Фото 1. Трещина на шейке кометы.

Вестница бедствий

67Pпринадлежит к короткопериодическому семейству комет Юпитера и движется вокруг Солнца по сильно вытянутой эллиптической траектории с периодом обращения в 6,5 года. В августе комета достигнет своего перигелия, расположенного посередине между орбитами Земли и Марса. Сейчас она продвигается к орбите Марса и неумолимо наращивает свою активность. Как известно, любая комета имеет ядро, кому, т.е. атмосферу, и хвост. Их внешность и состав могут сильно различаться. Ядро кометы Чурюмова-Герасименко формой напоминает детскую резиновую игрушку уточку и состоит из 2 неодинаковых частей размерами 2,6x2,3x1,8 км и 4,1x3,3x1,8 км, соединенных небольшой перетяжкой. Его масса составляет 10 триллионов тонн, а плотность равна 0,47 от плотности воды. Температура поверхности колеблется примерно от -50 до -100 °С. Поперек перетяжки ядра видна трещина (фото 1), намекающая на возможный развал в будущем.

Классических объяснений экзотической формы несколько. Либо комета есть результат слипания двух небесных тел, либо раньше она была округлой и вытянулась при прохождении мимо небесного тела с мощной гравитацией, либо ее округлое ледяное тело неравномерно испарилось.

Фото 2. Ориентация оси вращения относительно тела кометы.

Вращается ядро так, что на обе его части действует растаскивающая их в разные стороны центробежная сила (фото 2). Вращение с периодом 12,4 ч происходит в плоскости, наклоненной под углом 52° к плоскости орбиты. Для сравнения — угол наклона земного экватора к орбите Земли составляет примерно 23°. Наклон обеспечивает чередование времен года. В момент написания этих строк в сторону Солнца обращен северный полюс кометы. Ближе к перигелию в середине весны начнет освещаться южный полюс. Короткое лето на нем продлится всего 10 мес. Ученые ведущего института им. Макса Планка предсказывают, что южная половина кометы подвергнется максимальной эрозии и разрушению на глубину в десятки метров. Если, конечно, комета раньше не развалится на части.

То взлет, то посадка

Посадка спускаемого аппарата Фила 12 ноября 2014 г. прошла проблемно. Он приземлился, отскочив несколько раз от твердой поверхности кометы, и до сих пор не найден. Однако связь с ним не прекращалась до истощения его аккумуляторов спустя 57 ч после касания. Теперь Розетта ищет его с высоты 18 км на площади 500x300 м. Снизиться проблематично из-за возрастающей активности кометы, выбрасывающей не только пыль, но и куски породы до 1 м в диаметре.

После посадки прошла команда начать бурение грунта, который должен был быть отправлен в печи, соединенные с анализатором химического состава. Сделать этого не удалось. Поверхность под небольшим слоем пыли оказалась такой твердой, что бур не смог заглубиться. Злопыхатели утверждают, что Фила просто лежит на боку. Отскоки Фила — это удар по классическим представлениям о кометах как о грязных снежках, состоящих из рыхлой механической смеси горных пород, пыли и мерзлых легкоплавких веществ, в основном льдов воды, окиси углерода, углеводородов, аммиака, соединений азота. Оказалось, комета имеет твердую поверхность.

Фото 3. Карта геологически однородных территорий, названных именами египетских божеств.

Учебник геологии

Подробно изучено 70% поверхности ядра кометы. Неосвещенную южную часть сфотографировать детально пока не удалось. Непредвзятому наблюдателю уже при взгляде на фотографии очевидно слоистое строение ядра кометы. Ясно, что оно представляет собой местами припорошенный пылью твердый астероид с сильно переработанной поверхностью. Она отражает всего 6% солнечного света, хотя на осветленных для контраста фотографиях выглядит серой. На самом деле она красно-коричневая. Геолог-тектонист не увидит на комете ничего принципиально нового. Но рельеф кометы так разнообразен, что было выделено 19 разных регионов (фото 3), названных именами египетских богов. Все протяженные регионы подразделяются на 5 основных категорий: области, покрытые пылью; протяженные депрессии; гладкие равнины; области, покрытые осколочным материалом, а также ямками и округлыми образованиями; скальные регионы. Есть на поверхности и хорошо известные специалистам детали: разломы, кратеры, ветровые наносы пыли, дюны и пр.

