Кіріспе

2005 жылы ұшырылған НАСА ғарыш кемесі.

Ғылыми мақсаттар

Deep Impact миссиясы кометалар туралы маңызды сұрақтарға жауап беру мақсатымен жоспарланған, соның ішінде комета ядросының қандай заттардан тұратыны, соққыдан пайда болған кратердің қанша тереңдікке жететіні және кометаның қайда және қалай пайда болғаны. Кометаның құрамын бақылау арқылы астрономдар кометалардың қалай қалыптасатынын, оның ішкі және сыртқы құрамындағы ерекшеліктерге сүйене отырып анықтауға үміттенді. Соққының өзі және одан кейінгі өзгерістерді бақылау астрономдарға осы сұрақтарға жауап беруге көмектесер еді. Миссияның жетекші ғалымы Майкл А'Херн болды, ол Мэриленд университетінде астроном қызметін атқарды. Ол ғылыми топты басқарды, оның құрамына Корнелл университеті, Мэриленд университеті, Аризона университеті, Браун университеті, Белтон ғарыш зерттеулерінің бастамалары, JPL, Гавайи университеті, SAIC, Ball Aerospace және Макс Планк институты кірді.

Ғарыш кемелерін жобалау және аспаптармен жабдықтау

Ғарыш кемесі екі негізгі бөлімнен тұрады: кометаға соқтығысқан мыс өзекті "Ақылды соқтығыш" және Tempel 1 кометасымен кездесу кезінде оны қауіпсіз қашықтықтан суретке түсірген "Flyby" бөлімі. "Flyby" ғарыш кемесінің ұзындығы, ені және биіктігі белгілі. "Кратерлік масса" деп аталған соқтығыштың жүк салмағы 100 кг, және ол 100% мыстан тұрды. Осы кратерлік массаны есепке алғанда, мыс соқтығыштың жалпы массасының 49% құрады (ал алюминий – 24%), бұл ғылыми өлшемдерге кедергі келтірмеу үшін жасалды. Ғалымдар кометада мыс кездеспейді деп болжағандықтан, спектрометр көрсеткіштерінде мыстың белгісін назарға алмауға болады. Бұл миссия сәйкестік ретінде 1998 жылғы "Deep Impact" фильмімен аттас болды, онда комета Жерге шабуыл жасайды.

Миссияның профилі

2005 жылы 12 қаңтарда сағат 18:47 UTC-де Кэп-Канаверал әуе станциясының SLC 17B ұшыру алақанынан ұшырылғаннан кейін, Deep Impact ғарыш кемесі Tempel 1 кометасына 174 күнде, белгілі бір жылдамдықпен жетті.

