Статті

Космические радиолинии. Дальняя космическая радиосвязь

Электромагнитные волны, с помощью которых радиосигнал передается в космическом пространстве, движутся с гигантской скоростью — скоростью света. На Земле задержки в передаче почти не ощущаются, а вот с космонавтами на орбите приходится говорить уже с задержкой. Ответ с Луны будет идти полторы секунды, с Марса — уже минут шесть. Кроме того, по мере удаления передатчика сигнал стремительно затухает. Как же быть? Проблема тяжелая, но решаемая.
Сегодня самый удаленный космический объект, с которым поддерживается радиоконтакт, — это американская автоматическая межпланетная станция «Вояджер-1», запущенная 5 сентября 1977 года. В августе прошлого года она преодолела рубеж 100 астрономических единиц (15 миллиардов километров) и вплотную подошла к границе Солнечной системы. Радиосигнал с такого расстояния идет около 14 часов.

«Вояджер-1» — самая далекая космическая станция, с которой поддерживается связь

Информация с «Вояджера» на Землю передает жестко скрепленная с корпусом параболическая антенна диаметром 3,65 метра, которая должна быть сориентирована точно на родную планету. Через нее на частотах 2295 МГц и 8418 МГц шлют сигналы два радиопередатчика мощностью по 23 ватта. Для надежности каждый из них дублирован. Большая часть данных транслируется на Землю со скоростью 160 бит/с — это всего раза в три-четыре быстрее, чем скорость набора текста профессиональной машинисткой и в 300 раз медленнее телефонного модема. Для приема сигнала на Земле используется 34-метровые антенны сети дальней космической связи NASA, но в некоторых случаях задействуются самые большие 70-метровые антенны, и тогда скорость удается поднять до 600 и даже 1400 бит/с. По мере удаления станции ее сигнал слабеет, но еще важнее то, что постепенно снижается мощность радиоизотопных генераторов, которые питают передатчики. Ожидается, что станция сможет передавать научные данные еще по крайней мере 10 лет, после чего связь с ней прекратится.

Уже из этого описания видно, что космическая радиосвязь зависит от множества различных факторов: дальности, мощности передатчика, размеров бортовой и наземной антенн, длины волны, качества приемопередающей электроники, помех, шумов, поглощения сигнала в окружающей среде и даже от скорости движения космического аппарата.

Радиомалыши

Связь с космическими аппаратами поддерживают не только профессионалы, но и любители. Первый американский радиолюбительский спутник OSCAR-1 был запущен уже в 1961 году, а в 1969-м в США появилась и общественная спутниковая радиолюбительская организация AMSAT (AMateur SATellite). В СССР первые радиолюбительские аппараты «Радио-1» и «Радио-2» были запущены 26 октября 1977 года. Заядлыми радиолюбителями являются многие космонавты и астронавты. Космонавт Муса Манаров, например, первым вышел на связь в любительском диапазоне с борта орбитальной станции «Мир». На Международной космической станции тоже есть коротковолновая радиостанция, и в часы отдыха экипаж иногда выходит на связь с радиолюбителями разных стран.
А около 10 лет назад из спутникового радиолюбительства возникло новое бурно развивающееся направление — «студенческие» спутники. Как оказалось, участие студенческих групп в создании космических аппаратов — очень эффективный способ подготовки квалифицированных кадров для космической и других высокотехнологичных отраслей промышленности.
Тонна – киловатт – кубометр
Принцип действия радиосвязи состоит в том, что колебания тока в антенне передатчика создают в окружающем пространстве электромагнитные волны, которые, двигаясь со скоростью света, достигают антенны приемника и возбуждают в ней переменный электрический ток. Этот наведенный ток очень слаб, но если настроить приемник точно в резонанс с частотой радиоволны, то даже слабое ее воздействие может раскачать в антенне вполне заметные колебания. Затем их усиливают, анализируют и извлекают переданную информацию.

Радиоволны различных диапазонов по-разному проходят через земную атмосферу. Для космической связи оптимален диапазон от 1,5 до 30 сантиметров. За пределами этого окна радиосигнал заметно ослабляется в атмосфере или даже может от нее отразиться. На более коротких волнах потери энергии растут за счет поглощения молекулами воды и кислорода в тропосфере, а на более длинных волнах прохождению сигнала все сильнее мешает ионосфера, которая для волн длиннее 10—30 метров становится непреодолимой преградой. Поглощение радиоволн также вызывается дождем и туманом, но, конечно, не в такой мере, как в оптическом диапазоне.

Приемник не улавливает радиоволны, если они слабее его порога чувствительности. Между тем энергия электромагнитных волн падает как квадрат пройденного ими расстояния. Это значит, что сигнал с Марса будет в сотни тысяч раз слабее, чем такой же сигнал, переданный с Луны, а с Плутона — еще в тысячу раз слабее. У инженеров есть несколько способов удержать радиосигнал выше порога чувствительности приемника. Самый очевидный — увеличить мощность передатчика. На Земле это легко сделать — антенны системы дальней космической связи NASA излучают в космос до полумегаватта энергии. А вот на космическом аппарате бюджет энергии жестко ограничен. Ее вырабатывают либо солнечные батареи, либо радиоизотопные генераторы. И для получения большей мощности надо увеличивать их массу. При этом растут также площадь и масса радиаторов, отводящих избыток вырабатываемого тепла. Общая масса аппарата ограничена возможностями ракеты-носителя, а увеличить же массу отдельной системы за счет других чаще всего невозможно. Космические аппараты — это очень гармоничные технические комплексы, где все параметры жестко завязаны друг на друга: нельзя серьезно изменить одну систему, не повлияв на параметры других. Сегодня для спутников существует эмпирическая формула: «1 кг, 1 Вт, 1 литр», которая означает, что объем спутника массой в 1 тонну составит около 1 кубометра, а его система энергопитания способна достичь мощности 1 киловатт. К примеру, мощность передатчиков радиолюбительских спутников составляет всего несколько ватт, а современные телекоммуникационные аппараты на геостационарной орбите могут иметь передатчики мощностью несколько киловатт, что позволяет принимать их сигнал небольшими «тарелками» спутникового телевидения.

Если увеличить размер приемной антенны, то можно собрать больше энергии электромагнитной волны и поймать сигнал более слабого передатчика. В космосе размеры антенн обычно не превышают габаритов обтекателя ракеты-носителя, то есть нескольких метров. Хотя в последнее время инженеры научились обходить это ограничение — антенны все чаще делают разворачиваемыми. Например, аппараты «Турая» (Thuraya), поддерживающие мобильную спутниковую связь, оснащены 12-метровой антенной, которая разворачивается как зонтик из первоначальной компактной укладки. На Земле для дальней космической связи используются параболические антенны диаметром до 70 метров. Это уже близко к пределу — современные конструкционные материалы не позволяют создавать на поверхности Земли намного более крупные подвижные антенны, поскольку они деформируются под собственной тяжестью. В будущем их местом станет околоземная орбита. В невесомости гигантская космическая антенна может быть постепенно собрана из очень легких ажурных элементов.

Простейшие сигналы «простейшего спутника»

Ровно 50 лет назад, 4 октября 1957 года, из космоса впервые был принят радиосигнал искусственного происхождения. Радиомаяк первого спутника транслировал с орбиты в эфир простые короткие сигналы «бип-бип». Передача шла на двух частотах — 20 и 40 МГц (длина волны — 15 и 7,5 метра), доступных для приема радиолюбителями на Земле. Для них это был знак выдающегося события — выхода человечества в космос. Специалисты же вдобавок получали важную телеметрическую информацию — периодичность сигналов сообщала о температуре в приборном отсеке, а по прохождению радиоволн через ионосферу определялись физические условия в околоземном пространстве. Первый искусственный спутник поднялся над Землей менее чем на тысячу километров, а химической батареи, питавшей его передатчик, хватило на 22 дня. Спустя полвека, космические аппараты работают в сотни раз дольше и улетают в миллионы раз дальше, чем «простейший спутник» ПС-1. Но даже самые совершенные из них никогда уже не будут первыми.
Критическое звено
Размер антенны важен и еще по одной причине: чем он больше, тем меньше расходится в пространстве пучок радиоволн. Обычная дипольная антенна, как у походной рации, излучает почти одинаково во все стороны, и большая часть энергии теряется зря. Трехметровая параболическая антенна позволяет зажать пучок радиоволн сантиметрового диапазона в пределах угла порядка одного градуса, что дает выигрыш в мощности в десятки тысяч раз. Но при этом возникает необходимость точно нацеливать антенну на Землю. Если откажет система ориентации, связь с аппаратом прервется. Именно так погибла советская межпланетная станция «Фобос-1». В 1989 году на подлете к Марсу она получила неверную команду с Земли, в результате чего произошел сбой в работе бортового компьютера, аппарат потерял ориентацию, солнечные батареи отвернулись от Солнца, а параболическая антенна — от Земли. Операторы безуспешно пытались наладить контакт со станцией.

Таким образом, связь — это критическое звено во всех межпланетных миссиях. Отказ других систем часто удается обойти, пусть иногда и ценой потери части научных данных. Но если рвется связь с Землей, то даже исправный в остальных отношениях аппарат фактически перестает для нас существовать. Поэтому коммуникационная система должна быть исключительно надежна и на всех современных космических аппаратах она как минимум продублирована. При сбоях, которые в большинстве случаев приводят к потере ориентации аппарата или его переводу в режим закрутки, низкоскоростная система связи через всенаправленную антенну передаст на Землю параметры состояния бортовых систем и обеспечит прием команд управления. Когда работоспособность аппарата будет восстановлена, связь пойдет через быстрый канал передачи информации.

Впрочем, ненаправленная антенна используется не только при нештатных ситуациях. Во время длительных межпланетных перелетов, когда станция пребывает в «спящем» режиме, поддерживать связь по высокоскоростному каналу невыгодно — информации мало, а сохранение точной ориентации требует пусть и небольшого, но постоянного расхода топлива. С другой стороны, в сложных межпланетных миссиях к ориентации аппарата могут предъявляться многочисленные противоречивые требования: повернуть солнечные батареи к свету, двигатель — соответственно производимому маневру, научную аппаратуру — на изучаемый объект. А если надо еще, например, правильно сориентировать отделяющийся спускаемый аппарат или защитный экран, предохраняющий от воздействия космической пыли, то связь по узконаправленному каналу в какие-то моменты приходится разрывать. В это время научные данные записываются в память бортового компьютера, а по медленному резервному каналу связи передается только жизненно важная телеметрическая информация. Если в нужный момент аппарат не сможет сам восстановить быстрый канал связи, ему помогут с Земли, отправив нужные команды, используя низкоскоростной канал.

Хорошим примером может служить японский исследовательский зонд «Хаябуса» (Hayabusa), взявший в ноябре 2005 года пробы грунта с астероида Итокава. Из-за ошибок в навигации он совершил незапланированную посадку на поверхность астероида. После взлета вышла из строя система ориентации и существовала реальная опасность потерять аппарат. Однако многократно резервированная и гибкая система связи, имеющая несколько типов антенн и передатчиков, позволила восстановить связь с межпланетной станцией. Вместо отказавшей системы ориентации (из нее испарилось топливо) инженеры решили использовать для поворотов зонда ксенон (рабочее тело маршевого ионного двигателя), понемногу стравливая его через клапаны, — выполнение задания продолжилось.

