NASA готовит первую масштабную миссию по изучению астероидов

Космический корабль NASA OSIRIS-REx у поверхности астероида Бенну в представлении художника

(иллюстрация NASA/Goddard/Chris Meaney).

Матильда ≈ типичный астероид класса С, Гаспра и Ида ≈ представители класса S

(фото NASA/JPL/NEAR and Galileo missions).

За последние пару сотен лет население Земли увеличилось в разы. Технологии развиваются, потребности растут. Людям нужно больше природных ресурсов. Их источником могут стать вечные странники Солнечной системы — астероиды. Космические агентства и частные компании уже давно присматриваются к этим небесным телам, но попытки добраться до них ещё предпринято не было.

Данте Лоретта (Dante Lauretta) из университета Аризоны, возглавивший миссию по захвату образцов астероидных пород NASA − OSIRIS-REx, рассказал о том, что это за космические тела и как учёные собираются их пустить на пользу всему человечеству.

Астероиды сформировались на заре существования Солнечной системы — 4,5 миллиарда лет назад — и являются её ровесниками. Именно они способны рассказать максимум подробностей об истории нашего уголка Галактики. Но помимо истории учёным не менее интересна и потенциальная польза, которую могут принести эти гигантские космические глыбы: в их состав входит почти всё необходимое, от воды до платины.

Астрономы классифицируют астероиды по трём спектральным классам, в зависимости от их состава. Большая часть, а именно 75% известных нам астероидов, принадлежат к классу С, то есть углеродные (от англ. carbon). Это тёмные, богатые углеродом камни, которые содержат большие запасы воды. Конечно же, на нашей планете её итак достаточно, но иметь такой источник воды в космосе будет очень полезно.

"Во-первых, эту воду можно будет использовать во время космических миссий. Чтобы поднять с Земли на орбиту то же её количество, что содержат астероиды, потребуются заоблачные суммы, а зачем это нужно, если в космосе она уже есть? Во-вторых, воду с астероидов можно разделить на кислород и водород для ракетного топлива. К тому же, в астероидах класса С в большом количестве содержится органический углерод, фосфор и другие ключевые элементы, необходимые для удобрения растений", — поясняет Лоретта.

Матильда — типичный астероид класса С, Гаспра и Ида — представители класса S (фото NASA/JPL/NEAR and Galileo missions).

Менее многочисленными (17% от всех известных) являются астероиды класса S, то есть силикатные (от англ. silicon) — они же кремниевые или каменные. Эти космические глыбы почти не содержат воды, но зато они богаты железом, никелем и кобальтом.

"Иногда в составе астероидов S-класса можно обнаружить и драгоценные металлы, такие как золото, платина и родий. На небольшой десятиметровый астероид приходится около 650 тонн металла, среди которых 50 килограммов приходится на золото и платину", — рассказывает Лоретта.

Но самыми редкими в нашей Солнечной системе являются астероиды класса М — металлические. Их не более 8% от всех наблюдаемых, но именно они представляют особый интерес для науки, ведь это самый малоизученный спектральный класс. Возможно, помимо металла, в их состав входят и камни. И кто знает, может быть, именно в них содержатся залежи драгоценных минералов.

Классификация астероидов — задача непростая. Информацию о том, из чего они состоят, учёные получают лишь по излучению, которое отражается различными материалами по-разному. Детектированием этого излучения занимаются специальные приборы — спектрометры, которые на основе данных о длине волны света могут показать, какой материал его отражает. Именно эти приборы будут основным инструментом изучения астероидов учёными NASA в рамках космической миссии OSIRIS-REx.

Космический корабль NASA OSIRIS-REx у поверхности астероида Бенну в представлении художника (иллюстрация NASA/Goddard/Chris Meaney).

Отправить пилотируемых корабль на одно из таких небесных тел будет очень накладно: потребуются огромные деньги и усилия. Пока неизвестно, окупится ли миссия добытыми образцами металлов и камней, а потому разумнее пока будет изучить астероиды без участия космонавтов.

