Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 20.08.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Миссия "Розетта": исследование магнитного поля кометы Чурюмова-Герасименко с большого расстояния

Миссия «Розетта»: исследование магнитного поля кометы Чурюмова-Герасименко с большого расстояния
shortstoryf

23 сентября 2015 года аппарат «Розетта» отправился на трёхнедельную экскурсию вокруг кометы Чурюмова — Герасименко на расстоянии 1500 километров от её ядра. Это самое большое расстояние начиная с того момента, когда миссия сблизилась с этой космической гостьей. Главная научная цель этих перемещений заключается в изучении кометы целиком, не вдаваясь в подробности каких-то её мелких деталей. Не в последнюю очередь причиной этому перемещению является продолжающаяся фаза перигелий. Во время такого высокого полёта у «Розетты» будут задействованы все приборы, но наибольший интерес будет представлять инструмент Rosetta Plasma Consortium (RPC), способный изучить плазменную окружающую среду кометы.

Комета компоненты

Различные компоненты, входящие в окружающую среду кометы. Источник: ESA

В частности, учёные стремятся обнаружить и изучить головную ударную волну, которая представляет собой границу между магнитосферой кометы и окружающим её солнечным ветром. Существование головной ударной волны в окружающей среде кометы в момент пика её активности — что сейчас и происходит — было предсказано ещё в 1967 году астрономом Людвигом Францем Бенедиктом Бирманом и подтверждено последующими наблюдениями за кометами 21P/Джакобини — Циннера (21P/Giacobini-Zinner), Галлея (1P/Halley), 26P/Григга — Скьеллерупа (26P/Grigg-Skjellerup) и 19P/Борелли (19P/Borrelly).

«Но, предыдущие измерения, которые были выполнены во время прошедших пролётов, предоставили только ограниченную информацию о головных ударных волнах горстки комет. «Розетта», в отличие от всех остальных миссий, будет получать данные за несколько дней работы, контролируя развитие плазменного окружения кометы Чурюмова — Герасименко вскоре после её перигелия», — Клер Валлет, учёный из Европейского астрономического центра.

Во время движения по новой траектории «Розетта» отойдёт от ядра кометы на 1500 километров в направлении Солнца, где должна проявить себя, как ожидается, головная ударная волна. Это максимальное расстояние было достигнуто в конце сентября, а в середине октября космический аппарат должен вернуться на более близкие орбиты.

Комета плазменное окружение

Плазменное окружение активной кометы. Источник: T. E. Cravens & T. I. Gombosi, Cometary Magnetospheres: a tutorial, 2004, Advances in Space Research, Volume 33, Issue 11, p. 1968-1976.

«Кому-то это может показаться странным, что мы отдаляемся от ядра в такое время, но эти измерения являются ключевыми для понимания поведения кометы в целом и должны быть проведены как можно ближе к моменту фазы перигелия, так, чтобы кометы была всё ещё очень активна».

Переход на 1500-километровую орбиту был запланирован на раннее утро 23 сентября 04:40 мск. На борт была передана команда включения двигателей, которые должны были придать импульс в 2.34 метра в секунду. В результате этого «Розетта» перешла на траекторию медленного отдаления. Затем аппарат ушёл со своей орбиты в 450 километров от кометы и 30 сентября достиг запланированного расстояния с фазовым углом в 50 градусов. В это время аппарат находился на «утренней» стороне кометы в её южном полушарии на широте -60 градусов.

«Как только «Розетта» отдалилась от кометы, мы потеряли возможность идентифицировать навигационные ориентиры на её поверхности, они попросту стали слишком маленькими. Новая навигация стала основываться на определении центр кометы согласно изображениям навигационной камеры NavCam».

Комета визуализация магнитного поля

Визуализация линий магнитных полей в плазменном окружении кометы. Не потревоженное межпланетное магнитное поле показано слева, головная ударная волна — в центре, а магнитное поле вокруг кометы — справа. Маленькая синяя сфера, радиус которой составляет 100 километров, визуализирует внутреннюю кому, которая обладает магнитной кавитацией. Источник: Modelling and simulation: Technische Universität Braunschweig and Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; Visualisation: Zuse-Institut Berlin

Достигнув самой дальней точки этого недолгого путешествия, «Розетта» провела второе включение двигателей, которое вернуло её к 7 октября на высоту 500 километров. Такое длительное возвращение на обычную орбиту обусловлено тем, что у команды управления не было актуальной информации о текущей ситуации вблизи поверхности, поэтому спускаться пришлось с осторожностью.

«Мы не останемся на высоте в 500 километров, но наш спуск был постепенным, поскольку мы не понимали того, что сейчас творится рядом с ней».

Поскольку сейчас комета находится всё ещё очень близко к Солнцу, её замороженные молекулы, включая воду, окись и двуокись углерода, располагающиеся как на поверхности, так и под ней, продолжают сублимировать. По мере того как образовавшийся газ вылетает из кометы, он переносит с собой частицы пыли, а вместе они составляют кому кометы. Изначально все молекулы комы являются нейтральными, но один или два их электрона могут быть сорваны со своих уровней в результате чего эти молекулы становятся ионизированными. Это может произойти в результате совершенно разнообразных процессов в кометной среде. Образовавшиеся молекулярные ионы, такие как H2O+ и O+, создают магнитосферу кометы и начинают взаимодействовать с солнечным ветром — потоком заряженных частиц и ионов, вылетающих из Солнца и распространяющихся всюду в Солнечной Системе.