Ұшыру алдында

Кометаға соқтығысу миссиясы алғаш рет 1996 жылы NASA-ға ұсынылды, бірақ сол кезде NASA инженерлері нысанаға тигізуге болатынына күмән келтірді. 1999 жылы, Deep Impact деп аталған, қайта қаралып, технологиялық тұрғыдан жаңартылған миссия ұсынысы, NASA-ның төмен құнмен жасалған ғарыш кемелерінің Discovery бағдарламасы аясында қабылданды және қаржыландырылды. Екі ғарыш кемесі (Impactor және Flyby) және үш негізгі құрал Колорадо штатының Боулдер қаласындағы Ball Aerospace & Technologies компаниясымен жасалып, біріктірілді. Ғарыш кемесі үшін бағдарламалық жасақтаманы жасау 18 айға созылды, ал қолданба коды 20 000 жолдан және 19 түрлі қолданба тізбегінен тұрды. Ол 2005 жылдың 12 қаңтарында сағат 1:47 EST (1847 UTC) уақытында Delta II зымыранымен Канавералдан сәтті ұшырылды. Ұшырылғаннан кейінгі алғашқы күні Deep Impact-тің жағдайы белгісіз болды. Күн орбитасына енгеннен кейін және күн панельдерін жайғаннан кейін, зонд өзін қауіпсіз режимге ауыстырды. Проблеманың себебі – ғарыш кемесінің RCS қозғалтқыштарының катализаторлық төсектерінің қателіктерден қорғау логикасындағы дұрыс емес температура шегі болды. Ғарыш кемесінің қозғалтқыштары үшінші сатыдан бөлінгеннен кейін ғарыш кемесін тұрақтандыру үшін қолданылды. 2005 жылдың 13 қаңтарында NASA зондтың қауіпсіз режимнен шығып, жақсы жағдайда екенін хабарлады. 2005 жылдың 11 ақпанында Deep Impact зымырандары жоспарланғандай, ғарыш кемесінің бағытын түзету үшін іске қосылды. Бұл түзету соншалықты дәл болды, 2005 жылдың 31 наурызында жоспарланған келесі түзету маневрі қажетсіз деп танылды және тоқтатылды. "Іске қосу кезеңі" барлық құралдардың іске қосылғанын және тексерілгенін растады. Осы сынақтар барысында HRI суреттері қыздыру кезеңінен кейін фокусқа келмегені анықталды. Миссия мүшелері мәселені зерттегеннен кейін, 2005 жылдың 9 маусымында бейне өңдеу бағдарламалық жасақтамасын және деконволюция математикалық әдісін қолдану арқылы HRI суреттерін түзетуге болатыны және күтілген ажыратымдылықтың көп бөлігін қалпына келтіруге болатыны хабарланды.

Круиздік кезең

"Круиздік кезең" 2005 жылдың 25 наурызында, іске қосылу кезеңі аяқталғаннан кейін басталды. Бұл кезең Темпель 1 кометасымен кездесуге дейін шамамен 60 күнге дейін жалғасты. 2005 жылдың 25 сәуірінде ғарыш зонды өз нысанының алғашқы суретін алып, ол нысанға дейінгі қашықтық болды. 2005 жылдың 4 мамырында ғарыш кемесі екінші траекторияны түзету маневрын орындады. 95 секунд бойы ракеталық қозғалтқышын іске қосып, ғарыш кемесінің жылдамдығы өзгертілді. NASA-ның Jet Propulsion Laboratory ұсынысының жоба менеджері Рик Граммер маневрға былай деп түсіндірді: "Ғарыш кемесінің жұмысы тамаша болды, және бұл маневр де ерекше емес – бұл оқулық бойынша жасалған, бізді қажетті траекторияға қойған маневр болды". Ғарыш аппараты ағымдағы траекториясы мен орнын анықтау үшін әртүрлі алыс жұлдыздардың суреттерін зерттеді. 2005 жылдың 23 маусымында соңғы екі траекторияны түзету маневрінің (бағыттау маневрі) біріншісі сәтті орындалды. Кометаға қарай ұшу жолын түзету және импакторды шамамен ені бар кеңістіктегі белгілі бір терезеге бағыттау үшін жылдамдық өзгерту қажет болды.

Соққы кезеңі

Соқтығысу кезеңі 2005 жылдың 29 маусымында, соқтығысуға бес күн бұрын ресми түрде басталды. Impactor 3 шілде күні сағат 6:00 UTC-де (ERT бойынша 6:07 UTC) Flyby ғарыш кемесінен сәтті ажыратылды. Жабдықталған Impactor-дан алғашқы суреттер ажыратылғаннан кейін екі сағаттан соң алынды. Flyby ғарыш кемесі зақымданудан сақтану үшін екі маневрдің бірін жасады. 14 минуттық итеру кемені баяулатты. Сондай-ақ, Flyby және Impactor арасындағы байланыс қалыпты жұмыс істеп тұрғаны хабарланды. Impactor кометаның алдына бағытталды, осылайша Темпель-1 кометамен соқтығысуы тиіс болды. Соқтығысудан туған энергия шамамен 5 тонна динамит жарылысына тең болды және комета әдеттегіден 6 есе жарқырады. Миссияның уақыт жоспары Impact Phase Timeline (NASA) сайтында орналасқан.