В сентябре 2016 года NASA планирует запустить космический корабль на астероид Бенну, которого он должен будет достичь уже в октябре 2018 года. В первую очередь аппарат должен будет изучить тело во всех подробностях, а потом уже попытаться взять образец породы.

По окончании миссии астрономы надеются получить сразу несколько видов данных. Во-первых, состав Бенну должен будет рассказать больше подробностей о происхождении Солнечной системы. Во-вторых, людям необходима точная информация о траектории движения астероидов, а это будет лучший способ её получить. И наконец, главы частных компаний уже потирают руки в ожидании данных о количестве ценных ресурсов.

Конечно же, с желанием "взять себе кусочек" бороться очень трудно и потому учёные решили после тщательного исследования астероида взять для анализа образец его породы. У аппарата будет три попытки и, в конце концов, он должен будет захватить и доставить на Землю кусок астероида массой от 60 граммов до 2 килограммов.

Изначально космический корабль будет обращаться вокруг Бенну, изучая его состав издалека. Затем учёные выберут оптимальное место для посадки, где концентрация полезных ископаемых максимальна, и с помощью аппарата заберут образец.

Для наиболее точного определения состава астероидных пород на аппарате будут работать несколько высокочувствительных спектрометров. Первый из них называется OVIRS. Он будет определять состав материала по видимому и ближнему инфракрасному излучению, которое он отражает. Прибор будет искать органические соединения, минералы и некоторые другие химические вещества. Поиск органики наиболее важен для восстановления истории Солнечной системы, а конкретно — происхождения жизни.

Другой прибор называется OTES ("Спектрометр теплового излучения"). Он будет фиксировать непосредственно инфракрасное излучение, отражаемое минералами астероидов Бенну, а также определять его температуру. Это необходимо для того, чтобы обнаружить участки поверхности, богатые водой (там, где слишком жарко, обнаружить её вряд ли удастся).

Третий прибор называется Regolith X-ray Imaging Spectrometer ("Рентгеновский спектрометр реголита"). Он будет детектировать рентгеновское излучение, которое также отражается от материалов, составляющих астероид. Такой спектрометр незаменим в поиске залежей железа, кремния, серы и магния.

Первые два спектрометра также будут изучать на примере Бенну так называемый эффект Ярковского. Он состоит в следующем: солнечный свет, попадающий на поверхность небесного тела и отражающийся от него, провоцирует микроскопический толчок, способный изменить траекторию полёта всего тела. Астрономы узнают больше о том, угрожает ли Земле астероид Бенну или же мы можем спать спокойно в ближайшие тысячелетия.

Перечислив все спектрометрические приборы, стоит вспомнить, что у спектрометрии есть существенный недостаток. Техника, работающая на основе этого метода, способна определить состав лишь очень тонкого слоя поверхности астероида — менее чем полмиллиметра в глубину. Но состав небесных тел, как правило, очень неравномерный и, вероятно, в глубине астероида Бенну могут обнаружиться более ценные породы, чем на поверхности. Поэтому область изучения необходимо расширить, а точнее, углубить.

"Мы будем распылять газообразный азот, чтобы всколыхнуть материалы, лежащие на поверхности, после чего они сами уже направятся в сборочную камеру. Это позволит нам углубиться на пять или шесть сантиметров. Немного, но всё же лучше, чем просто использовать спектрометрию", — рассказывает Лоретта.

Помимо анализов астрономы рассчитывают также сделать подробные снимки "пейзажей" астероида.

Если всё получится, как задумано, то через некоторое время у учёных будет уже достаточно данных для отправки на Бенну пилотируемой миссии. К тому же на момент возвращения космического корабля миссии OSIRIS-REx, станет понятно, можно ли запускать добычу ценных природных ископаемых на астероидах или же игра не стоит свеч.

Также по теме:
Учёные NASA задумали захватить астероид 
Американские бизнесмены построят заправки на астероидах 
Американский астронавт предлагает создать отдельное агентство для исследования ближнего космоса 
НАСА в 2016 году отправит к астероиду космический аппарат 
Первый частный космический телескоп будет искать опасные для Земли астероиды