От встречи космического аппарата с кометой легко ожидать фотографий: ледяное ядро, выбросы газа, длинный хвост на черном фоне. У первого такого путешественника камеры вообще не было. Его приборы регистрировали частицы и магнитные поля. Именно это оснащение позволило исследовать процессы вокруг кометы, которые нельзя восстановить по одним снимкам.
ISEE-3: исследователь солнечного ветра
Будущий первопроходец отправился в космос в 1978 году под именем ISEE-3. Он участвовал в совместной программе NASA и Европейского космического агентства по изучению связей Солнца и Земли. Аппарат разместили примерно в полутора миллионах километров от нашей планеты, со стороны Солнца. Оттуда он мог наблюдать солнечный ветер — поток заряженных частиц, который движется от звезды и достигает Земли. Он измерял свойства этого потока и помогал исследовать его взаимодействие с магнитосферой — областью, где движение частиц определяется магнитным полем нашей планеты.
Основная программа завершилась в 1981 году, но исправному аппарату нашли новую работу. Сначала его направили в вытянутый магнитный хвост Земли, на ее ночную сторону. Затем появилась возможность добраться до кометы.
Как Луна помогла добраться до кометы
Перенаправить аппарат предложил специалист NASA по космическим траекториям Роберт Фаркуар. Для этого требовалось вывести ISEE-3 из окрестностей Земли на подходящую орбиту вокруг Солнца.
Запас топлива у уже работавшей станции был ограничен, поэтому маршрут построили с использованием лунного притяжения. При сближении с движущейся Луной аппарат мог менять направление полета и скорость относительно Земли, экономя топливо для последующих коррекций. Маршрут включал пять пролетов у Луны. Последний, в декабре 1983 года, прошел примерно в 120 километрах над ее поверхностью и вывел аппарат на путь к комете Джакобини — Циннера. Новая задача принесла новое имя: International Cometary Explorer, сокращенно ICE.
Впереди оставалась сложность с наведением. Положение аппарата определяли по радиосигналам, а положение кометы — по наблюдениям с Земли. Выбросы газа из ядра действуют как слабые реактивные струи и понемногу меняют кометную орбиту. Поэтому астрономам приходилось уточнять ее движение, чтобы инженеры могли корректировать курс ICE.
Плазменный хвост как цель миссии ICE
Когда комета приближается к Солнцу, часть ее льдов превращается в газ, увлекая за собой пыль. Вокруг ядра возникает разреженная оболочка, из которой формируются хвосты. Пыль и заряженный газ ведут себя по-разному: на фотографиях кометные хвосты могут расходиться в стороны.
Для ICE главным был плазменный, или ионный, хвост. Солнечное излучение отрывает электроны у части молекул кометного газа. Возникшие заряженные частицы подхватывает солнечный ветер. Вместе с потоком движется магнитное поле. При встрече с кометным газом поток замедляется, а линии поля изгибаются и вытягиваются за ядром. Так возникает протяженная магнитная структура, которую предстояло проверить прямыми измерениями.
Приборы ISEE-3 подходили для этой задачи: аппарат уже умел исследовать разреженную плазму и магнитные поля. Чтобы узнать, как устроен хвост, достаточно было пересечь его и записать изменения среды по пути. Сближаться с твердой поверхностью ядра для этого не требовалось.
Что ICE обнаружил у кометы Джакобини — Циннера
11 сентября 1985 года ICE прошел через хвост примерно в 7860 километрах от ядра и стал первым космическим аппаратом, встретившимся с кометой. Детекторы регистрировали окружающие частицы, а магнитометр измерял силу и направление магнитного поля. На Землю поступали данные о том, как менялась среда по мере движения станции. Измерения выявили магнитный хвост шириной около 10 тысяч километров в месте пересечения. В нем оказались две области с противоположно направленными магнитными полями, разделенные слоем плазмы. Такая структура подтвердила представление о том, что солнечный ветер огибает кометное вещество и вытягивает принесенное им поле в хвост.
ICE пережил встречу практически без повреждений. Уже в следующем году он помогал исследовать комету Галлея, измеряя солнечный ветер далеко перед ней. Эти данные давали другим участникам кометной программы представление о потоке, который затем достигал кометы.
Ранее Наука Mail рассказала, как зонд Solar Orbiter помог изучить происхождение солнечного ветра.