Журнал «Открытия и гипотезы» - Открытия и гипотезы, 2015 №01
ROMAP — магнитометр и детектор плазмы для изучения магнитного поля ядра кометы и его взаимодействия с солнечным ветром.
SESAME — 3 прибора для измерения свойств внешних слоев кометы: CASSE — эксперимент по акустическому исследованию поверхности кометы, РР — исследование её электрических характеристик, и DIM — измерение оседания пыли на поверхность.
SD2 — бур для извлечения образцов горных пород с глубин от 0 до 230 мм и направления их для анализа в подсистемы Ptolemy, COSAC и 3IVA.
В создании аппарата и его оборудования приняли участие Австрия, Финляндия, Франция, Германия, Венгрия, Италия, Ирландия, Польша и Великобритания.
Посадка аппарата «Филы» на комету (кадр из фильма Chasing a Comet — The Rosetta Mission)
После составления и изучения карты кометы, специалисты ЕКА определили 5 потенциально подходящих мест для посадки зонда, что было не просто т. к. местность очень неровная с наличием на ней крупных валунов. Приземление на валун либо вблизи него (когда посадочная опора или корпус касаются валуна) может вызвать опрокидывание или повреждение аппарата; даже булыжники размером менее метра являются опасными. Специалисты оценили риск, обусловленный наличием валунов, в несколько десятков процентов.
Местом посадки выбрано место названное «Агилкия» — по имени острова на Ниле, на который были перенесены культовые древнеегипетские сооружения с острова Филы перед затоплением последнего при строительстве Асуанской плотины.
12 ноября на расстоянии приблизительно 22,5 км от центра ядра кометы, «Филы» отправился в свободный полёт, и коснулся поверхности кометы на запланированном участке.
Посадка — один из самых сложных этапов. Недаром принято, что пассажиры самолётов аплодируют экипажу после посадки. К сожалению, посадка аппарата «Филы» не прошла гладко.
Первоначально предполагалось, что зонд, ускорившись гравитационным полем ядра кометы, подлетит к нему на скорости 1 м/с. Для предотвращения отскока и закрепления на поверхности конструкторами были предусмотрены несколько систем.
Основной толчок при касании посадочных опор должен был погасить амортизатор, а одновременно включившийся ракетный двигатель на несколько секунд прижимал аппарат к поверхности. В таком прижатом состоянии в грунт выбрасывались два гарпуна размером с карандаш на двухметровых тросах, а три бурава, размещённые на посадочных опорах, должны были углубиться в грунт.
Все эти сложности нужны из-за того, что сила притяжения кометы слишком мала, чтобы одномоментно остановиться на её поверхности.
На самом деле реконструкция событий выглядит так:
Буравы после посадки углубились в грунт ядра кометы на 4 см, однако ракетный двигатель прижима аппарата к поверхности не сработал, а гарпуны по неизвестной причине не были выпущены, поэтому положение аппарата на поверхности на этот момент не было прочным.
Обработка телеметрической информации показала, что «Филы» совершил три касания поверхности — в 15:34, 17:25 и 17:32 UTC, с двумя отскоками между ними. Первое касание, как и запланировано было в пределах посадочного эллипса. Но затем спускаемый аппарат отскочил от поверхности на 1 час 50 минут. За это время он переместился примерно на 1 км от места первого касания. Затем аппарат повторно коснулся поверхности, снова отскочил на 7 минут и только затем окончательно остановился.
Заметных повреждений аппарат не получил, но для вечной стоянки «его величество случай» выбрал не самое подходящее место. Участок, на который сел аппарат, периодически освещается солнцем; однако большую часть этого времени зонд «Филы» оказывается в тени отвесной скалы, поэтому энергии катастрофически не хватает.
В первые сутки после посадки зонда ученые действовали с максимальной осторожностью — они боялись, что работа его инструментов обрушит аппарат или приведет к отделению от поверхности кометы. Но, когда стало ясно, что зонд находится в тени скал, его солнечные батареи не получают необходимого минимума света, а аккумуляторов хватит всего на 64 часа, было принято решение активизировать все инструменты, чтобы успеть собрать максимум данных.
Главный интерес вызвал пенетратор MUPUS (сенсор для исследования температуры, плотности и механических свойств поверхности).
