Краткий итог влияния миссий и дальнейшие шаги.
Что показали Rosetta (67P), Deep Impact (Tempel 1) и Hayabusa2 (Ryugu) — ключевые выводы
- Низкая плотность и высокая пористость: 67P имеет плотность $\approx 0.533{\text{g cm}}^{-3}$, Ryugu $\approx 1.19{\text{g cm}}^{-3}$ — подтверждён крупный вклад пустот и рыхлой структуры (русыпь/«рubble‑pile»).
- Слабая механическая прочность: напряжения разрыва порядка $10\text{–}10^2\text{Pa}$ на поверхности/мелких масштабах, что объясняет образование обрывов и осыпаний (Rosetta).
- Гетерогенность состава и структуры: слойность, крупные блоки, «пебблы», локальные различия по содержанию льдов и органики (Rosetta, Deep Impact).
- Наличие сложных органических веществ и кристаллических силикатов (Deep Impact, Rosetta, Hayabusa2 — у астероида), то есть смешение термически обработанных и более примитивных материалов.
- Неожиданные газовые компоненты: обнаружение молекулярного кислорода O2 в соотношении, коррелирующем с H2O (Rosetta) и дефицит N2 у 67P — это ставит под сомнение стандартные модели замерзания/аккреции.
- Разнообразие изотопных соотношений (включая D/H): 67P имеет D/H $\approx 5.3\times 10^{-4}$, тогда как земной океан (SMOW) $\approx 1.558\times 10^{-4}$ — разные кометы показывают широкую вариабельность.
Какие парадоксы разрешились
- «Парадокс чистого ледяного ядра»: миссии показали, что ядра — не однородные куски чистого льда, а смесь пористых, органо‑рефрактерных и ледяных компонентов; активность часто локализована, связана с разрывами/клэпами и утеплёнными слоями.
- Модель «каменный» vs «ледяной» объект частично сближена: связь между астероидами типа C (Hayabusa2) и кометоподобными телами стала очевиднее, есть континуум по пористости и составу.
Какие вопросы остаются (основные нерешённые проблемы)
- Происхождение O2 и его корреляция с H2O: первичный (примордиальный) ли источник или продукт последующей химии/радиации?
- Почему такие вариации D/H между кометами (и что это значит для источника воды Земли)?
- Насколько глубокая часть ядра остаётся примордиальной (не термически переработанной)? Каково распределение льдов и волатильных веществ по глубине и масштабу?
- Механизм аккреции: «пеббл‑аккреция» или иерархическое столкательное строительство? Каков размер характерных агрегатов (мм, см, дм)?
- Внутренняя структура в метрах—десятках метров: плотность/пористость по объёму, наличие пустот/каверн, тепловые свойства.
- Причины дефицита N2 и присутствия/отсутствия других сверхлетучих компонентов.
- Насколько хорошо возвращаемые пробы (если не крио‑возврат) сохраняют летучие и изотопные сигнатуры?
Какие эксперименты и миссии нужны дальше (приоритеты и конкретика)
1) Криогенный возврат образцов с ядра кометы (cryogenic sample return)
- Цель: сохранить лед и летучие для лабораторного анализа (изотопы O, N, noble gases, органика, chirality).
- Требования: температура хранения $<140\text{K}$, масса пробы $\sim 10\text{–}100\text{g}$ достаточна для детального анализа.
- Почему: решает проблемы O2, N2, D/H и молекулярных изотопов с лабораторной точностью.
2) Сейсмо/томографическая сеть (несколько посадочных модулей)
- Цель: получить 3D‑изображение внутренней структуры до глубин $>10\text{–}100\text{m}$, измерить скорости упругих волн, крепость и анизотропию.
- Метод: несколько сейсмометров + искусственные импульсы (импактор/взрывчатка низкой мощности) или ударно‑вибрационные генераторы.
- Почему: выяснить наличие каверн, слоёв, оценить механическую связь «блоков».
3) Глубокое бурение/изъятие керна $>1\text{–}10\text{m}$ - Цель: достать материал ниже сезонной и даже глубже «сезонного скин‑глубины» (диффузионная/тепловая глубина). Диффузионная формула: $\delta \sim \sqrt{\frac{2\kappa }{\omega }}$, типичные дневные $\delta \sim 1\text{–}10\text{cm}$, сезонные $\sim$ метров.
- Почему: образцы ниже сезонного скин‑глубины дают примордиальный состав льдов/органики.
4) Улучшенная радиолокация (широкополосный низко‑ и высокочастотный радар)
- Цель: томография от десятков сантиметров до сотен метров; диапазоны: низкие частоты $\sim 10\text{–}100\text{MHz}$ для глубокой проникающей съёмки, высокие $\sim 300\text{MHz}\text{–}3\text{GHz}$ для мелкомасштабного разрешения. CONSERT работал около $\sim 90\text{MHz}$.
- Почему: непрерывная карта диэлектрической постоянной и пористости (влияние льда/пустот).
5) Инструменты для высокого разрешения масс‑спектрометрии и хирального анализа in situ
- Цель: анализ лёгких газов, сложных органических молекул и их хиральности, высокоточное измерение изотопов (O, N, C, H, noble gases).
- Почему: оценить биосигнатуры, понять органическую эволюцию и изотопную историю.
6) Контролируемые «импакт‑эксперименты» с инструментированными наблюдениями
- Цель: изучить глубинную пористость/состав под ударом (массовый спектр, камера, термал). Deep Impact показал, что под поверхностью могут быть неожиданные материалы.
- Почему: напрямую связать выбросы с глубинным составом.
7) Длительное наблюдение активности с наземной и орбитальной платформ
- Цель: мониторинг эволюции рельефа, образования пылевых струй и сезонных эффектов вдоль орбиты (мультиорбитальные миссии).
- Почему: понять механизмы дегазации и перераспределения материала.
8) Сравнительные миссии к разным типам комет
- Цель: обойти статистическую погрешность «одного объекта»: короткопериодические vs дальние Oort‑кометы vs гиперболоидные фрагменты.
- Почему: понять вариацию D/H, O2/N2, механизм аккреции и влияние радиации/тепловой истории.
Краткий приоритетный план (если сжато)
- I: криогенный возврат проб + сейсмическая сеть на одной комете.
- II: глубокое бурение $\gtrsim 1\text{–}10\text{m}$ и широкополосный радар.
- III: серия сравнительных миссий к разным классам комет + контролируемые импакты.
Заключение (в одну фразу)
- Rosetta и Deep Impact разрушили образ «простого ледяного шара», показав пористые, гетерогенные, слабо связанные тела с неожиданной химией; дальше нужны крио‑возвраты, сейсмика и глубокие керны, чтобы установить происхождение O2, вариации D/H и реальную первичную структуру ядра.