Нәтижелер

Миссиялық бақылау импактордың сәттілігін бес минуттан кейін, 05:57 UTC-де ғана білді. Дон Йомэнс баспасөзге нәтижелерді растады: "Біз оны қалаған жерімізге дәл тидік" және JPL директоры Чарльз Элачи "Нәтижелер біздің күткеннен де асып түсті" деді. 2005 жылғы 4 шілдедегі, 08:00 UTC-де өткен соққыдан кейінгі брифингте алғашқы өңделген суреттер кометада бұрыннан бар кратерлерді көрсетті. НАСА ғалымдары импактордың әсерінен пайда болған жаңа кратерді көре алмағанын мәлімдеді, бірақ кейіннен оның ені шамамен 100 метр, ал тереңдігі белгісіз екені анықталды. Swift рентгендік телескопынан алынған деректерді талдау көрсеткендей, кометадан газ шығару соққыдан кейін 13 күнге созылды, ең жоғары деңгейі бес күннен кейін байқалды. Соққы нәтижесінде судың белгілі бір мөлшері және шаңның аралығындағы мөлшері жоғалды. Алғашқы нәтижелер таң қалдырды, себебі импактормен қазылған материал күткеннен көп шаң мен азырақ мұздан тұрды. Астрономдар комета құрылымының өте кеуекті модельдерін, яғни кометалардың материалдың бос жиынтығынан тұратын модельдерін нақты жоққа шығара алды. Сонымен қатар, материал күткеннен де ұсақ болды; ғалымдар оны құмға емес, тальк ұнтағына теңеді. Соққыны зерттеу барысында саз, карбонаттар, натрий және кристаллды силикаттар сияқты басқа да материалдар табылды, олар соққының спектроскопиясын зерттеу арқылы анықталды. Саз бен карбонаттардың пайда болуы үшін әдетте сұйық су қажет, ал натрий ғарышта сирек кездеседі. Байқаулар кометаның шамамен 75% бос кеңістік екенін де көрсетті, ал бір астроном кометаның сыртқы қабаттарын қар жинағының құрамымен салыстырды. Астрономдар кометаның ішкі химиялық құрамына сүйене отырып, оның Күн жүйесіндегі Уран мен Нептунның Оорт бұлт аймағында пайда болғанын болжады. Күннен алыс қалыптасқан кометалардың құрамында этан сияқты төмен температурада қатып қалған мұздың көп болуы күтіледі, ал этан Темпель 1-де кездесетін. Астрономдар Темпель 1 кометасына ұқсас басқа кометалар да осы аймақта пайда болған болуы мүмкін деп санайды.

Кратер

Deep Impact соқтығысы кезінде пайда болған кратердің суреттерінің сапасы қанағаттандырмағандықтан, 2007 жылдың 3 шілдесінде НАСА Tempel 1 (немесе NExT) миссиясының жаңа зерттеуін бекітті. Миссияда 2004 жылы Wild 2 кометасын зерттеген Stardust ғарыш кемесі қолданылды. Stardust жаңа орбитаға қойылды, осылайша ол 2011 жылдың 15 ақпанында, сағат 04:42 UTC шамамен Tempel 1 кометасынан өтті. Бұл кометаға екі ғарыш зондымен әртүрлі уақытта келген алғашқы рет болды (1P/Halley кометасына 1986 жылы бірнеше апта ішінде бірнеше зонд келген еді), бұл Deep Impact соқтығысынан пайда болған кратерді жақсырақ бақылауға, сондай-ақ кометаның Күнге соңғы жақын келгенінен туындаған өзгерістерді анықтауға мүмкіндік берді. 15 ақпанда НАСА ғалымдары Stardust ғарыш кемесінен алынған суреттерде Deep Impact пайда болған кратерді анықтады. Кратердің диаметрі шамамен екені есептеледі және оның ортасында соқтығыс кезінде түскен материалдың құлауынан пайда болған жарқын төбешік бар.