Другой пример — европейский зонд «Гюйгенс», который в январе 2005 года совершил посадку на поверхность спутника Сатурна — Титана. У аппарата имелось два независимых канала связи для параллельной передачи на разных частотах уникальных снимков и другой информации, получаемой в ходе спуска в атмосфере Титана. Первоначально планировалось, что эти каналы будут для надежности полностью дублировать друг друга, но потом их решили использовать независимо, чтобы увеличить объем получаемой информации. Однако жадность до добра не доводит — из-за ошибки в программе управления один из каналов просто не включился. В результате пропала половина из 700 сделанных снимков, а также данные о скорости ветра в атмосфере спутника. Конечно, и полученных снимков хватило, чтобы сделать множество открытий, а данные о ветре удалось восстановить с помощью земных радиоастрономических сетей благодаря уникальной наблюдательной кооперации. Но только подумайте, что бы случилось, будь отказавший канал связи единственным!

Звонок с космической станции

Австралийский узел сети дальней космической связи NASA. Вдали 70-метровая параболическая антенна, перед ней — две 34-метровые

Вращающиеся на низкой околоземной орбите (до 1000 километров) аппараты попадают в поле зрения одной станции управления только несколько раз в сутки (обычно 4—6) и всего на несколько минут, поэтому им программа работы задается сразу на несколько часов или дней вперед. Чтобы увеличить количество сеансов связи, на Земле ставят больше станций, располагая их на существенном удалении друг от друга. В советское время существовал даже специальный космический флот, суда которого работали в разных частях света, обеспечивая связь со спутниками, пилотируемыми космическими кораблями. Если с низколетящим аппаратом требуется непрерывная связь, сигнал передается на него через спутники-ретрансляторы на геостационарной орбите. Трех таких аппаратов, неподвижно висящих над экватором на высоте 36 тысяч километров, достаточно, чтобы охватить практически всю территорию Земли за исключением полярных районов. Например, связь с Международной космической станцией и американскими космическими челноками «Спэйс Шаттл» происходит через американские спутники-ретрансляторы TDRS (хотя связь через наземные станции тоже используется). Благодаря этому экипаж может связаться с ЦУПом в подмосковном городе Королеве и в американском Хьюстоне, а также звонить домой и пользоваться электронной почтой. Подобная система существовала и в нашей стране. Контакт со станцией «Мир» на так называемых «глухих витках» поддерживался через геостационарный космический аппарат «Луч». Сейчас ведутся работы над системой «Луч» нового поколения.

Шум и скорость

Главный параметр любой системы связи — скорость передачи информации. Она определяется не столько мощностью сигнала, сколько соотношением его амплитуды с шумами, которые мешают приему. Шум возникает в аппаратуре приемника и передатчика из-за теплового движения атомов. А в космическом радиоэфире «шумит» реликтовое микроволновое излучение, оставшееся от Большого взрыва. Собственно, его и открыли в 1964 году случайно, в попытках избавиться от непонятного шума в новой антенне, на которой изучались возможности космической связи.

Шум отфильтровывается статистически за счет его случайного характера. Он равновероятно вызывает в антенне движение тока то в одну, то в другую сторону. В среднем за длительное время его вклад будет нулевым. Но чем слабее сигнал по отношению к шуму, тем дольше нужно вести прием и осреднение, чтобы отфильтровать шум. Сегодня космическая информация передается в цифровом виде, то есть последовательностями нулей и единиц — битов. Чем хуже отношение сигнал/шум, тем больше времени уходит на передачу каждого бита. Если попытаться форсировать передачу, сообщения станут приниматься с ошибками. Поэтому, чем дальше от нас находится аппарат, чем слабее его сигнал, тем медленнее идет с ним обмен информацией.

Впрочем, ошибки с некоторой вероятностью возникают при любой скорости передачи. Причиной могут быть редкие сильные флуктуации шума, сбои аппаратуры, но чаще всего — помехи от посторонних источников, например, от статических микроразрядов в аппаратуре, радиоизлучения молний, земных радиопередатчиков. Сломанная микроволновая печь в окрестностях приемной антенны сойдет в радиоэфире за сигнал внеземной цивилизации. Чтобы избавиться от длительных помех, передачу информации дублируют на разных частотах. А от коротких импульсных помех, которые искажают несколько битов в передаче, спасают особые методы кодирования, позволяющие выявлять и даже автоматически исправлять ошибки.

При проектировании системы космической связи также необходимо принимать во внимание скорость движения аппарата. От нее зависит доплеровский сдвиг частоты радиосигнала. Вариации скорости относительно Земли в некоторых случаях, например при полете к быстро движущемуся по своей орбите Меркурию, могут достигать 100 км/с — это три сотых процента скорости света. На столько же смещаются и частоты сигналов. Если этот эффект не учесть, приемный контур может не попасть в резонанс с несущей частотой передатчика, и его чувствительность резко упадет. Вместе с тем по доплеровскому сдвигу частоты сигнала можно с высокой точностью определить скорость движения космического аппарата вдоль луча зрения. Поэтому системы связи широко используются для контроля точности выполняемых в космосе маневров. И, кстати, скорости дующих на спутнике Сатурна ветров удалось определить именно по изменению частоты ультрастабильного передатчика зонда «Гюйгенс» во время его парашютного снижения в атмосфере Титана.

Лазер сигналит с Марса

Самой высокой скоростью межпланетной передачи данных может сегодня похвастаться аппарат Mars Reconnaissance Orbiter, вышедший на орбиту Марса 10 марта 2006 года. Он оснащен 100-ваттным передатчиком с трехметровой параболической антенной и может передавать информацию на скорости до 6 мегабит в секунду. Доставить к Марсу более крупный и мощный передатчик пока затруднительно. Однако есть принципиально иной подход к увеличению скорости передачи данных — использовать вместо радиоволн оптическое излучение. Длина волны лазерного излучения в десятки тысяч раз меньше, чем в радиодиапазоне. Поэтому расходимость лазерного луча получается значительно меньшей. Это позволит существенно поднять скорость передачи данных при более низком энергопотреблении. Но у лазерной связи есть и недостатки: она нуждается в более точном нацеливании передатчика, и, кроме того, на ее работоспособность существенным образом влияют погодные условия, в первую очередь облака. Поэтому межпланетная лазерная связь будет, скорее всего, поддерживаться с орбитальных аппаратов. Впервые лазерная связь в космосе была осуществлена 21 ноября 2002 года. Европейский спутник дистанционного зондирования Земли SPOT 4, находящийся на орбите высотой 832 километра, установил контакт с экспериментальным космическим аппаратом Artemis, обращающимся на высоте 31 000 километров и передал снимки земной поверхности. А недавно Лаборатория Линкольна в Массачусетсском технологическом институте (MIT) совместно с NASA приступила к разработке лазерной системы дальней космической связи. Первый тестовый коммуникационный лазер планируется отправить к Марсу в 2009 году. Ожидается, что этот 5-ваттный передатчик в период сближения планет обеспечит скорость передачи данных до 30 мегабит в секунду.

4,8-метровая антенна станции «Галилео» не раскрылась в полете. Все 8 лет работы в системе Юпитера станцию связывал с Землей ненаправленный канал со скоростью лишь 160 бит/с вместо ожидавшихся 134 Кбит/с

Интеллект против расстояний

Специфическая проблема в управлении космическими аппаратами связана с задержкой распространения радиоволн на огромных межпланетных расстояниях. Обмен сигналами с Луной занимает больше 2 секунд. Сможете ли вы проехать даже по хорошо знакомой местности, если дорогу будете видеть с задержкой на секунду, а на повороты руля машина станет реагировать еще через секунду? Между тем именно в таких условиях шло управление с Земли советскими «Луноходами». До Марса радиосигнал идет от 3 до 22 минут в зависимости от положения планеты на орбите. При такой задержке невозможно оперативно вмешаться с Земли в такие ответственные этапы миссии, как коррекция траектории полета, выход аппарата на орбиту вокруг планеты, его вхождение в атмосферу, да и движением по поверхности управлять непросто. Поэтому межпланетные аппараты становятся все более интеллектуальными и независимыми от контроля с Земли. Например, одной из основных задач зонда «Хаябуса» была отработка методов автономной навигации с использованием ионных двигателей.

Очень «умными» являются работающие на Марсе американские планетоходы Opportunity и Spirit. В отличие от советских «Луноходов», управление которыми осуществлялось оператором с Земли практически в режиме реального времени, на борт марсоходов обычно отправляют только координаты цели, куда они должны добраться. Бортовой компьютер, обработав стереоскопические снимки местности, самостоятельно оценивает размер валунов, расстояние между ними, наклон поверхности и по этим данным прокладывает путь. Прошлым летом специалисты NASA обновили программное обеспечение марсоходов — залили новую прошивку, говорят компьютерщики. Это повысило их автономность. Кроме того, чтобы не перегружать канал связи, марсоходы теперь сами оценивают, насколько интересны сделанные снимки, и определяют какие из них и в какой очередности передавать на Землю.

Межпланетный интернет

Небольшие планетоходы и спускаемые аппараты неудобно, а иногда и невозможно оснащать полноценной системой дальней космической связи. На них просто негде поместить направленную антенну, да и удерживать направление на Землю при спуске в атмосфере или езде по незнакомой поверхности почти невозможно. В таких случаях сигналы передаются ненаправленной антенной и ретранслируются на Землю находящимся поблизости более мощным аппаратом. По такой схеме работали, например, советские станции «Венера». Европейский зонд «Гюйгенс» ретранслировал сигнал через американскую станцию «Кассини», которая доставила его к Титану. Работа с марсоходами Opportunity и Spirit на 85% осуществляется через орбитальный аппарат «Марс Одиссей» (остальное — напрямую через медленную ненаправленную антенну). Все это напоминает организацию беспроводных систем связи на Земле: сотовый телефон или ноутбук с поддержкой Wi-Fi связывается с базовой станцией, а уже оттуда становится доступна вся инфраструктура связи.

Последние несколько лет специалисты NASA работают над внедрением в космических проектах единого протокола передачи данных, который позволит разнотипным аппаратам свободно обмениваться между собой информацией. Унификация должна значительно повысить надежность связи при активном освоении Луны и Марса. Например, при сбое на одном орбитальном ретрансляторе находящийся на поверхности аппарат сможет оперативно подключиться к другому. Да и просто наличие на орбите нескольких коммуникационных аппаратов позволит непрерывно поддерживать быструю связь с Землей, тогда как сейчас она ограничена лишь теми периодами, когда спутник-ретранслятор виден над горизонтом.

Многие специалисты склоняются к тому, чтобы новым универсальным форматом или его прототипом стал отлично зарекомендовавший себя в компьютерных сетях протокол TCP/IP, который лежит в основе Интернета. Так что, возможно, мы в скором времени станем свидетелями распространения Интернета на межпланетные просторы. Впрочем, на первых порах неавторизованные пользователи вряд ли смогут зайти на лунный или марсианский веб-сервер, чтобы скачать там свежие снимки, сделанные планетоходами, или посмотреть на окружающий ландшафт через космическую веб-камеру. Все же пропускная способность межпланетных каналов пока слишком мала для таких развлечений.

Главной проблемой космического интернета остаются задержки с доставкой информационных пакетов. Даже при обычном выходе в Интернет через спутник сигналу надо пройти 72 тысячи километров — до геостационарной орбиты и обратно, что занимает около четверти секунды. Добавьте такую же задержку при ответе, и станет ясно, что по спутниковому интернету вы вряд ли сможете поиграть в динамичные игры-шутеры. Что же касается межпланетных расстояний, то здесь стандартные протоколы Интернета, в том виде, в каком они используются в наземных линиях, вообще не годятся. В них не предусмотрена возможность получасового ожидания ответа сервера. Большинство программ просто диагностирует ошибку тайм-аута — недопустимое время ожидания, говорящее о потере связи. В NASA уже несколько лет трудятся над модернизированными протоколами связи, учитывающими специфику межпланетного интернета. Некоторые из этих протоколов уже работают на борту марсоходов Spirit и Opportunity, другие еще «доводятся» на Земле.

