13 ноября японский исследовательский аппарат «Хаябуса-2» покинул орбиту астероида Рюгу, который изучал в течение почти двух лет, и отправился на Землю. До нашей планеты аппарат долетит в декабре 2020 года — он доставит образцы грунта с объекта, анализ которого позволит получить представления о материи, которая существовала в первые годы после зарождения Солнечной системы. «Хайтек» рассказывает, как прошла миссия «Хаябусы» и какой вклад в развитие астрономии она может внести.
В 04:00 по московскому времени «Хаябуса-2», находясь на расстоянии 20,11 км от поверхности Рюгу, впервые за два года включил ионные двигатели и начал маневр по схождению с орбиты астероида Рюгу. Спустя 15 минут аппарат прислал в центр управления полетами Японского космического агентства (JAXA) сообщение об успешности маневра и начал удаляться от астероида со скоростью 9,2 см/с.
Зонд покинет сферу Хилла — зону, на которое распространяется гравитационное влияние астероида — только через пять дней. В это время «Хаябуса-2» будет регулярно присылать изображения удаляющегося Рюгу — так же, как на подлете к астероиду, только в обратном порядке.
Раняя материя
Астрофизиков на протяжении всей истории интересует, что происходило в ранней Солнечной системе, когда она находилась на стадии протосолнечной туманности, а формирование Солнца и планет находилось на начальной стадии.
Понимание этих процессов помогло бы определить, каким образом сформировалась Земля и как на ней появились химические вещества, которые затем стали основой для воды и органических веществ.
Эти события происходили примерно 4,6 млрд лет назад — поэтому найти их следы в первозданном виде, не пострадавшие от перегрева, изменения химического состава или других процессов, достаточно трудно. В подходящем для изучения виде эти вещества сохранились в хондритах — астероидах из ранней Солнечной системы, которые представляют собой смесь из мелких частиц протосолнечной туманности, льда и различных включений. Такие метеориты относительно часто падают на Землю, однако при входе в атмосферу они либо сгорают, либо подвергаются перегреву.
Другой вариант — малые тела Солнечной системы, в частности, астероиды С-класса. Они крайне распространены в поясе астероидов, а их состав сходен с составом хондритов (за исключением летучих веществ).
К таким объектам относится и Рюгу — открытый в 1999 году астероид околоземного типа, который вращается на расстоянии от 144 млн до 212 млн км от Солнца (перигелий и афелий — соответственно). В процессе движения вокруг Солнца он пересекает орбиты Земли и Марса.
Почему астероид Рюгу назван именно так?
Название Рюгу взято из японской сказки о рыбаке Урасиме Таро. Урасима спас морскую черепаху, с которой плохо обращались дети — и получил от животного приглашение в Рюгу, подводный замок-дворец властителя морской стихии дракона Рюдзина.
Рыбак принял приглашение и совершил путешествие по океану вместе с черепахой, которая оказалась дочерью Рюдзина Отохимэ. Урасима провел во дворце три дня, но затем заявил, что хочет вернуться в родную деревню. Отохимэ тщетно пыталась убедить его остаться и в качестве прощального подарка дала Урасиме сундук с сокровищами, но попросила никогда не открывать его.
Когда мужчина вернулся в свою деревню, он обнаружил, что прошло 300 лет, а не три дня. Обезумевший рыбак достал сундук с сокровищами и открыл его. Внезапно появилось облако, Урасима состарился и обратился в прах.
Сбор грунта из-под поверхности астероида Рюгу являлся главной задачей «Хаябусы-2». Ученые считают, что под слоем пыли хранится нетронутый материал времен ранней Солнечной системы возрастом около 4,6 млрд лет.
Взрыв на астероиде
Зонд «Хаябуса-2», размер которого сопоставим с габаритами холодильника, был запущен с космодрома Танэгасима 3 декабря 2015 года — за следующие три с половиной года он преодолел 300 млн км, прибыв на орбиту астероида Рюгу 22 июля 2018 года.
Первые четкие снимки Рюгу, который зонд сделал 12 июля 2018 года с расстояния в несколько десятков тысяч километров, подтвердили радиус и период обращения астероида — 0,9 км и 7,5 часа соответственно. Однако форма объекта долгое время оставалась загадкой: сначала исследователи считали, что он напоминает японские пельмени Данго, затем — кубик. Но после получения снимков стало ясно, что астероид имеет ромбовидную форму.
Поверхность Рюгу оказалась усеянной крупными валунами, несколькими десятками кратеров диаметром до 200 м, а по его экватору проходит хребет с самой высокой точкой в 150 м.
Исследовав астероид с помощью оптической системы ONC, инфракрасной камеры TIR и спектрометра NIRS3, в сентябре 2018 года зонд сбросил на поверхность Рюгу роверы HIBOU и OWL. Аппараты изучили физические и химические свойства поверхности, а в октябре к ним присоединился ровер MASCOT, который в течение 17 часов изучал химический состав астероида.
Роверы также помогли «Хаябусе-2» в выполнении главной задачи миссии — выборе места для сброса бомбы. Взрыв должен был создать на поверхности астероида рукотворный кратер (первый в истории на такого рода объектах) и извлечь с глубины образцы грунта.
Эту задачу «Хаябуса-2» выполнял в два этапа — сначала зонд выстрелил в астероид танталовой пулей, а затем 5 апреля 2019 года произвел выстрел по астероиду с высоты 500 м пенетратором SCI, состоящим из медного снаряда массой 2,5 кг и 4,5-килограммового заряда взрывчатого вещества. Снаряд врезался в Рюгу со скоростью 2 км/час.
Взрыв оставил на Рюгу небольшой кратер (точка C01-Cb), рядом с которым затем зонд приземлился и собрал образцы грунта в специальную герметичную капсулу с аэрогелем. Такие меры необходимы для того, чтобы сохранить чистым материал, который до сих пор ни разу не подвергался воздействию атмосферы.
Возвращение домой
Зонду потребовалось 3,5 года, чтобы добраться до астероида, но обратный путь должен занять гораздо меньше времени — дело в том, что на момент начала полета к Земле Рюгу находился гораздо ближе, чем в момент старта.
Инженеры из JAXA планируют, что перед входом в атмосферу Земли капсула с грунтом отделится от аппарата и самостоятельно приземлится в запретной зоне Вумера — в пустыне на территории штата Южная Австралия. Сейчас японские ученые ведут переговоры с правительством Австралии о деталях поисковой операции и вывозе грунта в Японию.
«Хаябуса-2» может по праву считаться одной из самых успешных миссий по исследованию космических объектов. Зонду и роверам удалось выполнить все задачи, поставленные инженерами — как на самом астероиде, так и на его орбите. О долгосрочных последствиях миссии для науки можно будет судить после того, как JAXA вскроет капсулу и изучит образцы грунта с астероида.
Ученые рассчитывают, что анализ образцов позволит понять не только историю астероида Рюгу, но и ответить на вопрос о том, какие химические соединения существовали на заре формирования Солнечной системы и как они эволюционировали.