Чтобы наиболее точно узнать, из чего состоит комета, нужно проанализировать ее вещество с помощью различных высокочувствительных приборов, доставив его образцы на Землю. Но на борту небольшого космического аппарата такие приборы разместить сложно, ведь размеры станции Stardust 1,7х0,7х0,7 м — примерно как у письменного стола. Как же взять образец вещества, разлетающегося от ядра кометы с огромной скоростью? По космическим меркам Stardust двигалась относительно кометы неспешно, примерно в полтора раза медленнее, чем летают вокруг Земли искусственные спутники. Однако даже такая скорость была в несколько раз больше, чем у пули, — станция пролетала за одну секунду 6 км. Соприкосновение пылинок с контейнером из твердого материала на такой скорости (более 20 тыс. км/ч) привело бы к их сильнейшему нагреву и испарению. Единственным способом, позволяющим поймать и мягко остановить эти пылинки, оказалась ловушка из уникального материала — аэрогеля, который был создан в 1931 году, но большого распространения не получил. Сейчас он обретает вторую жизнь благодаря своим теплоизолирующим свойствам. На 99,8% аэрогель состоит из воздуха, а еще на 0,2% — из двуокиси кремния, попросту говоря — кварца, и представляет собой твердое вещество с пористой структурой, напоминающей губку, поры которой не разглядеть — их диаметр всего 20 нанометров (то есть на длине 1 мм помещается 50 тыс. таких пор). Аэрогель, использованный на станции Stardust, попал в «Книгу рекордов Гиннесса» как твердое вещество с наименьшей плотностью — 3 мг/см3 . Он в 1 000 раз легче, чем кварцевое стекло, хотя их химический состав одинаков.

При подлете к комете космический аппарат напоминал готового к сражению рыцаря, закованного в латы, — защитные экраны из нескольких слоев керамической «ткани» Nextel были установлены не только на приборном отсеке, но и на каждой из солнечных батарей, распластанных в виде двух крыльев. Предполагалось, что эти экраны защитят станцию от ударов пылинок и даже от небольших, величиной с горошину, камешков. 31 декабря 2003 года станция Stardust вошла в облако разреженного вещества кометы, простирающееся на сотни километров вокруг ее ядра. А 2 января 2004 года приблизилась к самому ядру кометы на расстояние 240 км. Оказалось, что полет среди пылинок не был безопасным — бортовые датчики показали, что внешний (амортизирующий) слой защитного экрана был пробит крупными пылинками не менее 12 раз. Однако последующие слои остались неповрежденными. Трижды встречались особенно плотные струи газово-пылевых выбросов, во время пролета сквозь которые в защитный экран за секунду ударялось около 1 миллиона мельчайших частиц. Когда станция приблизилась к комете, ловушка для пыли была выдвинута из защитного контейнера и расположена перпендикулярно потоку вещества, вылетающего из кометного ядра. Мельчайшие частички кометы, проносящиеся с громадной скоростью, застревали в аэрогеле, толща которого плавно замедляла их стремительный полет. В процессе торможения пылинки оставляли след в виде узенького туннеля длиной примерно в 200 раз больше своего диаметра. По этим следам их и будут отыскивать с помощью микроскопа перед извлечением для изучения. Через 6 часов после встречи с кометой аэрогелевая панель с застрявшими в ней несколькими десятками мг пылинок была упакована в защитную капсулу. Ученые рассчитывают, что по доставке на Землю им удастся обнаружить не менее 1 000 пылинок сравнительно крупного размера — диаметром более 15 мкм (в 4 раза тоньше волоса). Кроме сбора кометной пыли станция впервые сфотографировала ядро кометы с очень близкого расстояния. На этих подробных снимках обнаружились довольно необычные формы рельефа и вместо ожидавшихся двух-трех газовых струй насчитали более двух десятков газопылевых потоков, вырывающихся из-под поверхности кометы. Судя по снимкам, нагретый Солнцем лед на отдельных участках ядра сразу превращается в газ, минуя стадию жидкого состояния. Струи этого газа улетают в космическое пространство со скоростью несколько сотен километров в час. На фотографиях отчетливо видна твердая поверхность кометного ядра, покрытая кратерами глубиной до 150 м, острыми пиками высотой 100 м и резкими обрывами. Поперечник крупнейшего кратера — 1 км составляет 1/5 диаметра ядра кометы. Впечатление такое, что материал ядра очень крепкий, удерживающий крутые откосы кратерных склонов в первозданном состоянии, не дающий им обрушаться или растекаться. Ни на одном из трех десятков небесных тел, детально сфотографированных с космических станций (планеты, их спутники и астероиды), похожего рельефа до сих пор не встречалось. Возможно, что такие черты строения поверхности характерны лишь для ядер комет и вызваны солнечной эрозией.