За пределы солнечной системы

Сегодня коммуникационные возможности человечества ограничены Солнечной системой. На межзвездных расстояниях для связи с аппаратом класса «Вояджер» мощность наземного передатчика должна составлять миллиарды киловатт, что сравнимо с общим производством электроэнергии на Земле. Менее прожорливой межзвездную связь могут сделать антенны диаметром несколько километров. Такие масштабные конструкции, скорее всего, будут строиться и размещаться на орбите. Подобные решения кажутся фантастическими, но нереальными их назвать нельзя. Человечество уже учится создавать в космосе сборные крупногабаритные конструкции. Например, размеры строящейся на орбите Международной космической станции приближаются к сотне метров. И все же самой большой проблемой для связи на межзвездных расстояниях будет оставаться время путешествия сигнала. Даже до ближайшей к Солнцу звезды сигнал дойдет только через 4,2 года после отправки, и еще столько же времени придется ждать ответа.

А пока попытки межзвездной связи остаются односторонними, в их числе нельзя не упомянуть эксперимент с почтовой связью. На обоих «Вояджерах» помещены медные позолоченные диски диаметром около 30 сантиметров, на которых записаны звуки и изображения, дающие представление о жизни на Земле. Простые диаграммы на поверхности диска символически показывают происхождение космического аппарата и дают инструкции, как проигрывать диск. Правда, межзвездная почта работает небыстро, доставка посылок в другую планетную систему займет минимум 40 тысяч лет.

Автор: Анатолий Копик
Статья опубликована с любезного разрешения Журнала "Вокруг Света"
Оригинал: Журнал «Вокруг Света»: Космические радиолинии

Тайны межзвездных облаков

<- другие статьи

Как появилась жизнь на Земле? Этот вопрос до сих пор не имеет убедительного научного ответа. В 70-х годах прошлого века стала популярна гипотеза о том, что жизнь была занесена на Землю кометами. Все началось в 1910 году, когда Земля должна была пройти через хвост кометы Галлея, в которой спектроскопические наблюдения выявили присутствие ряда молекул — моноксида углерода, циана и водорода. Газеты немедленно подняли панику, объявив, что атмосфера будет отравлена ядовитыми угарным газом и синильной кислотой. Это было первое околонаучное упоминание о кометной органике, хотя до ее реального открытия оставалось еще более 20 лет.

Только в 1931 году американский астроном Николас Бобровников (Nicholas Bobrovnikoff) идентифицировал в старых спектрах кометы Галлея линии простейшей органической молекулы — CH. Еще через 10 лет бельгийский астроном Поль Свингс (Pol Swings) нашел линии ион-радикалов CH⁺ и OH⁺, а также ионизированных молекул углекислого газа CO₂⁺. Казалось, еще немного, и будут обнаружены более сложные молекулы. Появилась надежда, что кометы могут оказаться источником земного органического вещества, если не самой жизни. Она продержалась вплоть до следующего возвращения кометы Галлея в 1986 году. На этот раз ее с близкого расстояния изучали сразу несколько космических аппаратов — советские «Вега-1 и -2», японские «Суисеи» (Suisei) и «Сакигаке» (Sakigake) и европейский «Джотто» (Giotto), который позднее, в 1992 году, сблизился с другой кометой — Григга—Шьеллерупа. Был обнаружен еще целый ряд молекул, в том числе формальдегид (CH₂O), метан (CH₄), аммиак (NH₃), но ничего хотя бы отдаленно похожего на следы жизни или сложной органики. Аналогичные результаты были получены в 2001 году, когда американский аппарат «Дип Спэйс-1» (Deep Space 1) изучил ядро кометы Борелли.

Самым впечатляющим проектом по изучению комет стал полет американского зонда «Дип Импакт» (Deep Impact), который впервые достиг поверхности ядра кометы Темпеля-1. Он был запущен 12 января 2005 года и нес на борту импактор — медную болванку массой 372 килограмма, которую сбросил на ядро кометы с пролетной траектории 4 июля того же года — в День независимости США, что, конечно, не случайно. В результате удара на скорости 10 км/с образовалось облако газа и пыли, которое затем исследовалось дистанционными методами как с самого аппарата, так и с Земли. Уже через несколько минут оно распространилось более чем на 300 километров от ядра. Специалистов удивила полная непрозрачность облака, говорившая о том, что поверхность ядра кометы покрыта мельчайшими частицами наподобие талька, в то время как ученые ожидали разлета частиц размером с крупинки мелкозернистого песка. В момент удара на поверхности ядра кометы появился кратер, но из-за непрозрачности облака не удалось даже определить его размер (по оценкам, он должен составлять 50—250 метров), не то что заглянуть в него.

Однако все эти кометы — старые, они не раз уже сближались с Солнцем, прожаривались в его лучах и потеряли значительное количество изначального запаса летучих веществ. По ним трудно судить о том, каким было первичное вещество, которое кометы приносили на Землю в эпоху молодости Солнечной системы. Поэтому ценным дополнением ко всем кометам, ранее исследованным космическими аппаратами, стала комета Вильда-2, которая за всю свою жизнь сближалась с Солнцем только 5 раз. До 1974 года орбита этой кометы вокруг Солнца была долгопериодической. Ее перигелий, то есть ближайшая к Солнцу точка орбиты, находился в районе Юпитера, в 5 астрономических единицах от Солнца (1 а. е. = 150 миллионам километров — расстояние от Земли до Солнца). В афелии комета уходила еще в пять раз дальше. Значительное удаление от Солнца обеспечивало сохранность материала ее ядра. Так было до 10 сентября 1974 года, когда комета прошла менее чем в миллионе километров от Юпитера. Мощное поле тяготения планеты-гиганта резко изменило орбиту кометы. Прежний перигелий стал афелием, а новый перигелий расположился всего в полутора астрономических единицах от Солнца. С приближением к Солнцу летучие вещества ядра стали испаряться, блеск кометы вырос, и при первом же прохождении перигелия в 1978 году она была открыта Паулем Вильдом (Paul Wild) из астрономического института Бернского университета. Таким образом, это дальняя и «свежая» комета, совсем недавно оказавшаяся во внутренней части Солнечной системы. К тому же по счастливой случайности ее нынешняя орбита имеет небольшое (3 градуса) наклонение к плоскости эклиптики, то есть к земной орбите. Это сделало ее удобной целью для изучения с помощью космических аппаратов. Ведь большинство комет имеют значительное наклонение, а изменение плоскости орбиты — один из самых затратных маневров в космонавтике. Грех было упускать такой шанс изучить хорошо сохранившуюся с древних времен комету с близкого расстояния, и NASA поставило перед собой амбициозную цель — доставить на Землю образцы кометного вещества.

Пейзажи ядра

7 февраля 1999 года с мыса Канаверал к комете Вильда-2 стартовал космический аппарат «Стардаст» (Stardust — «Звездная пыль»). Его основной целью был сбор кометной пыли с последующей доставкой образцов на Землю. На некоторых участках траектории собирались также образцы межпланетной и межзвездной пыли. План доставки образцов был беспрецедентным: еще никогда в истории космонавтики ни один аппарат не возвращался на Землю с такого расстояния.

На фото: Аэрогелевая ловушка аппарата «Стардаст» готовилась к запуску в условиях исключительной чистоты, чтобы земные материалы не повлияли на итоги эксперимента

В назначенный день, 2 января 2004 года, преодолев с момента старта 3,2 миллиарда километров, космический аппарат «Стардаст» вошел в газопылевое облако — кому, окружающую ядро кометы Вильда-2. До максимального сближения оставалось еще 5 часов полета, когда на аппарат обрушился настоящий шквал кометных частиц. Они летели навстречу с весьма внушительной скоростью — 6 км/с и по крайней мере в десяти местах пробили верхний слой противометеоритной защиты, так называемых щитов Уиппла. Специалисты ожидали, что концентрация частиц будет равномерно возрастать с приближением к ядру, но данные монитора пыли свидетельствуют, что в течение получаса во время наибольшего сближения «Стардаст» в течение получаса четырежды проходил сквозь настоящие рои частиц, между которыми концентрация пыли была очень низкой. Заранее создатели станции могли теоретически оценить средний поток частиц, но никак нельзя было гарантировать, что не предусмотренный моделью тяжелый камень не врежется в станцию и не нарушит ее работу. Поэтому легко понять ликование операторов и ученых в центре управления, когда ведущий «кометолог» Дон Йоманс объявил: «Хорошие новости! Мы прошли наибольшее сближение без каких-либо повреждений».

Пока 16 двигателей «Стардаста» компенсировали «порывы метеорного урагана», стараясь сохранить ориентацию аппарата в пространстве, в заполненном аэрогелем коллекторе осело более тысячи частиц. Затем ловушка была герметично закрыта и спрятана в возвращаемую капсулу. В следующий раз ее открыли только в «чистой комнате» Космического центра имени Джонсона. До Земли оставалось более миллиарда километров и почти 2 года полета.

В момент максимального сближения «Стардаст» прошел в 236 километрах от ядра. Пролет с солнечной стороны гарантировал хорошие условия съемки. С помощью навигационной камеры было сделано 72 фотографии ядра в период от –30 до +5 минут от момента наибольшего сближения. Как и предполагали специалисты, ядро было округлым, около 5 километров в диаметре, но вот его рельеф оказался весьма разнообразным. На поверхности обнаружены громадной величины булыжники, 100-метровые скалы, глубокие «дыры» и напоминающие кратеры круговые структуры размером до километра. Такой сложный рельеф говорит о довольно прочной структуре поверхностного слоя (коры) ядра кометы. Вероятно, он состоит из мелкозернистой скальной породы, скрепленной замерзшими водой, моноокисью углерода и метанолом. Здесь вполне мог бы сесть спускаемый аппарат, а космонавт при прогулке по комете (что, впрочем, кажется почти невероятным — ведь обычный человек будет там «весить» примерно 3 грамма) мог бы не волноваться за прочность поверхности под своими ногами. Ведь даже если он попадет в кратер с торчащими из него ледяными «сосульками» гигантских размеров, то выбраться оттуда ему не составит особого труда. Достаточно слегка оттолкнуться ногами, чтобы улететь в космос, поскольку сила тяжести на поверхности кометы составляет всего 0,00003g, что меньше сотой доли процента от земной.

На некоторых снимках, сделанных «Стардастом», заметны струи газа, исходящие из активных участков поверхности, вероятно, трещин в коре кометы. Это испаряется лед, и потоки газа устремляются в космос, образуя хвост кометы. Впервые в истории запечатлены не только сами потоки частиц пыли и газа, но и места их выхода. Надо заметить, что если наблюдать эти потоки, находясь на поверхности, они окажутся почти прозрачными и будут выдавать себя лишь потоками пыли, увлекаемыми струями газа. Пылинки будут мерцать в солнечном свете наподобие трассирующих пуль, выпущенных с поверхности в небо.

