Зонд Genesis раскрывает тайны Солнечной системы

Когда в 2004 году сброшенная зондом Genesis капсула с пробами солнечного вещества вместо мягкой посадки на парашюте просто рухнула на Землю, многие эксперты считали, что миссия провалилась. Но оказалось, что это не так.

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.

Genesis в полете

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.

Тренировки каскадеров

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.

Капсула Genesis в свободном падении

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.

Капсула Genesis после нештатного приземления

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.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман