4,6 миллиарда лет, имеются в виду результаты анализа этих самых включений. Так вот, по изотопному составу кислород в этих включениях весьма заметно отличался от кислорода на Земле, Луне и Марсе".
 
Эволюция планет земной группы
 
Для объяснения этого феномена было выдвинуто множество гипотез и теорий, но до тех пор, пока у ученых не появилась возможность проанализировать исходный состав протопланетного материала, то есть взять и изучить пробы солнечного вещества, никто не мог ни подтвердить, ни опровергнуть эти гипотезы и теории. Конкретно речь идет о том, что на Земле и других планетах земной группы доля самого легкого изотопа кислорода (О-16) из трех существующих в природе устойчивых изотопов этого элемента (О-16, О-17 и О-18) хоть и чрезвычайно высока, но все же на 7 процентов ниже, чем в древнем кислороде из метеоритов. Поэтому-то ученых и интересовал изотопный состав солнечного кислорода. "Теперь нам удалось установить, что на Солнце изотопный состав кислорода точно соответствует тому, что был обнаружен в метеоритных включениях, - говорит Вероника Хебер. - А это означает, что планеты земной группы - в отличие от более удаленных от светила газовых гигантов, где изотопный состав кислорода и сегодня практически такой же, как на Солнце, - претерпели в процессе своей эволюции весьма значительные изменения. Ведь исходным материалом для всей Солнечной системы было одно газопылевое облако, поэтому и изотопный состав кислорода повсюду был одинаков. А потом он где-то изменился, а где-то - нет".
 
Неизвестные или недооцененные процессы
 
И это касается не только кислорода. Другая группа ученых, занимавшаяся анализом изотопного состава азота в солнечном веществе, обнаружила еще более значительное расхождение между планетами земной группы и Солнцем: доля азота N-15 на планетах оказалось в среднем на 40 процентов выше, чем на Солнце.
Как бы то ни было, именно изотопный состав нашего светила, составляющего более 99 процентов всей массы Солнечной системы, должен считаться в ней нормой. А то, что мы наблюдаем на Земле и других планетах земной группы - явное исключение. Объясняется оно либо какими-то еще неизвестными, либо пока недооцененными физическими процессами.
Примером такого недооцененного процесса может служить так называемое фотолитическое разложение молекул, содержащих атомы кислорода и азота, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Этот процесс вполне мог привести к изменению изотопного состава той части вращающегося вокруг молодого Солнца газопылевого облака, из которой вскоре и сформировались планеты земной группы. Так или иначе, очевидно, что подобные процессы должны играть более важную роль в будущих моделях зарождения и эволюции Солнечной системы.
 

Комментариев нет:

Отправить комментарий