23 пылинки

15 января 2006 года капсула «Стардаста» с бесценными образцами совершила мягкую посадку на полигоне в штате Юта. Это была первая полностью успешная доставка внеземного вещества космическим аппаратом после того, как в 1969—1976 годах американские корабли «Аполлон» и советские станции «Луна» привезли на Землю лунный грунт. Однако, прежде чем приступить к изучению кометной пыли, ее еще предстояло найти в аэрогелевой ловушке. Два десятка относительно крупных частиц оставили следы, видимые невооруженным глазом, но большинство можно заметить только в микроскоп, да и то, если сфокусироваться на нужную глубину. Поиски пылинок грозили растянуться на долгие годы, и в NASA решили призвать на помощь добровольцев. Весь объем ловушек был послойно отсканирован с высоким разрешением, а потом волонтеры, скачивая кадры по Интернету, обследовали их в поисках самих частиц или их следов. Размеры пылинок варьировались от десятков нанометров до десятых долей миллиметра. В среднем они оказались крупнее частиц кометы Галлея, но мельче, чем у кометы Григга—Шьеллерупа.

Спустя полтора года после посадки капсулы общественности были представлены первые весьма неожиданные результаты исследования кометного вещества. Всестороннему анализу подверглись 23 частицы, извлеченные из аэрогеля, и семь микрометеоритных следов в алюминиевой фольге научного контейнера. Главный вывод: традиционное представление о кометах, как об огромных «грязных снежках», теперь требует уточнения, они имеют намного более сложный состав. По элементному составу вещество кометы Вильда-2 сходно с рыхлыми углистыми хондритами — метеоритами, которые, как считается, представляют состав Солнечной системы в целом. Однако настоящие неожиданности принес минералогический анализ. Конечно, большая часть вещества — явно холодный материал с окраин Солнечной системы, но около 10% сформировалось в условиях высоких температур. «Если честно, мы не ожидали найти вещество из внутренней части Солнечной системы, — сообщил Дональд Браунли (Donald Brownlee), научный руководитель проекта Stardust из Университета Вашингтона. — И тем не менее оно было обнаружено уже во второй исследованной частице». В ней было выявлено редкое кальциево-алюминиевое включение, из тех, что лишь изредка попадаются в метеоритах. Позднее ученые нашли микрокристаллы оливина, состоящие из железа, марганца и других элементов. И то, и другое могло сформироваться в центральных областях протосолнечной туманности на начальной стадии ее остывания. Исходным материалом, вероятно, послужила межзвездная пыль, но ее частицы обычно имеют стекловидный характер и для образования кристаллов должны быть прогреты до значительной температуры. Еще более впечатляет наличие кристаллов осборнита, состоящего из сернистого кальция и сернистого титана. Для их образования требуется температура 1700° С, которая могла достигаться только в непосредственной близости от Солнца. Но откуда взялись эти 10% вещества с «горячей» предысторией, если до встречи с Юпитером в 1974 году комета вообще не заходила во внутреннюю область Солнечной системы и, казалось бы, не могла позаимствовать оттуда вещество? Просто детективная история! Как полагает Майкл Золенски (Michael Zolensky) из Космического центра имени Джонсона, нахождение оливина и сходных с ним по происхождению минералов может быть подтверждением гипотезы о сильных газовых выбросах, исходивших из внутренней околосолнечной области и выносивших сформированный там материал на окраины Солнечной системы.

Итак, совершенно неожиданный вывод из полета «Стардаста» состоит в том, что кометы могут содержать вещество, сформировавшееся при самых разных температурах и на всем пространстве от внутренней части Солнечной системы до дальних границ пояса Койпера и облака Оорта, где, как считается, и образуются кометы. Исходный материал кометы образовался частично до, а частично после формирования Солнечной системы. Безусловно, такое смешивание затрудняет исследование эволюции комет, но оно может помочь понять историю образования планет Солнечной системы.

Фред Уиппл и его щиты

При столкновении на скорости 6 км/с кинетическая энергия частицы (а она вчетверо больше энергии взрыва той же массы тротила) мгновенно переходит в тепло, вызывая направленный взрыв. Защиту от таких ударов придумал в 1946 году американский астроном Фред Уиппл (1906—2004), который предложил модель кометного ядра как «грязного снежка» и обосновал ее серией статей в Astrophysical Journal с 1950 по 1955 год.
Главный принцип уиппловского щита — многослойность. Столкнувшись с первым тонким слоем-листом, частица испаряется, и дальше летит струя газа, рассеять которую гораздо проще. Сегодня ни один серьезный космический аппарат не обходится без щитов Уиппла. Именно они создают впечатление, что готовые к старту космические аппараты как будто бы завернуты в фольгу.
Фред Уиппл открыл шесть комет и астероид, он организовал первую службу слежения за искусственными спутниками, единственную за рубежом, которая была готова к наблюдениям в момент запуска первого советского спутника. Уиппл бы удостоен золотой медали Американского астрономического общества. Он скончался 30 августа 2004 года, несколько месяцев спустя после того, как оберегаемый его щитами аппарат собрал образцы кометного вещества, в очередной раз подтвердившие (и уточнившие) его теорию строения комет, выдвинутую полувеком раньше.
Александр Сергеев.

Контрабандный азот

А теперь о самом интересном. Найденные в кометных частицах органические соединения стали для ученых немалым сюрпризом и заставили вновь обсуждать гипотезы, которые уже стали считаться слишком экстравагантными. Конечно, о доставке кометами живых организмов или даже сложных биологических молекул речь не идет, но все же полностью исключить их связь с возникновением жизни нельзя. Аэрогелевые ловушки «Стардаста» сыграли роль своеобразной губки: помимо частиц пыли они абсорбировали идущие из ядра кометы молекулы газов, в том числе и органические соединения. И подобно тому, как выжимают губку, все собранные вещества были «выжаты» из аэрогеля путем проваривания в воде ультравысокой степени чистоты. Полученный экстракт ученые исследовали на присутствие органики с помощью хроматографа/масс-спектрометра и обнаружили два вида азотсодержащих органических соединений — метиламин (CH₃–NH₂) и этиламин (C₂H₅–NH₂). Эти соединения являются источниками связанного (фиксированного) азота, который имеет принципиальное значение для существования живых организмов. «Кометы могли доставить на Землю на ранней стадии ее развития богатые азотом органические вещества, где они стали бы доступны для зарождения жизни», — считает Скотт Сэндфорд (Scott Sandford) из Исследовательского центра имени Эймса в Калифорнии.

В земной атмосфере азот находится в свободной форме, образуя молекулы N₂. Связь между атомами в молекуле азота очень прочная, и живые организмы неспособны напрямую использовать молекулярный азот — его сначала необходимо перевести в так называемое связанное состояние. В процессе связывания молекулы азота расщепляются, давая возможность отдельным атомам азота участвовать в химических реакциях с другими атомами, например с кислородом, что препятствует их повторному объединению в молекулу азота. Связь между атомами азота и другими атомами достаточно слабая, что позволяет живым организмам использовать эти атомы. В атмосфере Земли содержится около 4.1015 тонн азота, но лишь незначительная его часть — около 100 миллиардов тонн — ежегодно связывается и включается в состав живых организмов, а после их смерти и разложения возвращается в атмосферу. Без фиксации атмосферного азота существование жизни выглядит проблематичным, поэтому энзимы, которые связывают атмосферный азот, считаются достаточно древними, но все же они не могли появиться сразу. И, быть может, именно кометное вещество на первых этапах обеспечило жизнь связанным азотом. «Нам удалось установить, что кометы по крайней мере одного вида содержат значительное количество связанного азота в форме метиламина или этиламина, — сообщил Джейсон Дворкин (Jason Dworkin) из Центра космических полетов имени Годдарда. — Это открытие показывает, что «меню» ингредиентов для зарождения жизни было намного более полным, чем считалось ранее».

Джордж Флинн, руководитель международной научной группы по исследованию доставленных «Стардастом» материалов, держит в руках капсулу, в которой кусочки аэрогеля с образцами кометного вещества пересылаются между лабораториями

Но действительно ли найденные азотсодержащие вещества входили в состав кометного ядра? Ведь наша планета «кишит» микроорганизмами, так что загрязнение космического аппарата вполне реально. Чтобы исключить возможность ошибки, ученым пришлось провести настоящее расследование и шаг за шагом исключить все возможные пути попадания в ловушки аппарата «контрабандного» азота с Земли. Были проверены десятки не полетевших на «Стардасте» дубликатов ловушек с аэрогелем. В них тоже нашли немного метиламина и еле заметные следы этиламина, но содержание этих соединений в доставленных из космоса кусках аэрогеля оказалось в 100 раз выше. Кроме того, очень сильно различалось относительное количество CH₃–NH₂ и C₂H₅–NH₂ в «летавшем» и «нелетавшем» аэрогеле. Таким образом, на «заражение» образцов на Земле списать полученные результаты нельзя.

Было и еще одно сомнение. «Стардаст» находился в полете семь лет, и в принципе органика могла попасть в его ловушки за эти долгие годы, а не при короткой встрече с кометой. В полете конструкция и приборы космического аппарата испускают летучие вещества, которые попали в них еще на Земле. Такое явление называется дегазацией, и оно также могло нарушить чистоту эксперимента. Специалисты исследовали образец аэрогеля, спрятанный за микрометеоритным экраном «Стардаста». Он был защищен от газопылевых потоков кометы и в то же время, как и вся конструкция аппарата, подвергался загрязнению вследствие дегазации. Однако в этом контрольном образце вообще не нашли следов метиламина и этиламина. Все это может означать лишь одно: органические соединения попали в ловушки «Стардаста» именно из комы кометы Вильда-2.

Собранная примитивная органика представляет большой интерес для астробиологов, так как играет важную роль в биохимических процессах на Земле. Она могла образоваться как в протопланетном газопылевом облаке, из которого сформировалась наша Солнечная система, так и в ходе химических процессов в туманностях — в межзвездном пространстве. Кстати, в кометных образцах были также найдены полициклические ароматические углеводороды, молекулы которых совсем недавно обнаружены и в межзвездной среде.

Похождения космического пылесоса

Для сбора кометной пыли на аппарате «Стардаст» использовались ловушки с необычном веществом — аэрогелем, в котором мельчайшие частицы, летящие со скоростью 6 км/с, не разрушаясь, тормозились и застревали, как в желе. Аэрогель — самый фантастический твердый материал в мире. Он состоит из двуокиси кремния и обладает тонкой волокнисто-пустотной структурой. С виду кусок аэрогеля похож на синеватый застывший дым и при этом является твердым на ощупь. Правда, твердое вещество в составе аэрогеля занимает меньше 0,2% объема, остальное — воздух. Аэрогель в 40 раз превосходит фиберглас по теплоизоляционным свойствам, а его плотность составляет 2 кг/м³ — в 1 000 раз меньше, чем у стекла, и всего в полтора раза больше, чем у воздуха! О происхождении аэрогеля рассказывают следующую историю. Поспорили как-то два доктора, Стивен Кистлер (Steven Kistler) и Чарлз Лернд (Charles Learned) из Стэнфордского университета — кто из них сможет без усадки объема заменить воду в желеобразном образце газом. Победил Кистлер, который в 1931 году опубликовал свою работу по созданию «воздушного желе» в журнале Nature. Берется водно-спиртовой коллоидный раствор диоксида кремния (кремнезема, SiO₂), а затем быстро выпаривается, так чтобы частицы SiO2 соединялись между собой случайным образом. В результате получается тот самый «замороженный дым» — твердый материал, обладающий самой низкой плотностью из всех твердых веществ на Земле, являющийся почти идеальным тепловым, электрическим, акустическим изолятором. Долгое время большого интереса к этому материалу не было. Однако в 60–70-х годах прошлого века с развитием авиационно-космической техники срочно потребовались новые материалы — легкие и термостойкие. Сбор частиц космической пыли аэрогелем была смоделирована еще в 1993 году в Лаборатории реактивного движения (JPL) в Пасадене (Калифорния, США) под руководством доктора Питера Тсоу (Peter Tsou). Аэрогель обстреливали частицами размером от микрона до сантиметра на сверхзвуковых аэродинамических трубах в Космическом центре имени Джонсона и Исследовательском центре имени Эймса. Для большей реалистичности в экспериментах использовались частицы, собранные в стратосфере Земли, которые, возможно, являются частицами межпланетной пыли. 10-микронная пылинка при скорости 6 км/с проникает в аэрогель на глубину около 2 миллиметров и останавливается. При этом она разогревается до 600°C, но так как это длится очень короткое время, плавления или даже изменения структуры минеральных частиц не происходит, зато микроорганизмы (если они, как считают некоторые ученые, существуют на частицах кометной пыли) погибают. Конечно, скорее всего, их там просто нет, тем не менее в ходе миссии принимались все меры безопасности, чтобы не занести на Землю чужеродную инфекцию.