«Вега» на подступах к комете

Знаменитая комета Галлея по праву считается «главной » — ее появления вблизи Земли зафиксированы 30 раз начиная с 240 года до н. э. Английский ученый Эдмунд Галлей на рубеже XVII—XVIII веков впервые установил периодичность в ее движении и предсказал время следующего ее появления. С тех пор она и стала называться его именем. В 1986 году, как известно, к ней была отправлена целая космическая флотилия — советские станции «Вега-1» и «Вега-2», европейская станция Giotto («Джотто») и японские Sakigake («Пионер») и Suisei («Комета»), да и американская станция ICE приняла участие в наблюдениях, хотя находилась от нее очень далеко, в 30 млн. км.

Наблюдения с космических станций «Вега» и Giotto впервые показали, как выглядит кометное ядро, которое до этого скрывалось от астрономов за облаками выбрасываемого им газа и пыли. По форме оно напоминает картофелину размерами 14x10х8 км. Неожиданным оказался и тот факт, что ядро темное, как сажа, и отражает только 4% падающего света. На обращенной к Солнцу стороне наблюдались выбросы газа и пыли, прорывавшиеся через темную оболочку. Ядро кометы Галлея очень пористое, содержит много пустот, и его плотность — 100 мг/см3 (в 10 раз меньше, чем у воды). Оно состоит в основном из обычного льда с небольшими включениями углекислых и метановых льдов, а также пылевых частиц. Темный цвет обусловлен накоплением каменного материала, остающегося после испарения льда. По расчетам, при каждом пролете кометы Галлея около Солнца с ее поверхности исчезает слой толщиной около 6 м. В результате этого за 100 последних пролетов (за 7 600 лет) ее диаметр уменьшился на 1,2 км, что составляет примерно 1/10 от нынешнего поперечника.

За время пролета вблизи кометы на расстоянии 8 000 км с относительной скоростью 78 км/с (280 тыс. км/ч) станция «Вега-1» подверглась сильнейшей бомбардировке кометными пылевыми частицами. В результате вдвое понизилась мощность солнечной батареи и нарушилась работа системы ориентации в пространстве. То же самое произошло со станцией «Вега-2». Giotto прошла всего в 600 км от ядра кометы, и такое тесное сближение не обошлось без потерь. Еще на расстоянии 1 200 км удар кометной частички вывел из строя телекамеру, а сама станция временно потеряла радиосвязь с Землей. Две японские станции пролетели на более далеких расстояниях от кометы, выполнив исследования окружающего ее обширного водородного облака.

Бомбометание в космосе

Проникнуть в глубь ядра кометы и узнать свойства материала не только на поверхности кометного ядра, но и в его недрах — такая задача была поставлена перед американской автоматической станцией Deep Impact («Сильный удар»), запущенной в самом начале 2005 года в сторону кометы Темпеля-1. Эта комета имеет удлиненное ядро размером 11х5х5 км (немного меньше, чем у кометы Галлея), совершающее один оборот вокруг своей оси за 42 часа. Приблизившись к цели, станция легла на параллельный с ней курс. Через некоторое время от нее отделился аппарат Impactor («Ударник»), состоявший в основном из крупных блоков меди. Пока аппарат подлетал к ядру кометы, с ним столкнулось несколько небольших частиц, немного изменивших траекторию «Ударника». Используя датчики, настроенные на поиск самого яркого объекта, аппарат восстановил нужное направление движения и продолжил путь к намеченной цели.