Медиа қамту

Бұл оқиға онлайн, баспасөз және теледидарда кеңінен жарияланды және талқыланды. Сарапшылар оқиғаның нәтижесіне қатысты әртүрлі пікірде болғандықтан, шын мәнінде күдік туды. Әр түрлі сарапшылар Impactor комета арқылы тікелей өтіп, екінші жағынан шыға ма, соққы кратерін жасай ма, кометаның ішкі бөлігінде тесік аша ма, әлде басқа теориялар дұрыс па деген мәселелерді талқылады. Дегенмен, соққыға 24 сағат қалғанда, JPL ұшу тобы, егер күтпеген техникалық ақаулар болмаса, ғарыш кемесі Tempel 1 кометасын ұстай алады деген үлкен сенімділік білдіре бастады. Бір жоғары лауазымды қызметкер: "Қазір біз тек күтіп отыра аламыз. Соққыны қамтамасыз ету үшін техникалық тұрғыдан барлық қажетті шаралар қолданылды" деді. Соқтығысқа бірнеше минут қалғанда, 10 000-нан астам адам Гавайидің Вайкики жағажайындағы үлкен киноэкранында осы оқиғаны көрді. Соққыдан бір күн өткен соң, ресейлік астролог Марина Бей НАСА-ны "әлемдегі табиғи күштердің тепе-теңдігін бұзды" деп айыптады. Оның адвокаты халықтан "Соққы кометаның магниттік қасиеттерін өзгертті, бұл Жердегі ұялы байланысқа әсер етуі мүмкін. Егер сіздің телефоныңыз бүгін таңертең істен шыққан болса, неге екенін ойланыңыз және бізбен байланысыңыз" деп көмек сұрады. 2005 жылдың 9 тамызында Мәскеудің Пресненский соты Бейге қарсы шешім шығарды, бірақ ол осы шешімге шағымдануға тырысты. Бір ресейлік физик бұл соққының Жерге ешқандай әсері болмағанын және "соқтығысқаннан кейін кометаның орбитасы шамамен 10 см (3.9 дюйм) ғана өзгергенін" айтты.

"Сіздің есіміңізді кометаға жіберіңіз" акциясы

Миссиясының бірі – «Атыңды кометаға жібер!» атты жарнамалық науқаны ерекше атақты болды. 2003 жылдың мамырынан 2004 жылдың қаңтарына дейін Жетису ғылыми-зерттеу орталығының веб-сайтына кірушілер өздерінің есімдерін тіркеуге шақырылды. Жиналған 625 000-ға жуық есімдер шағын CD-дискіге жазылып, «Импакторға» бекітілді. Ғарыш аппаратының ғылыми тобының мүшесі доктор Дон Йомэнс: «Бұл – тамаша ғарыш миссиясының бір бөлігі болу мүмкіндігі. 2004 жылдың желтоқсанында аппарат ұшырылғанда, сіздің және жақындарыңыздың есімдері осы тарихи ғарыш салтанатына бірге қатыса алады», – деді. Осы идея миссияға қызығушылықты арттырды.

Қытайдың реакциясы

Қытайлық зерттеушілер Deep Impact миссиясын американдық ғылымның тиімділігін көрсету мүмкіндігі ретінде пайдаланды, себебі халықтың қолдауы ұзақ мерзімді зерттеулерді қаржыландыруға мүмкіндік берді. Ал, "Қытайда халық әдетте ғалымдарымыз не істеп жатыр деп білмейді, және ғылымды насихаттауға шектеулі қаржы жұмсалуы адамдардың зерттеуге деген ынтасын әлсіретеді" делінген. АҚШ миссиясы кометамен зондты сәтті соқтығыстырғаннан кейін екі күн өткен соң, Қытай жоспарын жариялады: кішкентай кометаға немесе астероидке зондты жіберіп, оның бағытын өзгерту. Қытай Айға зонд жібергеннен кейін бұл миссияны бастайтынын мәлімдеді.