Межзвездная органика

Межзвездная среда состоит преимущественно из атомов водорода (примерно 70% общей массы) и гелия (около 28%). Оставшиеся 2% приходятся на другие элементы, которые, несмотря на малое количество, играют важную роль в протекающих здесь физических и химических процессах.

В двадцатом веке методами радиоастрономии в межзвездной среде было обнаружено около сотни различных молекул — от простейшего молекулярного водорода H₂ до 13-атомного цианополиина (HC₁₁N), который представляет собой длинную цепочку атомов углерода, замкнутую с концов водородом и азотом. Что касается органических соединений, то первым, еще в 1969 году, в межзвездном пространстве нашли формальдегид, а самое свежее открытие, опубликованное в начале 2004 года, — молекулы антрацена (C₁₄H₁₀) и пирена (C₁₆H₁₀), содержащие соответственно 24 и 26 атомов. Эти вещества относятся к группе полициклических ароматических углеводородов, тех самых, что составляют большую часть жирного черного дыма, выбрасываемого плохо отрегулированным дизельным двигателем. Группа Адольфа Уитта (Adolf Witt) из Университета Толидо (штат Огайо, США) обнаружила эти молекулы, изучая ультрафиолетовые спектры планетарной туманности Красный Прямоугольник (Red Rectangle), находящейся в двух с лишним тысячах световых лет от Земли в созвездии Единорога. Туманность образована умирающей звездой, сравнимой по массе с Солнцем. Наибольшее удивление астрономов вызвал даже не размер открытых молекул, а сам факт их существования в условиях интенсивного ультрафиолетового излучения звезды, которое должно разрушать органические молекулы. Только весной этого года химикам из Эймсовского исследовательского центра NASA удалось смоделировать на компьютере особую, невоспроизводимую в земных лабораториях структуру органических молекулярных кластеров, которая, по-видимому, обеспечивает устойчивость соединений к такому излучению. Адольф Уитт убежден, что антрацен и пирен — не самые крупные органические молекулы, синтезируемые в условиях межзвездной среды. По его мнению, возможно образование молекул или частиц, содержащих миллионы атомов углерода. Позднее такие молекулярные комплексы могут, слипаясь друг с другом, послужить зародышами планетезималей в будущих протопланетных дисках. Но пока это, конечно, лишь гипотеза.

Так или иначе, кометные образцы с органикой, доставленные космическим аппаратом «Стардаст», — это, безусловно, важный этап в исследовании Солнечной системы, приближающий нас к решению вечной загадки происхождения жизни на Земле. Работа с образцами продлится еще не одно десятилетие. И нынешние первые предварительные результаты — лишь малая доля того, что ученым и нам с вами еще предстоит узнать.

Полет аппарата «Стардаст» к комете Вильда-2 занял 7 лет и увенчался полным успехом. В размещенной на его борту ловушке из аэрогеля застряли более тысячи метеорных частиц кометного и межзвездного происхождения, а также молекулы летучих веществ кометы, в том числе ряда органических соединений. Это первый в истории космонавтики случай доставки твердых образцов из-за пределов системы Земля—Луна.

Хронология полета

7 февраля 1999 (1)
Запуск ракетой Delta II
22 февраля — 1 мая 2000 (2)
Первый период сбора межзвездной пыли
15 января 2001 (3)
Сближение с Землей для гравитационного маневра
5 мая 2002 — 9 декабря 2002 (4)
Второй период сбора межзвездной пыли
2 ноября 2002
Сближение (3300 км) с астероидом Аннефранк (поперечник 6 км) и его съемка
24 сентября 2003
Начало операций по изучению кометы Вильда-2
2 января 2004 (5)
Пролет ядра кометы Вильда-2 на расстоянии 236 км
Расстояние от Солнца — 1,86 а. е. (279 млн км)
Расстояние от Земли — 2,60 а. е. (390 млн км)
21 февраля 2004
Завершение операций по изучению кометы
17 октября 2005
Начало операций по возврату капсулы с образцами
15 января 2006 (6)
Возвращение капсулы с образцами на Землю

На первых двух витках вокруг Солнца до встречи с кометой аппарат дважды открывал ловушку для сбора образцов межзвездной пыли, а между витками сближался с Землей для набора скорости в гравитационном маневре. Чтобы снизить скорость столкновения с межзвездными пылинками, их сбор шел в периоды, когда аппарат летел в сторону, противоположную движению Солнца относительно соседних звезд. Встреча с кометой произошла через пять лет полета на третьем витке вокруг Солнца. При этом комета нагоняла аппарат со скоростью 6,1 км/с

Рельеф ядра кометы Вильда-2. Поперечник ядра — около 5 километров, размер крупнейших кратеров около километра. Это самый детальный снимок ядра кометы, имеющийся в распоряжении ученых, — на оригинале различимы детали размером около 10 метров

Выбросы газа , которые просматриваются только при длинной экспозиции (около 10 секунд). Съемка велась навигационной камерой аппарата «Стардаст»

Схема компоновки космического аппарата «Стардаст». Впереди раскрытая посадочная капсула и ловушка с аэрогелем, поднятая на кронштейне в рабочее положение. В центре на корпусе аппарата расположена параболическая узконаправленная антенна для связи с Землей, слева от нее — средненаправленная антенна

Ловушка для кометных частиц разделена на 130 ячеек глубиной 3 сантиметра, заполненных аэрогелем. Ее рабочая площадь составляет 1 000 см². Вся работа по ее изготовлению проводилась в чистых комнатах класса 100 (не больше 100 частиц полумикронного размера на кубический фут воздуха). Это в сто раз более чистый воздух, чем в типичной операционной. При пролете кометы ловушку ставили одной стороной к потоку частиц, а для сбора межзвездной пыли — другой. Это позволило легко различать частицы разного происхождения

Возвращаемая капсула «Стардаста» осуществила парашютную посадку 15 января 2006 года на полигоне в штате Юта. Это второй в истории возврат аппарата после межпланетного полета. Первым был зонд «Генезис», собиравший образцы солнечного ветра. 8 сентября 2004 года его капсула совершила жесткую посадку: из-за ошибки в сборке не раскрылся основной парашют. До последнего момента было неизвестно, нет ли такой же ошибки в капсуле «Стардаста». Аналогичное устройство планируется использовать в будущем для доставки образцов с поверхности Марса

Одна из крупных пылинок размером около 2 микронов состоит из тугоплавкого силикатного минерала форстерита (Mg₂SiO₄), одной из форм оливина, который образуется при высоких температурах. Выходит, что кометное вещество формировалось не только на холодной периферии Солнечной системы, но, по крайней мере, частично, в горячих областях вблизи молодого Солнца, а возможно, и других звезд

Самые крупные из пойманных кометных частиц образовали в аэрогеле треки длиной до 2 см и шириной 0,5 см, напоминающие по форме кормовую свеклу — турнепс. Широкая часть трека сформирована многочисленными слабо связанными мелкими пылинками, которые разлетаются во все стороны в момент столкновения с аэрогелем. А длинный «корень» образуют относительно крупные каменные частицы в центре пылинки (отмечены стрелками)

Основу полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) составляют несколько сцепленных шестиугольных колец из атомов углерода. Присутствие очень небольшого количества антрацена и пирена (на рисунке) выявлено в межзвездной среде спектральными методами. В комете Вильда-2 также найдены молекулы ПАУ. Какие процессы приводят к их образованию, пока не вполне ясно Основу полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) составляют несколько сцепленных шестиугольных колец из атомов углерода. Присутствие очень небольшого количества антрацена и пирена (на рисунке) выявлено

Автор статьи: Павел Шаров
Источник: Журнал «Вокруг Света»: Тайны межзвездных облаков
Дата публикации на сайте: 22 декабря 2007 года.

<- другие статьи

Космический телескоп имени Хаббла

С самого момента зарождения астрономии, со времен Галилея астрономы преследуют одну общую цель: видеть больше, видеть дальше, видеть глубже. И космический телескоп Хаббл (Hubble Space Telescope), запущенный в 1990 году – огромный шаг в этом направлении. Телескоп находится на земной орбите над атмосферой, которая могла бы искажать и не пропускать излучение, приходящее от космических объектов. Благодаря ее отсутствию астрономы получают с помощью Хаббла снимки высочайшего качества. Переоценить ту роль, которую телескоп сыграл для развития астрономии практически невозможно – «Хаббл» – один из наиболее удачных и долговременных проектов космического агентства NASA. Он послал на Землю сотни тысяч снимков, проливающих свет на многие тайны астрономии. Он помог определить возраст Вселенной, идентифицировать квазары, доказать, что в центре галактик располагаются массивные черные дыры и даже ставить опыты по обнаружению темной материи.

Открытия Хаббла изменили взгляд астрономов на Вселенную. Возможность видеть в мельчайших деталях помогла превратить некоторые астрономические гипотезы в факты. Было отброшено множество теорий, чтобы идти в одном верном направлении. Среди достижений Хаббла, одно из основных – определение возраста Вселенной, который сегодня ученые оценивают в 13 – 14 млрд. лет. Это, несомненно, точнее предыдущих данных в 10 – 20 млрд. лет. Хаббл сыграл также ключевую роль в обнаружении темной энергии, таинственной силы, которая заставляет Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью. Благодаря Хабблу астрономы смогли увидеть галактики на всех стадиях их развития, начиная от формирования, происходившего еще в молодой Вселенной, что помогло ученым понять, как происходило их зарождение. С помощью телескопа были найдены протопланетные диски, скопления газа и пыли вокруг молодых звезд, вокруг которых вскоре (по астрономическим меркам, естественно) появятся новые планетные системы. Он смог найти источники гамма взрывов – странных, неправдоподобно мощных выбросов энергии – в удаленных галактиках во время коллапса сверхмассивных звезд. И это только часть открытий уникального астрономического инструмента, но уже доказывающих, что потраченные на создание, вывод на орбиту и обслуживание $2,5 млрд. являются выгоднейшим вложением средств в масштабе всего человечества.

Хаббл обладает удивительной производительностью. Все астрономическое сообщество пользуется его способностью видеть глубины Вселенной. Каждый астроном может послать запрос на определенное время пользования его услугами, и группа специалистов решает, возможно ли это сделать. После проведения наблюдения проходит, как правило, год, прежде чем астрономическое сообщество получит результаты исследований. Поскольку данные, полученные с помощью телескопа доступны каждому, любой астроном может проводить свои изыскания, согласуя данные с обсерваториями всего мира. Такая политика делает исследования открытыми, а значит более эффективными. Однако уникальные возможности телескопа означают и высочайший уровень спроса на его него – астрономы всего мира борются за право пользоваться услугами Хаббла в свободное от основных миссий время. Каждый год поступает более тысячи заявок, среди которых выбираются лучшие по мнению экспертов, но по статистике удовлетворяются лишь 200 – только пятая часть от общего количества желающих проводят при помощи Хаббла свои исследования.