Из-за некруглой формы и малой гравитации на комете много потенциально нестабильных склонов с углом больше 45° к местному направлению силы тяжести. Рядом с областями хрупкого раскола обнаружен мелкий рассыпчатый материал. Северная часть ядра кометы засыпана еще более мелкодисперсной пылью.

На маленькой комете есть скалы высотой до 1 км и валуны в десятки метров у их подножия. Это удивительно. Представьте себе горы тысячи километров высотой на Земле. Видны следы и пластических, и хрупких деформаций. Явно заметна неоднородность растягивающих всю поверхность механических напряжений. Скалывание пород и трещинообразование распространяется на сотни метров поверхности. В некоторых местах есть следы вырванных кусков породы размером до сотен метров.

Фото 4. Лава, вытекшая из ямки на поверхности кометы.

Газ и пыль на поверхности выделяются локально, а не повсеместно, как это должно было быть при испарении Солнцем. Выброс идет в  углублениях размером в десятки метров. Есть углубления с языками вытекшей лавы пока непонятного состава (фото 4). Некоторые ямки уже неактивны и полузасыпаны. Масса пылевых выбросов в 4 раза превосходит массу газовых. В среднем размер пыли 0,1—1 мм, но попадаются куски на порядки крупнее. Распределение по массам степенное. В свежих ямках и на гранях скал обнаружены выстилающие их «яйца динозавров». Это округлые камни несколько метров шириной, иногда полузанесенные пылью (фото 5). Некоторые астрономы поспешили объявить их теми элементарными планетезималями, склеивание которых и породило все тела солнечной системы.

Происхождение «кометной иллюстрации» учебника геологии с сильно испещренной поверхностью вряд ли удастся объяснить классически, т.е. равномерным солнечным нагревом. Ведь именно неоднородности поверхности, все ее полосы, борозды и выступы, а не их окружение должны были нагреться первыми и испариться. Они же продолжают жить своей жизнью, ярко иллюстрируя хорошо известные многим геологам процессы глубинной дегазации флюидов, т.е. подвижных газожидких тел земной коры.

Фото 5. «Яйца динозавров» на стенках кратера и скал.

Проточный реактор

Состав поверхности ядра кометы определяется по отражению от нее электромагнитных волн разной длины. Поверхность, как и рельеф, очень неоднородна химически. Оказалось, это сложная смесь углеводородных и/или водород-кислородных органических соединений с малыми добавками водород-азотных. Найден целый букет органических и неорганических веществ. Неожиданным оказалось обнаружение областей с повышенным содержанием серы, в разы более тяжелым элементом, чем элементы кометных льдов. Астробиологов порадовали органические молекулы и прекурсоры аминокислот, т.е. вещества, из которых они могут образоваться.

Считается, что под поверхностью существуют резервуары газов и водяного льда. На самой поверхности он местами присутствует, но в больших объемах его нет. В целом ядро кометы оказалась сухим, что удивительно и никак не лезет в рамки общепринятых представлений.

По субмиллиметровому спектру измерена температура под поверхностью покрытой теплоизолирующим слоем пыли. Она в среднем вдвое ниже, чем на поверхности. Перетяжка же, точнее, ее внутренняя сторона даже с учетом слабой освещенности оказалась еще более холодной, чем вся остальная комета. Это загадка. Колоссальное разнообразие молекул твердой поверхности означает активную динамику химического состава приповерхностного слоя, которая затем проявляется во временной динамике состава кометной комы. Эта явная неравновесность противоречит представлению о том, что в холодном далеком космосе с поверхности небесного тела могут испаряться только легкие молекулы.