Әуесқой астрономдардың үлестері

Кек немесе Хаббл сияқты үлкен, кәсіби телескоптарда бақылау уақыты әрқашан шектеулі болғандықтан, Deep Impact ғалымдары "әуесқой, студент және кәсіби астрономдарды" мақсатты кометаға соққы тию алдында және кейін ұзақ мерзімді бақылаулар жасау үшін кішкентай телескоптарды пайдалануға шақырды. Бұл бақылаулардың мақсаты "ұшқыш заттардың шығаруын, шаң қабығының қалыптасуын және шаң өндірілу деңгейін, шаң құйрығының дамуын, сондай-ақ газ ағындары мен жарылыстарды" анықтау болды. 2007 жылдың ортасына қарай әуесқой астрономдар кометаның мыңнан астам CCD суретін ұсынды. Ерекше бір әуесқой байқауы – Гавайидегі мектептердің студенттері, АҚШ және Ұлыбритания ғалымдарымен бірлесіп жұмыс істеді. Олар баспасөз конференциясы барысында Гавайидегі Faulkes автоматты телескопын (студенттер телескопты интернет арқылы басқарды) пайдаланып, соққының тікелей суреттерін түсірген алғашқы топтардың бірі болды. Бір әуесқой астроном кометаның төңірегінде құрылымсыз жарқын бұлтты және соққыдан кейін шамамен 2 шамаға дейін жарықтандырудың артуын байқағанын хабарлады. Тағы бір әуесқой НАСА суреттерінен апат болған аймақтың картасын жариялады.

Музыкалық құрмет

Deep Impact миссиясы Лос-Анджелес аймағында Билл Хейли & His Comets тобының "Rock Around the Clock" әнінің жазба сату тізімдерінде бірінші орынға шығуының 50 жылдығымен бірге кезес келді. Миссияның сәтті аяқталуынан кейін 24 сағат ішінде Мартин Льюис жасаған 2 минуттық музыкалық видео пайда болды. Видеода соққының суреттері Deep Impact ғарыш зондының ұшу анимациясымен, сондай-ақ 1955 жылы Билл Хейли & His Comets тобының және 2005 жылдың наурыз айында The Comets тобының қалған мүшелерінің кадрларымен біріктірілді. Видео бірнеше апта бойы NASA сайтында жарияланды. 2005 жылдың 5 шілдесінде The Comets тобының қалған мүшелері (жасы 71-ден 84-ке дейін) миссияның сәттілігін тойлау үшін Jet Propulsion Laboratory қызметкерлерінің жүздеген адамына тегін концерт берді. Бұл оқиға әлемдік баспасөз назарына ілікті. 2006 жылдың ақпан айында Халықаралық астрономиялық одақ астероид 79896-ны ресми түрде Билл Хейли деп атағанда, JPL концерті туралы мәліметтер де енгізілді.

Кеңейтілген миссия

Deep Impact 2005 жылы Tempel 1 миссиясын аяқтағаннан кейін «ұйықтау» күйіне жіберілген соң, басқа кометаларды зерттеу мақсатында EPOXI (Extrasolar Planet Observation and Deep Impact Extended Investigation) деп аталатын ұзартылған миссияны бастады.