Для чего же был необходим вывод телескопа в околоземное космическое пространство, и благодаря чему аппарат пользуется столь высоким спросом среди ученых-астрономов? Дело в том, что телескоп Хаббла смог решить сразу две проблемы наземных телескопов. Во-первых, размытие сигнала земной атмосферы ограничивает возможности наземных телескопов независимо от их технического совершенства. Благодаря атмосферному размытию мы видим мигание звезд, когда смотрим на небо. Во-вторых, атмосфера поглощает излучение с определенной длиной волны, сильнее всего ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучение. И это серьезная проблема, поскольку изучение космических объектов тем эффективнее, чем больший энергетический диапазон берется.

И именно во избежание негативного влияния атмосферы на качество получаемых снимков телескоп находится над ней, на расстоянии 569 километров над поверхностью. При этом один оборот вокруг Земли телескоп совершает за 97 минут, двигаясь со скоростью 8 километров в секунду

Телескоп Хаббла представляет собой рефлектор системы Ричи-Кретьена, или улучшенный вариант системы Кассегрена, в котором свет изначально попадает на главное зеркало, отражается и попадает на вторичное зеркало, фокусирующее свет и направляющее его в систему научных инструментов телескопа сквозь маленькое отверстие в главном зеркале. Часто люди ошибочно считают, что телескоп увеличивает изображение. На самом деле, он лишь собирает максимальное количество света от объекта. Соответственно, чем больше главное зеркало, тем больше света оно соберет и тем четче получится изображение. Второе зеркало лишь фокусирует излучение. Диаметр главного зеркала Хаббла – 2,4 метра. Оно кажется небольшим, если учесть, что диаметр зеркал наземных телескопов достигают 10 метров и более, но отсутствие атмосферы, все же, является огромным преимуществом комического варианта.

Для наблюдения за космическими объектами телескоп располагает рядом научных инструментов, работающих совместно или по отдельности. Каждый из них по-своему уникален.

Усовершенствованная обзорная камера (Advanced Camera for Surveys – ACS). Самый новый инструмент наблюдений в видимом диапазоне, предназначен для исследований ранней Вселенной, и установленный в 2002 году. Эта камера помогла составить карту распределения черной материи, обнаружить наиболее удаленные объекты и исследовать эволюцию галактических скоплений.

Камера близкого инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer – NICMOS). Инфракрасный сенсор, детектирует тепло, когда объекты скрыты межзвездной пылью или газом, как, например, в областях активного звездообразования.

Камера близкого инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (Space Telescope Imaging Spectrograph – STIS). Действует подобно призме, разлагая свет. Из полученного спектра можно получить информацию о температуре, химическом составе, плотности и движении исследуемых объектов. STIS прекратил работу 3 августа 2004 года из-за технических неисправностей, но в 2008 году во время планового ремонта телескопа будет отремонтирован.

Широкоугольная и планетная камера-2 (Wide Field and Planetary Camera 2 – WFPC2). Универсальный инструмент, при помощи которого было сделано большинство известных каждому фотографий. Благодаря 48 фильтрам позволяет видеть объекты в достаточно широком диапазоне длин волн.

Датчики точного наведения (Fine Guidance Sensors – FGS). Не только отвечают за управление и ориентацию телескопа в пространстве - ориентируют телескоп по отношению к звездам и не позволяет сбиться с курса, но и делают прецизионные измерения расстояний между звездами и фиксирует относительное движение.

Как и для многих космических аппаратов на орбите Земли, источником энергии для телескопа Хаббла является солнечное излучение, фиксируемое двумя двенадцатиметровыми солнечными панелями, и накапливаемое для бесперебойной работы во время прохода по теневой стороне Земли. Весьма интересна и конструкция системы наведения телескопа на нужную цель – объект во Вселенной – ведь успешное фотографирование далекой галактики или квазара на скорости 8 километров в секунду – весьма сложная задача. Система ориентации телескопа включает в себя следующие компоненты: уже упоминавшиеся датчики точного наведения, которые отмечают положение аппарата относительно двух «ведущих» звезд; датчики положения относительно Солнца – не только вспомогательные инструменты для ориентации телескопа, но и необходимые инструменты для определения необходимости закрытия/открытия апертурной двери, предотвращающей «сгорание» аппаратуры при попадании на нее сфокусированного солнечного света; магнитные датчики, ориентирующие космический аппарат относительно магнитного поля Земли; система гироскопов, отслеживающих движение телескопа; и электрооптический детектор, следящий за положением телескопа относительно выбранной звезды. Все это обеспечивает не только возможность управления телескопом, «прицеливания» на нужный космический объект, но и предотвращает поломку ценной аппаратуры, которую невозможно оперативной заменить на работоспособную.

Однако работа телескопа Хаббла была бы бессмысленна без возможности передачи полученных данных для изучения в земных лабораториях. И для решения этой задачи на Хаббл установили четыре антенны, которые и обмениваются информацией с центром управления полетами (Flight Operations Team) Центра Космических Полетов Годдарда (Goddard Space Flight Center) в Гринбелте (Greenbelt). Для связи с телескопом и задания координат используются находящиеся на земной орбите спутники, они же отвечают и за ретрансляцию данных. У Хаббла есть два компьютера и несколько менее сложных подсистем. Один из компьютеров управляет навигацией телескопа, все остальные системы отвечают за работу инструментов и связь со спутниками.

Данные от наземной исследовательской группы поступают в Центр Космических Полетов Годдарда, далее в Исследовательский Институт Космической Телескопии (Space Telescope Science Institute), где группа специалистов обрабатываю данные, и записываю их на магнитооптические носители. Каждую неделю телескоп посылает на Землю информацию, способную заполнить более двадцати DVD-дисков, и доступ к этому огромному массиву ценнейшей информации открыт для всех желающих. Основной объем данных хранится в цифровом формате FITS, весьма удобном для анализа, но крайне неподходящем для публикаций в СМИ. Именно поэтому наиболее интересные для широкой общественности снимки публикуются в более распространенных форматах изображений – TIFF и JPEG. Таким образом, телескоп Хаббла стал не просто уникальным научным инструментом, но и одной из немногих возможностей взглянуть на красоты Космоса любому желающему – профессионалу, любителю, и даже незнакомому с астрономией человеку. К некоторому сожалению приходится говорить о том, что доступ астроному-любителю к телескопу сегодня закрыт в связи со снижением финансирования проекта.

Прошлое телескопа Хаббла не менее интересно его настоящего. Впервые идея создания подобной установки возникла еще в 1923 году у Германа Оберта (Hermann Oberth), основателя ракетной техники Германии. Именно он первым сказал о возможности доставки телескопа на околоземную орбиту при помощи ракеты, хотя даже самих ракет тогда еще не существовало. Эту идею в 1946 году развил в своих публикациях о необходимости создания космической обсерватории американский астрофизик Лиман Спитцер (Lyman Spitzer). Он предсказывал возможность получения уникальных фотографий, которые в наземных условиях сделать просто невозможно. В течение последующих пятидесяти лет астрофизик активно продвигал эту идею вплоть до начала ее реального применения.

Спитцер был лидером в разработке нескольких проектов орбитальных обсерваторий, включая спутник Коперник (Copernicus satellite) и Орбитальную Астрономическую Обсерваторию (Orbiting Astronomical Observatory). Благодаря ему проект Большой Космический Телескоп (Large Space Telescope) был одобрен в 1969 году, к сожалению, из-за недостатка финансирования несколько были уменьшены габариты и комплектация телескопа, включая размер зеркал и количество инструментов.

В 1974 году было предложено сделать заменяемые инструменты с разрешением 0,1 угловой секунды и рабочим диапазоном длин волн от ультрафиолетового до видимого и инфракрасного. Шаттл должен был доставить телескоп на орбиту и возвращать его на Землю для проведения обслуживания и ремонта, который был возможен и в космосе.

В 1975 году NASA совместно с Европейским Космическим Агентством (ESA) приступили к работе над телескопом Хаббл. В 1977 Конгрессом было одобрено финансирование телескопа.

После этого решения стал составляться список научных инструментов телескопа, были выбраны пять победителей конкурса на создание аппаратуры. Впереди предстояла огромная работа. Телескоп решили назвать в честь Эдвина Хаббла, астронома, показавшего, что небольшие «лоскутки», видимые в телескоп – это удаленные галактики, - и доказавшего, что Вселенная расширяется.

После всевозможных отсрочек запуск был назначен на октябрь 1986 года, но 28 января 1986 года космический шаттл Челленджер (Challenger) взорвался через минуту после старта. Проверка шаттлов продолжалась более двух лет, а значит и запуск на орбиту телескопа Хаббл был перенесен на четыре года. В течение этого времени телескоп усовершенствовался, 24 апреля 1990 года уникальный аппарат поднялся на свою орбиту.

В декабре 1993 года шаттл Endeavor с экипажем из семи человек был доставлен на орбиту для проведения обслуживания телескопа. Были заменены две камеры, а также солнечные панели. В 1994 году с телескопа были получены первые фотографии, качество которых потрясло астрономов. Хаббл полностью оправдал себя.

Обслуживание, модернизация и замена камер, солнечных батарей, проверка теплозащитной обшивки, а также техническое обслуживание проводились еще трижды: в 1997, 1999 и 2002 годах.

Следующий полет должен был состояться в 2006 году, но 1 февраля 2003 года из-за проблем с обшивкой сгорел в атмосфере при возвращении космический шаттл Коламбия (Columbia). Как следствие, назрела необходимость в проведении дополнительных изучений возможности дальнейшего применения Шаттлов которые завершились только 31 октября 2006 года. Именно это привело к переносу очередного планового обслуживания телескопа на сентябре 2008 года.

Сегодня телескоп работает в штатном режиме, передавая 120 Гб информации еженедельно. Также разрабатывается и последователь Хаббла - Космический Телескоп Уэбба (Webb Space Telescope), который будет исследовать объекты ранней Вселенной, обладающие большим красным смещением. Он будет находиться на высоте 1,5 миллиона километров, запуск назначен на 2013 год.

Конечно, Хаббл не вечен. Очередной ремонт назначен на 2008 год, но все же телескоп постепенно изнашивается и становится неработоспособным. Это произойдет приблизительно в 2013 году. Когда это случится, телескоп останется на орбите, пока она не деградирует. Тогда по спирали Хаббл начнет падать на Землю, и либо последует за станцией «Мир», либо будет благополучно доставлен на Землю и станет музейным экспонатом с уникальной историей. Но все же, наследство телескопа Хаббл: его открытия, его пример почти безупречной работы и фотографии, известные каждому – останутся. Можно быть уверенными, что его достижения еще долго будут помогать в раскрытии тайн Вселенной как триумф удивительно богатой жизни телескопа Хаббл.

Технические характеристики телескопа им. Хаббла:
Запуск: 24 Апреля 1990 12:33 UT
Размеры: 13,1 х 4,3 м
Масса: 11 110 кг
Оптическая схема: Ричи-Кретьена
Виньетирование: 14 %
Поле зрения: 18" (для научных целей), 28" (для гидирования)
Угловое разрешение: 0,1" на длине волны 632,8 нм
Спектральный диапазон: 115 нм - 1 мм
Точность стабилизации: 0,007" за 24 ч
Расчетная орбита КА: высота - 693 км, наклонение - 28,5°
Период вращения вокруг Зесли: между 96 и 97 минутами
Планируемое время функционирования: 20 лет (с обслуживанием)
Стоимость телескопа и КА: 1,5 млрд. долл. (в долл. 1989 г.)
Главное зеркало: Диаметр 2400 мм; Радиус кривизны 11 040 мм; Квадрат эксцентриситета 1,0022985
Вторичное зеркало: Диаметр 310 мм; Радиус кривизны 1,358 мм; Квадрат эксцентриситета 1,49686
Расстояния: Между центрами зеркал 4906,071 мм; От вторичного зеркала до фокуса 6406,200 мм

Статья опубликована с любезного разрешения IT-Day

Добавлено 4 октября:
В конце сентября 2008 года на телескопе им. Хаббла вышел из строя блок, ответственный за передачу информации на Землю. Миссия по ремонту телескопа предварительно перенесена на февраль 2009 года.

Много потрясающих фотографий телескопа Хаббла с описанием вы сможете найти в нашей фотогалерее.

Некоторые из открытий космического телескопа:
В 2008 году телескоп "Хаббл" обнаружил загадочный космический объект
А в 2010 г. было обнаружено рождение эллиптической галактики.

Дата публикации статьи: 20 декабря 2007 года

Другие статьи по астрономии

Описи, трейлери та афіші лекцій планетарію

Список програм регулярно оновлюється

"Від Землі у Всесвіт"

"Краса і велич космосу"

"У пошуках шоколадної планети"

"Пригоди ХРУМКИ в зимовому лісі"

"Дракоша і зникла зоря"

"Таємниця темної матерії"

"Фантом Всесвіту"

"Сонце - зоря життя"

"Сонячний удар"

"Гарячий та енергійний Всесвіт"

"Чумацькі зорі"

"Далекі світи. У пошуках життя"

"Повітряні примари"

"Як Місяць до Сонця в гості ходив"

"Два скельця. Дивовижний телескоп"

"Шкідливі космічні поради"

"Пригоди космічних роботів"

"Новорічні космічні пригоди Баби-Яги "

--------------------------------------------------

"Волшебная сила света"

"Витівки Місяця"

"У зоряних лабіринтах"

"Вселенная дарит любовь!"

"Сюрпризы экзотических планет"

"Свидание под звёздами"

"Хокинг: Инопланетяне"

"Путешествие за звездой"

"Шукаємо планету"

"На космических орбитах"

"Небо в алмазах"

"ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ - гравитационные монстры Вселенной"

"Астрономія для дітей"

"Венера - тайны и загадки"

"Полёт в космические дали"

"Баллада о звёздном небе"

"Планета сказок"
Описание и кадры смотрите здесь.

"Магия любви, магия звёзд"
Описание и кадры смотрите здесь.

"ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ ВСЕЛЕННАЯ"
Описание и кадры смотрите здесь.

"ПРИРОДА ЖИВАЯ И НЕЖИВАЯ"
Описание и кадры смотрите здесь.

"МИФОЛОГИЯ КОСМОСА"
Описание и кадры смотрите здесь.

"Чудеса на небесах: оптические явления в атмосфере"
Раскрываем тайны многих световых явлений и объектов в атмосфере Земли: миражи, радуга, гало, Фата Моргана, линзовидные и серебристые облака, полярные сияния, зодиакальный свет, Огни Святого Эльма, а также солнечные и лунные затмения, оптические иллюзии. Открытие Ньютоном разложения света в спектр, устройство глаза и телескопа.
Видеопрограмма подготовлена в помощь школьному курсу физики и при подготовке рассчитывалась для школьников 7-8 классов, но программа может быть интересна также школьникам старших классов и взрослым!

Видеопрезентация

"ПОРТАЛ К ЗВЁЗДАМ"
Портал к звездам поможет вам совершить путешествие к звездам с помощью самых мощных телескопов мира, установленных на Земле в пустыне Атакама (Чили), открыть сокровища звездного неба и прикоснуться к тайнам Вселенной.

"ВСТРЕЧАЕМСЯ НА МАРСЕ!"
В новой программе Харьковского планетария зрители узнают о том, где бы они могли поселиться, если не на Земле.
Есть ли жизнь на Марсе? Этот вопрос до сих пор волнует человечество. Хотите узнать больше о красной планете, её пылевых бурях, морях, а также тайнах и загадках? О планирующемся полёте человека на Марс?
Программа рассчитана на взрослую аудиторию и подростков от 12 лет. Афиша и кадры из программы.
Автор программы - Михальченко Ольга Ивановна.

«ЗОДИАК И САМОЦВЕТЫ»
Необычные свойства самоцветов дополняют магическую силу зодиакальных созвездий. Мы учимся находить среди звёзд своего героя, а цветные камни дарят ему свою силу и красоту.
Кадры из программы.

«СОЛНЦЕ И ЗВЁЗДЫ»
Звёзды – главные герои Вселенной! Рождаются, живут и умирают, оставляя на миг после себя потрясающие виды – планетарные туманности. Звёзды дарят свет и тепло, работают без устали, как огромные печи по переработке вещества.
Вы подробно познакомитесь с нашим главным светилом – Солнцем, процессами, происходящими в его недрах и на поверхности. Узнаете, как Солнце влияет на жизнь Земли.
Вы будете свидетелями уникального эксперимента, в котором учёные моделируют взрыв звезды!
Возрастные рамки: от 15 лет.

«Эта загадочная Луна» (от 11 лет)
Казалось бы, Луна, как ближайшее к Земле космическое тело, должна была давно быть хорошо изучена. Но она до сих пор хранит в себе множество тайн и загадок.
Вы узнаете о легендах и мифах связанных с «хозяйкой ночи», о движении Луны вокруг Земли, о лунных и солнечных затмениях и многом другом.

«Мифы Древней Греции»
Культура Греции – фундамент Европейской культуры, а мифы Греции – важная её часть. О доблести, о подвигах, о верности своей любви расскажут вам истории о Персее, Геракле, Ясоне, Тесее. Вы услышите стихи Платона, Гомера и Сапро, увидите бессмертные произведения художников Греции. Узнаете, кто из мифологических персонажей запечатлён в названиях созвездий.

"Земля - планета"
Программа для школьников 4-8 классов.
Движение Земли вокруг оси и вокруг Солнца, смена времён года. Формирование ветров и морских течений. Путешествие на северный полюс и по временам года. Программа подготовлена в октябре 2008 года.

"Міфи та легенди зоряного неба"
Описание.

МИР ПЛАНЕТ
Совершите увлекательное путешествие в загадочный и суровый мир планет! Сколько тайн скрывают планеты – эти удивительные спутники звезд. Вы пронесётесь над панорамами Венеры и Марса, станете свидетелями гигантских вихревых движений в атмосфере Юпитера Вы посетите не только планеты нашей Солнечной системы, но и сможете заглянуть в мир планет у других звезд. Фото- и видеоматериалы, полученные космическими аппаратами вблизи планет, компьютерные 3D-модели, эффекты звездного зала и проекция звездного неба на куполе планетария создают особую атмосферу присутствия. Видеоролик.
Возрастные рамки: от 12 лет.

ВОЛШЕБНИЦА ВЕСНА
Описание и видеотрейлер.
Возрастные рамки: 4-8 лет.

Космическое приключение одуванчика
Маленькое семечко одуванчика проснулось в земле весной и решило найти место в Солнечной системе, где ему будет лучше прорастать. Найдется ли такое место? Какие приключения ждут семечко в пути?
Ребята познакомятся ближе с Солнцем - источником света и тепла, познакомятся с планетами и условиями жизни на них. И конечно, познакомятся с звёздами и созвездиями весеннего неба.
Эффекты и возможности звёздного зала планетария создадут впечатление путешествия.
Возрастные рамки: от 6 до 11 лет.

"ВСЕЛЕННАЯ АКАДЕМИКА БАРАБАШОВА"
Видеоролик и описание смотрите здесь.

Дивіться також:

- Опис лекцій з астрономії для старших класів.
- Загальноосвітні програми для школярів
- Архів описів лекцій та програм знятих з показу або не демонструються регулярно

Сенсационное открытие ученых, которое шокировало всех!

Необычное открытие сделали астрономы при помощи орбитального телескопа Chandra, работающего в рентгеновском диапазоне. Джером Орос, астроном из американского университета штата Сан-Диего, рассказывает, что была обнаружена черная дыра, размеры и масса которой на практике превышают теоретически возможный предел для объектов такого типа.

Черная дыра, расположенная в бинарной системе M33 на расстоянии 2,7 млн световых лет от нашей планеты, имеет массу, которая в 15,7 раз превышает массу нашего Солнца, что делает эту черную дыру самой тяжелой из всех когда-либо обнаруженных.

Астрономы поясняют, что во Вселенной существую черные дыры двух типов. Первые - это подлинные гиганты, масса которых может быть в сотни миллионов раз больше массы Солнца. Такие объекты называются сверхмассивные черные дыры, они способны вращать вокруг себя целые галактики и, как правило, расположены в самом центре этих галактик. Именно такая черная дыра есть и в центре нашей галактики Млечный путь. Природа появления таких массивных объектов пока не до конца изучена.

Однако есть и другие, гораздо менее массивные черные дыры, которые образовались из крупных звезд, когда те, выработав свои запасы водорода и легких элементов, начали сжиматься и остывать, создав в итоге объект диаметром в 10-30 км, однако обладающий бесконечно большой гравитацией, способной притягивать не только материальные объекты, но даже свет и искривлять систему пространство-время. Именно об объекте данного типа здесь и идет речь.

До сих пор считалось, что так называемые звездные черные дыры даже в теории не могут быть тяжелее Солнца в более чем 10 раз, так как для образования столь тяжелого объекта необходима очень массивная звезда, физические размеры которой ей просто не позволят существовать. Однако на практике оказывается, что эта теория неверна.

Как было указано выше, черная дыра M33 X-7 является частью бинарной системы M33, что указывает на то, что в М33 должен присутствовать еще одна звезда. И она там есть, более того, вторая звезда также очень необычна, так как она массивнее Солнца в 70 раз. Данная звезда находится в зоне сильного гравитационного притяжения черной дыры, поэтому орбитальный период звезды составляет 3,5 земных суток.

"Обнаружена система с гигантской черной дырой и гигантской звездой, вращающейся вокруг нее. В итоге оба эти объекта превратятся в черные дыры. Однако остается одна загадка - как два столь массивных объекта могут вращаться столько близко друг к другу не сближаясь?", - говорит Джеффри МакКлинток, астроном из Гарвадра.

Кроме того, пока специалисты не могут точно сказать, какой массой обладала звезда, из которой появилась самая массивная черная дыра. Очевидно, что она была в десятки или сотни раз больше Солнца.

Источник: www.riasamara.ru

Смотрите также:

Фестивать творчества молодёжи "КОСМОС И КУЛЬТУРА"

50-ЛЕТИЮ КОСМИЧЕСКОЙ ЭРЫ ПОСВЯЩАЕТСЯ

3 декабря 2007 года. Начало в 15:00
в звёздном зале Харьковского планетария.

Творческая студия АСТРА

представляет фильмы молодых режиссёров

Также будет представлена театральная композиция "Завтра будет поздно" театр-студии "Сияние" Харьковского планетария.

Вход свободный!

При поддержке:
- корпорации "Техноком";
- областного Управления культуры;
- городского управления культуры;
- Харьковского планетария им. Ю.А.Гагарина;
- НТУ "ХПИ";
- ХНУ им. В.Н. Каразина;
- благотворительного фонда "УкрАстро".

Гениральный спонсор Фестиваля:
Корпорация "Техноком"

Ясновидящая на выборах. Квитка-Основьяненко

Музыкальный фан-клуб, Аматорский театр Innuendo представляют

21 октября 2007 г в 16 часов

"Ясновидящая на выборах" Г.Ф. Квитка-Основьяненко

Вы окажитесь в кругу зодиака, в персонажах и коллизиях прошлого узнаете наши дни.

О'Генри "Разве это джентельмен?"

музыка Queen

Место встречи - Звёздный зал планетария

Подробнее по тел. 705-00-21.

Форум Харьковского планетария

Приглашаем Вас посетить Космический форум Харьковского планетария!

Общение на темы Астрономии, космонавтики, непознанного.

* Для удобного просмотра и правильного отображения форума рекомендуется стандартный браузер Windows Internet Explaorer.
** При подключении к сети интернет через прокси-сервер (proxy), особенно зарубежный, могут быть проблемы с отображением форума.

По всем вопросам работы форума обращайтесь к Администратору: e mail: nem_z(@)rambler.ru (скобки убрать).

Астрономические знаки

Астрономические знаки - условные обозначение Солнца, Луны, планет, зодиакальных созвездий, а также, противостояний, соединений планет, фаз Луны и т.п. Знаки применяются в астрономической литературе, ежегодниках и календарях. Некоторые знаки используются для обозначения дней недели и месяцев.

Знаки тел Солнечной системы

Знаки зодиакальных созвездий

Истоник: Энциклопедический словарь юного астронома. 1980г.

НЛО в древние времена

Навигация: Статьи и публикации >> НЛО, Уфология, аномалии >>

В этой части Вы не найдете описаний фресок Тассили, Баальбекской веранды, фигур плато Наска, гробницы Паленке и других доказательств так называемых палеоконтактов, то есть возможного посещения Земли представителями внеземной цивилизации в далеком прошлом.

Объясняется это тем, что вопрос о палеоконтактах, которому посвящены, в частности, все книги фон Деникена, по существу не имеет прямого отношения к проблеме неопознанных летающих объектов, которые в настоящее время летают над Землей и ведут себя довольно странно, хотя между этими проблемами и может быть некоторая связь.

Совершенно несоизмерима и степень важности двух этих проблем, ибо от того, будет или не будет доказан факт посещения нашей Земли пришельцами из космоса в далеком прошлом, в нашей современной жизни по существу ничего не изменится. Что же касается проблем НЛО, то нельзя исключать, что уяснение сущности этих объектов, исследование их возможного влияния на нашу жизнь и тем более установление контактов с ними и овладение их способностями может оказать существенное влияние на дальнейшее развитие нашей земной цивилизации.

Поэтому в данной главе рассматриваются только встречающиеся на протяжении человеческой истории описания полетов объектов, напоминающих современные НЛО.

Такие объекты наблюдались на Земле в глубокой древности. В хрониках, легендах и древних сочинениях сохранилось немало сообщений о неизвестных предметах правильной формы, время от времени появляющихся на небесах.

Наскалшьный рисунок и вид современного космонавта: Не пришельца ли запечатлили древние художники?

Самые первые изображения НЛО, сделанные, видимо, 10-15 тысяч лет назад, обнаружены на стенах пещер Испании, Франции, Китая.

Так, например, дискообразные объекты изображены в пещере Ла-Пассиега в Испании и в пещерах Но и Фон де Гома в провинции Дордона во Франции .

На стенах пещеры, находящейся в Альтаире в испанской провинции Сантандер, изображены стада бизонов, а на ее потолке ряды дискообразных предметов, похожих на НЛО, что позволяет нам предполагать, что они наблюдались на небе .

В провинции Кюсю, в Японии, на гробнице Чин Сан датированной 2000 г. до н.э., изображен древний царь, поднимающий руки в приветствии перед семью летящими дисками.

В древних тибетских текстах "Кандшур" и "Тандшур", хранящихся в подземельях буддийских монастырей, говорится о летательных машинах, подобных жемчужинам в небе, и о прозрачных шарах, в которых (юги изредка показывались людям.

Древнейшим письменным источником, в котором содержатся описания наблюдений НЛО, считается папирус, обнаруженный в коллекции профессора А.Тулли, директора египетского отдела Ватиканского музея, который был написан в XV в. до н.э., в период царствования фараона Тутмоса III.

В папирусе говорится: "В году двадцать втором на третьем месяце зимы в 6 часов дня писцы Дома Жизни увидели на небе движущийся огненный круг... Его размеры были локоть в длину и локоть в ширину... Они пали ниц и доложили фараону, а он задумался над этим событием... По прошествии нескольких дней эти предметы в небе стали многочисленными и сияли ярче солнца... И фараон вместе с армией взирал на них. К вечеру огненные круги поднялись выше и двинулись в сторону юга... С неба упало летучее вещество... Подобного не случалось с самого основания Земли... И фараон воскурил богам фимиам и повелел занести случившееся в анналы Дома Жизни" .

Очень интересные данные изложены в древнеиндийском манускрипте "Вайманика шастра", написанном в IV в. до н.э. мудрецом Махарши Бхарадваджи на основе еще более древних рукописей первого и второго тысячелетия до нашей эры.

В этом манускрипте приводится 32 секрета действия воздушных колесниц, или "виман", упоминаемых в различных источниках древнеиндийского эпоса. Оказывается, что "виманы" были настолько прочными, что их нельзя было сломать или сжечь. Посредством включения различного рода переключателей "виманы" были способны: вращаться вокруг своей оси; сжиматься или расширяться, то есть уменьшаться или увеличиваться в размерах; изменять свою форму при полете; приобретать вид облака с целью маскировки; испускать сильное сияние или, наоборот, образовывать вокруг себя абсолютную темноту; поглощать солнечные лучи и становиться невидимыми; двигаться с большой скоростью; перелетать из одной страны в другую и из одного мира в другой; двигаться прыжками или зигзагами; нырять (по-видимому, в воду); испускать лучи света, под воздействием которых все предметы становились видимыми; генерировать силу, способную парализовать людей и животных; получать на своих экранах изображение происходящего на значительном расстоянии и т. д.

При рассмотрении этих свойств "виман" бросается в глаза, что они очень напоминают свойства современных НЛО, которые были выявлены во второй половине XX в. И это еще раз подтверждает, что объекты, которые мы теперь называем НЛО, существовали еще в далекой древности.

Неоднократно упоминания о полетах по небу неизвестных дискообразных объектов содержатся в хрониках походов Александра Македонского. Наиболее интересное описание приведено в "Истории Александра Великого", написанной Джиованни Дройсеном. Оно относится к 332 г. до н.э., когда происходила осада македонцами финикийского города Тира.

В один из дней над лагерем македонцев неожиданно появились пять "летающих щитов", перемещавшихся по небу треугольным строем, причем объект, двигавшийся в голове, был примерно вдвое больше остальных. На глазах у тысяч изумленных воинов эти "щиты" медленно сделали несколько кругов над Тиром, после чего из них сверкнули молнии, образовавшие проломы в стенах. Обрадованные македонцы бросились на штурм, а "летающие щиты" продолжали кружить над городом, пока он не был полностью захвачен. Потом они с большой скоростью поднялись вверх и исчезли (11,16).

Полеты каких-то неизвестных объектов наблюдались и в Древней Греции. Так, греческий философ Анаксагор, живший в V в. до н.э., видел на небе объект размером с большое "бревно", висевший неподвижно в течение нескольких дней и излучавший необычное свечение. Другой греческий философ Сенека живший в 1 в. до н.э., в своем труде "Вопросы натурализма" писал: "В нашу эпоху не раз наблюдались на небе в светлые дни пучки света, которые пересекали небо с востока на запад или наоборот... К этому классу принадлежат объекты, описанные Посидониусом: столпы и щиты объятые пламенем, а также другие светящиеся объекты... Эти огни в небе появляются не только ночью, но и днем, и не являются ни звездами, ни частями небесных тел..." .

Одно из характерных описаний помещено в греческой истории Плутарха. В ней записано, что в 102 г.до н.э. на небе над итальянскими городами Амери и Турдент появились огромные дротики и пылающие "щиты", которые вначале перемещались раздельно, а потом соединились вместе. При этом некоторые объекты обгоняли друг друга, хотя между ними не было заметно противоборства. В числе движущихся тел были объекты сигарообразной и дискообразной формы .

Второй случай, описанный Плутархом, произошел в 73 г. до н.э. неподалеку от Дарданелл, где войска римского полководца Лукулла и боспорского царя Митридата готовились вступить в сражение: "...Как вдруг совершенно внезапно небо разверзлось и показалось большое огненное тело, похожее на бочку, которое неслось вниз в промежуток между обеими армиями. Устрашенные этим знамением, противники разошлись без боя" .

Особенно много сообщений о таинственных летающих объектах круглой формы содержится в трудах римских историков и писателей: у Юлия Обсекуэнса 63, у Тита Ливия - 30, у Цицерона -9, у Плиния Старшего -26, у Дио Кассия - 14 .

Аристотель называл их небесными дисками, а Плиний во втором томе своей "Естественной истории" дал следующую классификацию наблюдавшихся тогда светящихся объектов: "дискоиды" имеющие форму дисков янтарного цвета с небольшим количеством отходящих от них лучей; "питеи" - бочкообразной или круглой формы; "сератьи" - имеющие форму рога; "лампады" - в виде горящего факела .

При описании этих объектов римские авторы сравнивали их обычно с такими известными понятиями, как солнце, луна, круглые щиты, бревна и т.п.

В целом анализ 50 трудов римских авторов показывает, что в них описывается появление огней в небе - 39 раз, летающих "щитов" - II, огненных шаров 8, двух и более солнц -12, ночного "солнца" - 5 и неизвестных объектов - 7 раз .

В древних христианских источниках также встречаются описания полетов каких-то неизвестных объектов, напоминающих современ' ные НЛО. Так, в главе 5 книги пророка Захарии описывается "летающая бочка", а в другом месте этой книги сообщается, что Захария увидел в небе объект цилиндрической формы, про который ангел сказал Захарии, что это "проклятие, которое будет вечно висеть над Землей" .

В книге пророка Даниила говорится, что он видел на небе "огненные колеса" .

В известных "Кумранских свитках" рассказывается о том, как Ева увидела огненную колесницу, которую несли сквозь облака четыре сверкающих орла, а Адам, около которого приземлился этот летательный аппарат, ясно видел, как между колесами пробивался дым. Сохранились очень редкие сообщения о наблюдениях неизвестных летающих объектов в первых веках нашей эры. Вот одно из них: "В 235 г. в Китае над расположением войск полководца Лианжа около Вей-Нана появился огненно-красный "метеор", двигавшийся с северо-востока на юго-запад и испускавший кинжальные лучи. Три раза он приземлился перед войсками Лианжа и сзади них, перемещаясь вперед и назад" .

Интересно также, что в преданиях северо-американских индейцев, по данным кандидата исторических наук В.Билинбахова, тоже упоминались наблюдения в древности полетов каких-то круглых объектов. Так, в легендах индейцев штата Вайоминг говорилось о том, что много лун назад с неба приплыло большое "колесо" и приземлилось на вершину Шаманской горы, а потом улетело со скоростью испуганной птицы. А в легендах индейцев штата Миннесота и Канады рассказывалось, что "задолго до прибытия европейцев там летали круглые бесшумные колесницы, которые могли садиться на море" .

Источник: www.mvaproc.by.ru

МЕНЮ САЙТА:

Астро-Новини

Останні публікації