Магнитоводная защита

Шлейфы, хвосты и комы комет образуются, когда они «газят» в космос пылью, легкими ионами и водородом. Считается, что их запас кометы должны нести с собой в почти химически неизменном виде, а выбросы появляются из-за разложения и сублимации вещества поверхности кометы при нагреве солнечным светом. Кома кометы Чурюмова-Герасименко в основном состоит из водяного пара, моно- и диоксида углерода. Общая продуктивность воды растет и измеряется килограммами в секунду. Сейчас главный поставщик газов для атмосферы кометы — это перетяжка ее ядра, точнее, область Хапи (Hapi). Источники на шейке периодически, дважды за оборот кометы, меняют интенсивность своих выбросов.

В разных местах комы разное соотношение между концентрациями водяного пара и оксидов углерода, причем независимо от солнечного освещения. Все это привычно объясняется изначальной с рождения разницей в химическом составе внутренних льдов в разных местах ядра  кометы. С приближением к светилу Розетта отследила эволюцию ионного состава комы, источником которого служит водяной пар. С усилением ионизации потоком заряженных частиц солнечного ветра у кометы, как на планетах солнечной системы, появились радиационные пояса. Родившееся магнитное поле начало взаимодействовать с потоком ионов солнечного ветра. Теперь из-за магнитной экранировки он не попадает на поверхность ядра, а обтекает его, подобно тому, как это происходит у Земли. Так комета сама поддерживает постоянство внутренней среды.

Что такое комета?

Общепринято считать, что кометы образовались одновременно с солнечной системой в результате слипания планетезималей, ее гипотетического первичного вещества в форме мелких твердых тел. Мы придерживаемся альтернативной точки зрения. Кометы есть результат синтеза и последующего выброса твердых тел Солнцем или планетами-гигантами либо развала, откола частей твердых космических тел (каменных планет, их спутников, астероидов, больших комет). Кометы можно считать мелкими астероидами с сильно вытянутой траекторией. По своему плану слоистого с глубиной строения они не отличаются от всех других каменных небесных тел.

Жизнь мелких космических тел следует рассматривать как ускоренный фильм по истории более крупных. Поэтому вскоре в реальном времени мы увидим давно запечатленные в геологической летописи Земли и широко изучаемые процессы дегазации, выброса флюидов, извержения вулканов, всевозможных трясений, образования трещин и разломов. В изощренности рельефа кометного ядра, так же как в морщинах лица человека, отражена вся бурная история жизни кометы. К сожалению, пока мы не умеем досконально ее расшифровать.

Но кое-что мы все же понимаем. Сейчас на комете идет активный обмен веществ. Направление этих динамических процессов дается принципом Ле Шателье-Брауна, т.е. внутренние процессы пойдут в направлении, ослабляющем внешние воздействия. Как в живом организме  цель состоит в сохранении гомеостазиса, т.е. целостности системы.

Фото 6. Шестигранное углубление. 

Буря мглою комету покроет

Будущие изменения затронут все тело кометы, а не только освещаемые Солнцем поверхностные слои. Общая тенденция такова. Упруго-вязкое тело ядра будет разуплотняться и расширяться. Уже сейчас о росте его объема свидетельствует явно не старый прогиб рельефа-геосинклиналь без пыли. Это же подтверждает и твердая кора ядра (при его общей низкой плотности). С приближением к Солнцу переработка вещества будет усиливаться.

Следуя тенденции распада, комета Чурюмова-Герасименко должна разделиться еще больше и развалиться по своей перетяжке, которая при этом будет активно выделять разные вещества. Могут отколоться крупные куски поверхности, может произойти еще более мелкое дробление. Геометрически правильная форма отколов будет задаваться геологией поверхности, ее трещинами и разломами, границами так называемых кратеров. Среди них уже сейчас можно найти многогранники (фото 6). Мы увидим, как после взрывных отколов появятся углубления, которые сегодня мы считаем кратерами, выбитыми на поверхности небесных тел падающими извне метеоритами. Некоторые из них зальются лавой.

Активность на комете проявится в самых неожиданных местах, вплоть до извержений в неосвещенных областях. Есть надежда на фонтанные выбросы различных веществ, в том числе водорода, воды, углеводородов, соединений кремния и серы. Должно быть найдено и железо.