Комета Боэтин жоспары

Оның алғашқы ұзақ сапары Боэтин кометасының қасынан ұшу болды, бірақ кейбір қиындықтар туды. 2005 жылдың 21 шілдесінде Deep Impact траекторияны түзету маневрын орындады, бұл ғарыш кемесіне Жердің гравитациясын пайдаланып, тағы бір кометаға қарай жаңа миссияны бастауға мүмкіндік берді. Алғашқы жоспар 2008 жылдың 5 желтоқсанында Боэтин кометасының жанынан ұшуды көздеген болатын, кометаға жақын арақашықтықта келуді қамтамасыз ететін. Deep Impact командасының жетекшісі Майкл А'Херн: "Біз ғарыш кемесін Боэтин кометасының қасынан ұшуға бағыттап, Tempel 1 кометасында алынған нәтижелердің ерекше екенін немесе басқа кометаларда да кездесетінін зерттеуді ұсынамыз", - деп түсіндірді. 40 миллион долларлық миссия Tempel 1 кометасымен соқтығысу сияқты ақпараттың шамамен жартысын қамтамасыз етеді, бірақ бұл шығынның бір бөлігін ғана құрайды. Deep Impact кометаның беткі қабатының құрамын зерттеу үшін спектрометрін, ал беттік ерекшеліктерді бақылау үшін телескопын пайдаланады. 2010 жылдың 28 мамырында 11,3 секундтық жанасу жүзеге асырылды, бұл 27 маусымдағы Жердің қасынан ұшуын Хартли 2-ге өтуге және 4 қарашада қасынан ұшуға оңтайландыруға мүмкіндік берді. Жылдамдық өзгерісі құрады. 2010 жылдың 4 қарашасында Deep Impact кеңейтілген миссиясы (EPOXI) Хартли 2 кометасынан түсірілген суреттерді ұсынды.

Астероидке (163249) 2002 GT мүмкін миссиясы

2011 жылдың соңында Deep Impact (163249) 2002 GT астероидіне қайта бағытталды, оған 2020 жылдың 4 қаңтарында жетеді деп жоспарланған. Бағытты қайта түзету кезінде, 2020 жылы осымен байланысты ғылыми миссия жүзеге асырылатыны әлі белгісіз болды, бұл NASA-ның бюджетіне және ғарыш зондының жағдайына байланысты еді. 2012 жылдың 4 қазанында 71 секундтық қозғалтқыш жұмысы миссияны жолдан бұрғызбау үшін зондтың жылдамдығын өзгертті. Сондай-ақ, 2011 жылдың 24 қарашасында 140 секундтық қозғалтқыш жұмысы жасалды. Астероидтің жанынан өтетін қашықтық 400 километрден аспауы тиіс.

C/2012 S1 кометасы (ISON)

2013 жылдың ақпан айында Deep Impact ISON кометасын бақылады. Комета 2013 жылдың наурыз айына дейін көрінетін болды.

Байланыс жоғалды және миссия аяқталды

2013 жылдың 3 қыркүйегінде EPOXI миссиясының веб-сайтында миссия жаңартылды, онда "Ғарыш аппаратымен байланыс 11 тамыз бен 14 тамыз аралығында үзілді. Соңғы байланыс 8 тамызда тіркелді. Команда 30 тамызда мәселенің себебін анықтады. Қазір команда байланысты қайта орнатудың ең тиімді жолын табуға тырысуда." 2013 жылдың 20 қыркүйегінде NASA аппаратпен байланыс орнатуға қатысты барлық әрекеттерден бас тартты. Бас ғалым А'Херннің сөзіне сүйенсек, бағдарламалық жасақтамадағы ақаудың себебі 2000 жылғы мәселеге ұқсас болған. 2013 жылдың 11 тамызы, 00:38:49.6, 2000 жылдың 1 қаңтарынан бастап 232 ондық секундқа (десекундқа) тең болды, бұл аппараттағы бір жүйенің 2000 жылдың 1 қаңтарынан бері уақытты ондық секундтармен есептеп, оны қол қойылмаған 32 биттік бүтін сан ретінде сақтағаны туралы болжамдарға әкелді, содан кейін бұл сан осы уақытта шегіне жетіп, 2038 жылғы мәселеге ұқсас жағдай тудырды.