Сегодня на обратную сторону Луны упадет ступень ракеты Falcon 9. Точнее, китайской ракеты «Чанчжэн-3C». Нет, все-таки не китайской — именно так на протяжении последних недель развивалась история с объектом, который через несколько часов врежется в лунную поверхность. Рассказываем, что мы о нем знаем, как увидеть выброс грунта невооруженным взглядом и как вообще так вышло, что на окололунной орбите нашли «ничейный» космический аппарат.
Впервые о том, что Луну скоро ждет столкновение, стало известно 21 января, когда астроном Билл Грей (Bill Gray) опубликовал в своем блоге расчеты траектории объекта WE0913A, за которым он и другие астрономы-любители наблюдали уже некоторое время. Этот объект был открыт еще в марте 2015 года на снимках Каталинского небесного обзора. Тогда астрономы добавили данные о своих наблюдениях в сервис NEOCP, в который попадают данные о первичных наблюдениях астероидов и комет в околоземном пространстве. Вскоре после этого появилось больше данных о движении WE0913A — они помогли опознать в нем вторую ступень Falcon 9, запустившую аппарат NASA DSCOVR. «Астероид» пролетел мимо Луны через два дня после запуска и был обнаружен на небе примерно в том месте и в то время, где мог бы оказаться аппарат, связанный с этой миссией.
В следующие годы Грей следил за WE0913A и обновлял данные о его орбите по мере того, как появлялись новые наблюдения. В начале и середине января во время очередного расчета он получил неожиданный результат: прогнозируемое столкновение с Луной 4 марта 2022 года в 12:25 UTC (15:25 по московскому времени). Грей попросил других астрономов отследить объект и получил данные с девяти обсерваторий, которые подтвердили и уточнили его прогноз. Расчеты показали, что WE0913A упадет в районе кратера Герцшпрунг на обратной стороне Луны. Эта история широко разошлась по СМИ и даже позволила ESA похвастаться, что их ракеты, в отличие от SpaceX, летают с запасом топлива, чтобы избежать таких столкновений.
12 февраля Грею написал астроном из NASA JPL Джон Джорджини (Jon Giorgini). Он рассказал, что запущенный злополучным «Фальконом» DSCOVR, в отличие от WE0913A, не пролетал в непосредственной близости от Луны. Поскольку астрономы с самого начала разбирались с «личностью» WE0913A с оглядкой именно на пуск DSCOVR в 2015 году, Грей решил проверить другие варианты появления «астероида» на этой траектории и пристальнее взглянул на миссии к Луне, запущенные до весны 2015 года. Предыдущей такой миссией оказалась китайская «Чанъэ-5Т1», с помощью которой Китай отрабатывал технологии возврата лунного грунта (который, кстати, успешно состоялся в конце 2020 года).
«Откатив» орбиту WE0913A в прошлое, Грей обнаружил, что тот пролетал мимо Луны 28 октября 2014 года — через пять дней после запуска китайского аппарата. А заглянув еще дальше в прошлое, Грей увидел, что траектория объекта близка к маршруту перелета с Земли к Луне из точки в Китае через полчаса после реального запуска «Чанъэ-5Т1». Стало ясно, что Falcon 9 и DSCOVR здесь не при чем.
Через несколько дней китайские власти заявили, что последняя ступень ракеты миссии «Чанъэ-5» сгорела в земной атмосфере и точно не может быть на лунной орбите. Правда, в этом заявлении есть небольшой нюанс размером в два символа: Грей говорил о миссии «Чанъэ-5Т1» 2014 года, тогда как «Чанъэ-5», о которой заявили китайцы, — это другая миссия, проведенная спустя шесть лет. Вывод о том, что это последняя ступень ракеты «Чанчжэн-3C», запустившей «Чанъэ-5Т1», также помог подтвердить астроном Джонатан Макдауэлл (Jonathan McDowell), показавший, что кубсат, летевший на той же ракете, имеет практически идентичную орбиту пролета Луны. Наконец, принадлежность ракеты удалось подтвердить и по спектру.
Околоземные станции слежения постоянно наблюдают за десятками тысяч объектов. Почему WE0913A несколько лет оставался анонимным объектом, болтающимся возле Луны? За пару дней до столкновения на этот вопрос ответила 18 эскадрилья космических сил США, в чьи задачи входит отслеживание и учет околоземных объектов. Специалисты подразделения подтвердили, что последняя ступень ракеты, выводившей «Чанъэ-5Т1» в космос, действительно не сходила с орбиты — однако однозначно отождествить WE0913A с этой миссией не смогли. Они объяснили это тем, что в условиях отслеживания более 43 тысяч объектов, которых стало больше после недавнего испытания Россией противоспутникового оружия, они снизили приоритет слежения за объектами за пределами геостационарной орбиты. В общем, на WE0913A специалисты эскадрильи закрыли глаза.
Свою лепту в эту историю внесли и российские астрономы. Тимур Ноздрачев (Timur Nozdrachev) из Дальневосточного федерального университета с коллегами из России, Южной Кореи, США и Японии рассчитал параметры столкновения. Используя данные наблюдений от 19 февраля 2022 года, ученые рассчитали, что столкновение должно произойти в 15:34 по московскому времени. Правда, это не опровержение расчетов Билла Грея, а их уточнение: использовав те же данные, что и Грей, они получили те же самые 15:25.
Но самое интересное в работе Ноздрачева и коллег — это описание того, каким будет это столкновение. Ступень падает на обратную сторону Луны, поэтому сам контакт с ее поверхностью с Земли не увидеть. Но расчеты ученых показывают, что последствия столкновения разглядеть мы сможем, если пыль от удара поднимется на высоту 119,5 километра. Для этого частицы грунта должны разогнаться как минимум до скорости 610 метров в секунду. Точные характеристики «Чанчжэн-3C» неизвестны, но взяв за основу массу последней ступени «Чанчжэн-3А» (2,8 тонны), астрономы получили, что если принять за скорость столкновения расчетные 2,6 километра в секунду и учесть плотность лунного реголита, ракеты, а также ряд других параметров, то как минимум 677 килограмм лунного грунта разовьют нужную скорость. Из них 195 килограмм придется на частицы, которые будут лететь быстрее, чем 1680 метров в секунду, что больше второй космической для Луны. Поэтому эти частицы не только не вернутся на спутник Земли, но даже не останутся на его орбите.
Наконец, расчеты говорят и о том, как это столкновение будет выглядеть с Земли. Частицы, поднявшиеся на 119,5 километра и вышедшие в прямую видимость, будут выглядеть как облако со звездной величиной больше 4 (вероятно, авторы имели в виду яркость выше −4). Потенциально это означает, что выброс можно будет увидеть в небольшой бинокль или даже невооруженным взглядом, причем даже во время заката, обнадеживают ученые.