Ядерные реакции

На наш взгляд, наблюдаемая активность кометного ядра и приповерхностное распределение температур в нем объясняются идущими на нем реакциями ядерного распада химических элементов легче железа. Каковой распад, заметим, существует и в земной коре и служит, к примеру, геологоразведке или установлению возраста пород. Вместе с диффузией и бурными химическими реакциями эти ядерные реакции продуцируют все более легкие элементы, вплоть до водорода. Именно эти реакции с поглощением тепла в конечном итоге дают вещества паро-газовых выбросов.

Фото 7. Карта температуры на поверхности кометы.

Шейка кометы охлаждена (фото 7), так как внутренняя, в том числе электромеханическая, энергия кометы как целого расходуется на поглощение теплоты в реакциях, стимулированных механическим сжатием. Установленная приборами Розетты модуляция ее выбросов с половинным периодом вращения ядра кометы может быть объяснена упругим колебанием связываемых шейкой частей кометы друг относительно друга. Эти колебания периодически изменяют механические напряжения в перетяжке. Энергия вращения кометы из-за резонанса периодов должна перекачиваться в колебательную степень свободы. Заметить это можно было бы по регулярному изменению ширины метрового раскрыва трещины полукилометровой длины на шейке. Это же приведет к рождению новых трещин и их активной эволюции. Фотографии с Розетты свидетельствуют о появлении новых трещин и исчезновении старых.

О влиянии механических напряжений на состав газовых выбросов говорит измеренное Розеттой распределение выхода оксида углерода и паров воды по поверхности большей доли кометы. Первые, более тяжелые по удельному весу, превалируют над вторыми в областях меньшей кривизны поверхности.

Комета и пустота

Откуда на неплотной комете берутся элементы, свойственные плотным породам земной или лунной коры? Общепринятый ответ: «Они появились ранее. Когда, почему и где, неизвестно». По современным представлениям, ядерный синтез веществ возможен только в звездах, но не на холодных планетах, астероидах или кометах.

Это опровергают многочисленные находки вымерших на Земле короткоживущих изотопов, а также высокотемпературных фаз каменных пород, железа и других металлов в метеоритах и межзвездной пыли. На комете Чурюмова-Герасименко локальный ядерный синтез на изотопах водорода и/или гелия может привести к мощным электромагнитным явлениям, грозам и термоядерным взрывам.

Низкая общая плотность кометы объясняется наличием менее плотных, чем каменные породы, жидких, газовых, пустотных включений и полостей в теле кометы, покрытом сверху твердой коркой. Вспомним Гиперион, этот напоминающий губку спутник Сатурна со слоистым строением. Плотность его примерно равна плотности 67P. Почему-то считается, что его поверхность сформирована многочисленными ударами метеоритов. Логичнее мыслить историю разуплотненных тел как аналог вскипания пены, разбухания с выделением газов. Поэтому запланированные эксперименты по просвечиванию тела кометы должны обнаружить полости и сильно разуплотненные слои внутри нее.

Мокрое дело

В выбросах водяного пара кометы Чурюмова-Герасименко измерено отношение количеств изотопа дейтерия и водорода. Оно в разы превысило величину для Земли. Отсюда сделан вывод о том, что появление воды на Земле на заре ее истории нельзя объяснять массовой кометной бомбардировкой, как это делалось до сих пор. Думается, вода на нашей планете, как и все атмосферные газы, появилась не из космоса, а в результате химических и ядерных реакций распада твердых пород коры и мантии. Есть надежда явно увидеть эти процессы в ближайшее время на комете 67P. Изотопное же соотношение характеризует интенсивность энерго- и массообмена небесных тел с их окружением, т.е. скорость распада вещества и дегазации его в космическое пространство. Доля дейтерия при приближении кометы к Солнцу должна измениться.

Отправленный к комете Чурюмова-Герасименко зонд Розетта уже перевернул многие из классических представлений о кометах. Впереди нас ждут еще более интересные новости и фейерверк удивительных открытий. Кометная революция начинается.

E-mail: ********@yandex.ru