Также «Филы» предпринял попытку бурения кометы. В ходе работы у него вышел из строя прибор MUPUS, установленный на конце сверла. Он должен был измерить температуру внутренних слоев кометы. Поломка доказывает, что это ледяное тело, вопреки ожиданиям ученых, состоит из достаточно твердого вещества.
Также новые данные прислал и APXS — альфа-протон-рентгеновский спектрометр для анализа грунта.
«Филы» обнаружил в газах, которые выбрасывает комета, органические соединения, содержащие атомы углерода.
Всего за два дня работы зонда на поверхности кометы ученым удалось собрать от 80 до 90 процентов запланированных на этот период данных, которые ещё долго будут обрабатывать целые группы ученых. И уже один их первых таких результатов принёс сенсацию.
Ученые из Бернского университета выяснили, что вода, входящая в состав кометы 67Р/Чурюмова — Герасименко, имеет другой изотопный состав, чем вода на нашей планете. Это значит, что кометы, скорее всего, не имеют отношения к возникновению океанов на Земле.
Выяснилось, что на каждые 10 000 обычных атомов водорода, которые входят в состав молекул воды, на комете приходится около 6 тяжелых изотопов дейтерия. Это почти в три раза больше, чем на Земле. Содержание дейтерия является очень устойчивой характеристикой воды и практически никогда не меняется. Поэтому на этот показатель можно ориентироваться в вопросе о происхождении земных океанов.
Ранее считалось, что большую часть воды на Землю принесли кометы. Однако данные «Розетты» окончательно ставят крест на этой теории. К настоящему времени с помощью различных методик ученые измерили содержание дейтерия на 11 кометах, и только на одной из них, комете ЮЗР/Хартли, его оказалось столько же, сколько на Земле.
15 ноября 2014 года, проработав около 60 часов и отправив результаты проведённых анализов, спускаемый аппарат «Филы» переключился в режим ожидания (все научные приборы и большинство бортовых систем выключены) из-за исчерпания заряда батарей на борту. Освещённость солнечных батарей (и, соответственно, вырабатываемая ими мощность) слишком мала для зарядки аккумуляторов и продолжения работы, поэтому сеансы связи с аппаратом в ближайшее время маловероятны. Возможно, по мере приближения кометы к Солнцу, количество вырабатываемой энергии возрастёт до величин, достаточных для включения аппарата — такое развитие событий учтено при его проектировании. Ещё есть шанс, ведь максимальное сближение кометы с Солнцем состоится в августе 2015 года, а окончание программы исследований предполагается в декабре 2015 года.
Размер кометы на фоне Лос-Анджелеса для сравнения.
Это изображение показывает примерный размер кометы.
* * *
Ожидаемые результаты миссии «Розетта» должны дать ключ к пониманию как механизмов формирования комет — одних из самых ранних и сохранившихся почти в первозданном виде тел Солнечной системы, так и особенностей истории нашей удивительной планеты Земли.
Но самое главное — это ответ на самый фундаментальный вопрос современной науки — как возникла жизнь?
Игорь Остин
Микробные войны
Микробиологи из Университета Лестера работали с пневмококком (Streptococcus pneumoniae) — микробом, который вызывает у человека целый ряд опасных заболеваний. В ходе эксперимента они впрыскивали мышам дозу примерно в один миллион этих бактерий и затем наблюдали за их состоянием. У половины мышей вскоре развивался сепсис (заражение крови) и они погибали.
Выяснилось, что если мышам впрыскивать сразу три штамма пневмококка, то к моменту гибели в тканях животных будет присутствовать только один из них. Ученые предположили, что в какой-то момент исходная популяция бактерий проходит сквозь «бутылочное горлышко», резко сокращаясь, так что после восстановления своей численности микробы оказываются менее разнообразными.
Сопоставив генотип пневмококков на начальных и завершающих стадиях развития инфекции, специалисты установили, что в 2/3 случаев в какой-то момент популяция бактерий в грызунах сокращалась до одной-единственной клетки. Потомство этого микроба-одиночки и приводило впоследствии к развитию смертельной инфекции.
По мнению исследователей, после введения бактерий почти все они уничтожаются в ходе атаки макрофагов, клеток иммунной системы. Но одному из пневмококков иногда удается выжить и вновь заселить организм. Ученые показали, что выжившая бактерия не болезнетворнее остальных. Следовательно, ее выживание зависит исключительно от случайных обстоятельств.