Эти кометные ионы перемещаются очень медленно относительно быстротекущего потока солнечного ветра. В результате этого солнечный ветер как бы подбирает их собой, постепенно обрастая всё большей массой, состоящей из этих ионов. Как следствие, со временем, солнечный ветер начинает ощущать наличие препятствия, сформированного активной кометой, постепенно он начинает замедляться, пока в конечном счёте не возникнет неоднородность, которая будет границей между двумя различными состояниями плазменной окружающей среды. Эта граница и называется головной ударной волной.

Плазма миссия "Джотто"

Параметры плазмы, которые были измерены миссией «Джотто». Источник: A. J. Coates et al, 1997, Journal of Geophysical Research, vol. 102, no. A4, pages 7105.

Во время предыдущих исследовательских миссиях подобные ударные волны были обнаружены на расстояниях в несколько тысяч километров от ядра кометы. В 1986 году миссия аппарата «Джотто» измерила ударную волну на расстоянии примерно в один миллион километров от ядра кометы Галлея. Позже, в 1992 году, этот аппарат обнаружил другую ударную волну во время пролёта мимо кометы 26P/Григга — Скьеллерупа. Но в этот раз она находилась на расстоянии всего в 20000 километров от ядра.

«Местоположение головной ударной волны зависит от активности кометы. Комета Галлея была намного более активна, чем сейчас комета Чурюмова-Герасименко, а ударная волна второй явно будет располагаться ближе к ядру согласно нашим представлениям об этом процессе. С другой стороны, комета 26P/Григга — Скьеллерупа была не очень активной, её темп производства газа во время пролёта «Джотто» был подобен тому, что мы сейчас наблюдаем с помощью «Розетты» в перигелии», — объясняет Ганс Нильсон из шведского Института физики космоса.

Команда управления «Розеттой» посчитала далёкий уход от кометы слишком большим риском, поэтому изучение плазмы было запланировано на дату спустя шесть — восемь недель после прохождения перигелия. Таким образом, головная ударная волна должна была подойти ближе к комете Чурюмова-Герасименко.

«Наше моделирование и симуляция плазменной окружающей среды указывают на то, что ударная волна к настоящему времени уже должна была сформироваться. А увидеть мы её должны на расстоянии примерно тысячи километров от ядра. Точное местоположение этой границы зависит от скорости и плотности солнечного ветра, того количества газа, которое образуется в комете и от межпланетного магнитного поля. Даже незначительные изменения в этих параметрах могут существенно перенести ударный фронт. Однако, мы наверняка уверены, что смогли обнаружить эту волну в какой-то момент времени во время перелёта на новую орбиту».

Симуляция плазмы

Три кадра симуляции плазменного взаимодействия кометы Чурюмова-Герасименко на расстоянии 1.3 астрономических единиц от Солнца. Слева направо показаны: сила магнитного поля в плоскости XY, его плотность и скорость протонов солнечного ветра. Источник: C. Koenders et al, 2013, Planetary and Space Science, Vol. 87, Pages 85–95.

Во время этого перелёта учёные с помощью прибора RPC запланировали исследования магнитосферы кометы Чурюмова-Герасименко в таком диапазоне расстояний от ядра, который ранее не использовался. Благодаря этому удастся измерить свойства ионов и электронов магнитного поля всюду в плазменной окружающей среде. Помимо головной ударной волны ожидалось обнаружить несколько переходных областей, таких как кометопауза и магнитослой, а также некоторые другие возможные границы, которые были бы в состоянии продемонстрировать другие уникальные подписи.

Во время проведения этого эксперимента временное разрешение получаемых данных будет схожим с разрешением данных во время пролётов у других комета. Но, пространственное разрешение будет улучшено на несколько порядков благодаря намного более низкой скорости «Розетты» относительно кометы. Кроме того, у исследователей появится шанс изучить изменения плазменной среды кометы с течением времени, поскольку аппарат проведёт существенный отрезок времени в каждой области магнитосферы кометы. Временное разрешение определяет, с какой периодичностью один и тот же сенсор может снимать некоторый участок земной поверхности, а пространственное разрешение характеризует размер наименьших объектов, различимых на изображении.

«Ударные шоки поистине вездесущи в астрофизике, поэтому их изучение прямо на месте является отличным способом постигнуть их физическую природу. Так, например, миссия Европейского космического агентства под названием Cluster II несколько лет назад исследовала удивительно тонкую ударную волну нашей собственной планеты, показывая, что эта область является идеальным местом для ускорения частиц. Теперь, «Розетта» позволит нам изучать головную ударную волну во всех подробностях совсем другого небесного тела. А, так как граничные условия у кометы Чурюмова-Герасименко таковы, что ударный фронт должен вот-вот сформироваться, у нас будет шанс заняться его исследованиями подробно», — Мэтт Тейлор, главный учёный проекта «Розетта».

По информации Европейского космического агентства.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google