Кометы и их природа

Люди замечали их с незапамятных времен тАУ летописи, исторические хроники, устные сказания донесли до нас сведения об их появлении на небе в самых разных странах света. Яркие кометы тАУ это редкое событие тАУ они появляются три-четыре раза в столетие.

Древние летописцы передают лишь состояние ужаса, которое охватывало наших далеких пращуров перед непонятным явлением. Более спокойные и детальные описания комет, даже некоторые измерения их дошли до нас в записях древних и средневековых астрономов. Но там нет никаких объяснений природы этого явления. Предполагалось, что кометы появлялись неспроста, они предшествовали различным бедствиям, которые обрушивались на людей: войнам, голоду, наводнениям, засухе и т. п. Поскольку в человеческой истории такие испытания не были редкостью, то зачастую, действительно в год, когда появлялась какая-нибудь комета, происходили памятные события. Это еще больше укрепляло в людях убеждение, что кометы проходят достаточно близко от места бедствия.

Современные астрономы и даже любители астрономии, занимающиеся исследованием этих небесных тел, могут рассказать о природе и поведении комет уже довольно много: откуда появляются кометы, чем объясняется их необычный облик и даже предскажут, когда и где можно будет наблюдать какую-нибудь из них.

1. Ядро и хвост кометы.

В отличие от мерцающих звезд и четко очерченных планет комета выглядит как туманное светящееся пятнышко. Это пятнышко называют головой кометы. Есть кометы очень яркие и их без труда можно наблюдать невооруженным глазом, они всегда имеют светящиеся длинные хвосты. Именно поэтому их назвали ВлкометыВ», что в переводе с греческого языка означает Влхвостатые звездыВ».

Слабые кометы, едва различимые глазом или практически невидимые, можно установить, анализируя их фотографии, полученные с помощью больших телескопов. Эти кометы также имеют едва заметные короткие хвостики. Однако все кометы, и яркие, и слабые, когда уходят очень далеко от Солнца, выглядят как едва заметные туманные пятнышки с размытыми краями. Хвосты на таких огромных расстояниях не удается различить даже на фотографиях.

Голова или, как еще называют, кома тАУ самая яркая часть кометы. Внутри ее предполагается твердое ядро.

ВлОсноваВ» любой кометы тАУ ее ядро тАУ огромный ком космической пыли, камней, замерзших газов и сложных химических соединений, накрепко спаянных космическим холодом. Его размеры по космическим масштабам просто ничтожны тАУ километры или десятки километров. Массы комет невелики: они не превышают одной миллионной доли массы Земли.

Предполагается, что на больших расстояниях от Солнца, кометы представляют собой голые ядра, т.е. глыбы твердого вещества, состоящего из обыкновенного водяного льда и льда из метана и аммиака. В лед вморожены каменные и металлические пылинки и песчинки. При приближении к Солнцу этот очень грязный лед начинает испаряться, создавая вокруг ядра огромную газопылевую оболочку. Под действием давления солнечного света часть газов оболочки отталкивается в сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост. У некоторых комет эти процессы протекают настолько интенсивно, что оболочка и хвост достигают чудовищных размеров. Так, например, диаметр оболочки сверх гигантской кометы Холмса в 1882 году был равен 1,5 миллиона километров, а длина ее хвоста достигала 300 миллионов километров!

Плотность и комы, и особенно хвоста, чрезвычайно мала. Хвост у кометы бывает прямой или изогнутый и направлен от ядра в сторону, противоположную Солнцу. Поэтому когда комета из межпланетного пространства приближается к нашему светилу, то движется она головой вперед. А вот когда, обогнув Солнце, комета удаляется от него, то хвост движется впереди головы. Голова и хвост кометы светятся: пылевые частицы просто отражают свет Солнца, а атомы молекул и газов переизлучают поглощенные ими кванты солнечного света. Кометное ядро ВлпревращаетсяВ» в доступную для наблюдений комету.

Форма и протяженность хвостов различны. Текущий рекорд длины хвоста кометы тАУ это хвост Великой кометы 1843. Её хвост имел длину не менее 300 млн. км. (диаметр головы ее несколько превышал диаметр Солнца). Это значит, что если мысленно поместить саму комету в центр Солнца, то хвост пересек бы орбиту Марса.

Классификацию кометных хвостов предложил в XIX в. замечательный русский астроном Ф.А. Бредихин:

I тип хвостов тАУ прямые, направленные от Солнца. Они образованы ионизированными молекулами кометной атмосферы, которые солнечным ветром уносятся прочь от ядра;

II тип - это изогнутые хвосты и по отношению к орбите кометы отклоняются назад. Образуются они непрерывно истекающими из ядра частичками пыли;

III тип - это короткие хвосты, почти прямые, заметно отклоняющиеся от линии ВлСолнце тАУ ядро кометыВ». Такие хвосты образуются при единовременных ВлизверженияхВ» из ядра целого облака пылинок различных размеров, растягивающихся поэтому в полоску под действием светового давления.

Интерес ученых к кометам связан главным образом с желанием изучить их состав. Многие полагают, что это тАУ своеобразный “строительный мусор”, оставшийся после образования планет Солнечной системы из первоначального газопылевого облака.

Наблюдение комет может дать представление о первичной материи, из которой сформировались их тела, причем эта материя дошла до нас в Влзаконсервированном В» виде, сохраняется без изменений, возможно, около 10 миллиардов лет! Благодаря космическому эксперименту ученые впервые увидели кометное ядро, которое оказалось очень похожим на спутники Марса Фобос и Деймос, а также на малые спутники Сатурна и Урана. А это свидетельствует о том, что на заре формирования Солнечной системы кометные ядра могли образовываться в сравнительной близости от Солнца приблизительно в районе между орбитами планет-гигантов Юпитера и Нептуна.

Советская астрофизическая станция ВлАстронВ» вела космические наблюдения кометы Галлея (комета названа по имени английского астронома, дипломата и переводчика Эдмунда Галлея) почти восемь месяцев с декабря 1985года по июль 1986 года. Был исследован газовый состав головы кометы, сфотографировано несколько спектров, был получен ответ на вопрос, как быстро теряет свою массу кометное ядро в зависимости от расстояния до Солнца. Оказалось, что каждый раз, когда комета сближается с Солнцем (через каждые 75 лет), ядро кометы теряет 370 миллионов тонн своей массы. Это не так уж много, если учесть, что по современным оценкам масса ядра кометы Галлея составляет примерно 10 миллиардов тонн.

Однако через несколько десятков сближений кометы с Солнцем ее ядро полностью потеряет запас льда и превратится в Влвысохшую кометуВ», похожую на астероид. Тогда ядро уже не будет иметь светящейся головы и хвоста, а будет выглядеть как очень слабенькая звездочка, найти которую на небе можно будет в очень мощный телескоп.

2. Происхождение комет и их природа.

За обозримое прошлое человечества было открыто много комет. Каждая из них имеет свои особенности. На первых порах серьезного изучения комет никому не приходила в голову мысль, что они принадлежат Солнечной системе.

Раньше предполагалось, что таинственные небесные странницы приходят к нам из далеких безвестных глубин межзвездного пространства. Они подходят к Солнцу на расстояние в несколько десятков или сотен миллионов километров и затем пускаются в обратный путь. При этом, чем дальше кометы уходили от Солнца, тем сильнее ослабевал их блеск, пока совсем не пропадал. Большинство астрономов предполагали в прошлые времена, что каждая комета приходит к Солнцу лишь один раз и затем навсегда покидает его окрестности.

Однако эта мысль утвердилась не сразу. Еще Аристотель тАУ могучий авторитет среди научного мира, задумываясь о природе комет, выдвинул гипотезу, что кометы имеют земное происхождение. Они, якобы, порождаются в атмосфере Земли, ВлвисятВ» на сравнительно небольшой высоте, медленно проплывая по небу.

Удивительно, что точка зрения Аристотеля господствовала около двух тысячелетий, и никакие попытки поколебать ее не давали положительного результата. Хотя некоторые ученые склонны были думать, что кометы все-таки приходят из каких-то далеких, неведомых нам глубин космического пространства. Только в конце XVI века идея Аристотеля была опровергнута.

В конце XVI века астрономы наблюдали яркую комету с двух наблюдательных пунктов, очень удаленных друг от друга. Если бы комета находилась в атмосфере, т.е. недалеко от наблюдателей, то должен был бы наблюдаться параллакс: с одного пункта комета должна быть видна на фоне одних звезд, а с другого - на фоне других. Однако наблюдения показали, что никакого параллакса не было, и, значит, комета находилась гораздо дальше, чем Луна. Земная природа комет была опровергнута, что сделало их еще более таинственными. Одна тайна сменилась другой, еще более заманчивой и недоступной.

У многих астрономов сложилось мнение, что кометы приходят к нам из межзвездных глубин, т.е. не являются членами Солнечной системы. В какой-то момент даже предполагалось, что кометы приходят к Солнцу по прямолинейным траекториям и по таким же прямолинейным траекториям уходят от него.

Трудно сказать, сколько времени продолжалось бы такое положение, если бы не одно важнейшее событие в истории человечества.

Гениальный естествоиспытатель, великий физик и математик Исаак Ньютон завершил выдающийся научный труд, связанный с анализом движения планет вокруг Солнца, и сформулировал закон всемирного тяготения: сила взаимного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату между ними.

Согласно этому закону природы все планеты движутся вокруг Солнца не произвольным образом, а строго по определенным орбитам. Орбиты эти представляют собой замкнутые линии.

Но даже сейчас обработка данных, полученных в результате космического эксперимента и наземных наблюдений, продолжается.

Кометы, которые нам удается наблюдать, приходят к нам с далеких окраин Солнечной системы. По сегодняшним представлениям более 100 миллиардов кометных ядер населяют эти окраины.

Есть предположение, что кометные ядра образовались в одно время со всей Солнечной системой и поэтому могут являть собой образцы того первичного вещества, из которого впоследствии образовались планеты и их спутники. Свои первозданные свойства ядра могли сохранить благодаря своему Влпостоянному местуВ» вдали от Солнца и больших планет, оказывающих огромное влияние на ближайшее окружение.

Существуют гипотезы захвата комет из межзвездного пространства и их вулканического происхождения. Однако в 1950 году они были сильно потеснены одной старой идеей в новом оформлении.

Еще в 1932 году один из выдающихся астрономов, Эрнст Эпик, высказал идею о возможной концентрации большого количества облаков кометных и метеоритных тел, ВлподчиняющихсяВ» Солнцу, несмотря на то, что размещались они на расстоянии четырех световых дней от него.

В 1950 году голландский астроном Ян Оорт, исследуя ряд долгопериодических комет, обнаружил, что их афелии (наиболее удаленные от Солнца точки орбит) концентрируются вблизи границы Солнечной системы. Можно было бы посчитать этот результат мало примечательным, тем более, что количество комет было совсем небольшим тАУ 19. Однако Оорт увидел за этим явление большого масштаба. Он возродил к жизни идею Эпика о хранилище кометных ядер на ВлзадворкахВ» Солнечной системы. Из его исследований вытекало, что зона, оккупированная кометами, простирается в поясе от 30 до 100 тыс. а.е. от Солнца.

Сам Оорт полагал на первых порах, что кометы образовались в процессе взрыва Фаэтона. Взрыв, по его мнению, был настолько силен, что большая часть мелких осколков была заброшена так далеко, что попала под косвенное влияние соседних звезд, да так и осталась на окраинах Солнечной системы.

И хотя красивая гипотеза о Фаэтоне оказалась несостоятельной, идея забрасывания вещества из внутренних областей Солнечной системы во внешние, в дальнейшем получила подтверждение.

Сегодня механизм образования облака Эпика тАУ Оорта выглядит приблизительно так. В эпоху гравитационного ВлсклеиванияВ» планет из газопылевого облака формировалось большое количество сгустков вещества или так называемых зародышей. Все, что эти планеты не в силах были поглотить, они выталкивали своим гравитационным полем далеко от своих ВлучастковВ». Главной помехой в этой выталкивающей деятельности было Солнце, старавшееся удержать даже любую мелочь на ее орбитах. Но чем дальше от Солнца формировалась планета-гигант, тем легче ей было проявлять самостоятельность и по-своему вершить судьбы более мелких тел. Поэтому основным поставщиком кометных ядер в облако Эпика тАУ Оорта был Нептун.

3. Кометные орбиты.

Согласно результатам исследований Ньютона, кометы движутся либо по эллиптическим, либо по параболическим, либо по гиперболическим орбитам, причем в фокусе каждой орбиты находится Солнце.

Астрономам достаточно вычислить орбиту кометы, и эта орбита сама ВлскажетВ», вернется ли комета к Солнцу, или навсегда покинет его. Если комета окажется параболической или гиперболической, т.е. незамкнутой, то она уже никогда не вернется к Солнцу.

Как полагают многие ученые, ядра комет, имеющих параболическую или гиперболическую орбиту, удаляясь от Солнца с все уменьшающейся скоростью, на расстоянии порядка 150 тысяч астрономических единиц от него почти останавливаются. Постепенно там образовался огромный рой, миллиарды кометных ядер тАУ так называемое облако Оорта (по имени голландского ученого А.Оорта, который выдвинул эту гипотезу). Поскольку тяготение Солнца на столь больших расстояниях ничтожно, ядра могут оставаться там почти без движения бесконечно долго. Лишь изредка, испытав гравитационное возмущение, к примеру, от проходящей недалеко звезды, часть ядер в облаке начинает перемещаться, некоторые из них, возможно, в сторону Солнца.

Совсем другое дело, если орбита окажется эллиптической. Поскольку эллипс тАУ линия замкнутая, комета должна обязательно вернуться в ту точку пространства, в которой ее уже наблюдали с Земли.

Сколько же времени нужно комете, движущейся по эллипсу, чтобы сделать один оборот? Это зависит от различных параметров эллипса, в частности от расстояния между его фокусами. Чем меньше это расстояние, тем быстрее комета совершит оборот вокруг Солнца.

Для некоторых комет период обращения вокруг Солнца может составлять миллионы и десятки миллионов лет.

4. Причина свечения комет и их химический состав

Во времена Ломоносова еще ничего не было известно о законе изменения блеска комет и тем более об их спектрах. Михаил Васильевич Ломоносов

охарактеризовал свечение комет с точки зрения, близкой к современной: ВлКомет бледного сияния и хвостов причина недовольно еще изведана, которую я без сомнения в электрической силе полагаю..В»

Комета светится отраженным светом. Это подтверждается характером спектра ядра. Но когда ядро кометы приближается к Солнцу, то в его спектре появляются яркие линии излучения натрия. В спектре ядра кометы 1882 г., подошедшей чрезвычайно близко к Солнцу, были обнаружены даже яркие линии железа и никеля, пропавшие, когда комета от него удалилась. Потом исчезли и линии натрия. Все это нужно объяснить тем, что твердое ядро кометы, когда оно подходит очень близко к Солнцу, нагревается настолько, что начиВннает испаряться, превращаясь в раскаленный, свеВнтящийся пар.

Блеск головы кометы меняется с приближением к Солнцу очень быстро. Поведение блеска комет меняется не только от кометы к комете, но и у одной кометы на ее пути вокруг Солнца. Это гоВнворит, безусловно, о неустойчивости кометного ядра, о возможности быстрых изменений на его поверхВнности.

Некоторые молекулы кометного газа поглощают солнечный свет, и затем снова его же излучают в той же длине волны. Такое излучение физики называют резонансным. Другие молекулы поглощают энергию Солнца в виде ультрафиолетовых лучей, но излучают их в виде лучей с другой длиной волны, видимых глазу. Такое свечение физики называют флуоресценВнцией.

Спектр головы кометы показывает, что она состоВнит из молекул, т. е. химических соединений, излуВнчающих широкие полосы. Химический состав этих газов удалось выяснить подробнее лишь в течение последних лет. Оказалось, что голова кометы состоит из молекул углерода (Сз), циана (СК), углеводорода (СН). Недавно были обВннаружены гидрид азота, гидроксил (ОН).

В спектре головы кометы, кроме ярких полос, присутствует и непрерывный спектр, который, возВнможно, также принадлежит молекулам газа и не является спектром света, отраженного от Солнца. Однако большинство ученых полагает, что пыль в голове кометы все же должна быть и что из нее же состоят изогнутые хвосты, так как у них тоже наблюдается неВнпрерывный спектр. Если бы в этом спектре удалось обнаружить и темные линии, имеющиеся в спектре Солнца, наличие пыли в хвостах комет было бы доВнказанным.

Хвост кометы, когда он широкий и яркий, иногда обнаруживает непрерывный спектр, свидетельствуВнющий о наличии в нем пыли. По большей части, одВннако, спектр хвоста кометы газовый, обнаруживаюВнщий наличие ионизованных углекислоты СО2, окиси углерода СО, молекул азота N2. Как известно, окись углерода (СО) образуется в печах при неполном сгорании топлива и тоже ядовита, хотя и не так, как циан. Ее называют угарным газом.

5. СТОЛКНОВЕНИЕ ЗЕМЛИ С КОМЕТОЙ

Столкновения Земли с кометой тАФ вот чего стали бояться люди, перестав видеть в кометах предвестВнниц войн. Если говорить о столкновении Земли с твердым ядром кометы, то одно такое ядро, приблизившись к Солнцу на расстояние Земли от Солнца, имеет один шанс из 400 000 000 столкнуться с Землей.

Поскольку в год на этом расстоянии от Солнца проходит около пяти комет в среднем, то ядро какой-либо кометы может столкнуться с Землей в среднем один раз за 80 000 000 лет. Ни сдвинуть Землю с ее пути, ни даже изуродовать ее кометный хвост не сможет. Но не можем ли мы отравиться ядовитыми газами тАФ циаВнном или окисью углерода, имеющимися в коВнмете?

Зная ничтожно малую, почти неосуществимую исВнкусственно в лаборатории плотность комет, что примесь кометных газов к воздуВнху Земли будет совершенно неощутима. Вероятно, ее даже не удастся обнаружить современными методами хиВнмии. В голове или в хвосте кометы при большой скорости движения небесных тел Земля может проВнбыть не дольше нескольких часов. Кометные газы ничтожной плотности примешиваются только к наиВнболее высоким слоям земной атмосферы. Лишь немногие молекулы сумеют за долгий срок, быть может, за годы, добраться до нижних слоев возВндуха. К тому же еще неизвестно, уцелеют ли они на таком пути, испытывая множество столкновений и химичеВнских соединений с молекулами воздуха?

Насколько можно судить по вычислениям, Земля в свое время пересекла хвост кометы 1861 II. Комета Галлея 19 мая 1910 г. была на расстоянии 24 миллионов км от Земли, между нами и Солнцем. Хвост же кометы в эти дни тянулся на 30 миллионов км и, по-видимому, коснулся Земли 19 мая. В этот период не только не произошло ничего особенного, но даже точнейшие химические анализы, как и в 1861 г., не обнаружили никакой примеси посторонних газов в воздухе.

Таким образом, ВлстолкновениеВ» Земли с хвостом кометы, содержащим угарный газ, безопасВнно для всей Земли.

Но что будет, если с Землей все-таки столкнется ядро кометы? Масса кометных ядер, как мы знаем, ничтожно мала в сравнении с Землей. Исследования показали, что твердое вещество в ядре, если оно сплошь каменное, то раздроблено на множество кусков, так что, вероятно, даже самые крупные из них будут размером не больше, чем какая-нибудь Влизбушка на курьих ножкахВ». Если принять, что ядро состоит из смеси льда и пыли, то при полете сквозь атмосферу лед сразу испарится, а пылинки принесут еще меньше вреда, чем при гипотезе о ядре, состоящем из небольших каменных кусков.

Большинство же таких кусочков, составляющих ядро кометы, должно быть еще мельче, иначе поверхВнность ядра была бы недостаточна, чтобы выделять газы с той скоростью, как это наблюдается. Для Земли дробное строение каменных ядер предпочтительнее при встрече с ними. К тому же сопротивление атмоВнсферы сильнее затормозит движение мелких твердых кусков, чем крупных, и ослабит их ударную силу. Куски эти при падении на Землю рассредоточатся и выпадут на расстоянии десятков километров или даже сотен километров друг от друга, а не кучей.

Что же может произойти в результате? В худшем случае легкие местные землетрясения и разрушения на отдельных площадях размером в несколько килоВнметров.

Вероятность попадания осколков кометного ядра в какой-либо город очень мала.

Заключение.

В эпоху, когда астрономия как наука переживала период своего становления, люди изучали небо невооруженным глазом. Поэтому все открываемые в ту пору Влхвостатые звездыВ» были довольно яркими. Когда на помощь астрономам пришел телескоп (с XVII века), кометы стали открывать чаще. Сначала далекие, слабые кометы обнаруживали случайно, при наблюдении других небесных объектов. Потом появились астрономы, упорно обшаривавшие небо в поисках чего-то нового. Через десятки лет на счету таких наблюдателей оказывалось по 5-10, а иногда и больше открытых ими комет. А после того как телескопы стали доступны большому кругу людей, увлекающихся астрономией, появилась целая армия Влохотников за кометамиВ» тАУ бескорыстных и преданных сподвижников науки. Эти любители астрономии внесли огромный вклад в науку о кометах. Так, Ж. Понс, всю свою жизнь прослуживший сторожем на Марсельской обсерватории, открыл за тридцать лет 26 комет (его рекорд держался 165 лет!).

В 1892 году американский ученый Э. Барнард впервые открыл комету на фотопластинке. Это был важный шаг в техническом разВнвитии астрономии, после чего очень скоро фотография окончательно отучила астрономов-профессионалов от визуальных наблюдений. Появившиеся затем новые светосильные фотографические телеВнскопы-фотокамеры оказались очень удобными для поиска слабых небесных объектов. Таким образом, произошло разграничение сфер деятельности между профессионалами и любителями: ученые переВнключились на фотографический поиск и при этом стали открывать слабые, ранее недоступные для наблюдений объекты. А любители продолжали обшаривать небо с помощью своих скромных телескоВнпов.

Казалось бы, в наше время, когда вводятся в строй все новые и новые фотографические инструменты, любители должны оставаться Влне у делВ». Но этого не происходит, и число открытий, сделанных любителями, остается весьма значительным. В 1974 году из пяти новых комет две открыты любителями, в 1987 из семнадцати вновь открытых тАУ семь, в 1988 из пятнадцати тАУ четыре, в 1989 из двадцати тАУ шесть, в 1990 из девяти тАУ две, в 1991 Влвольные охотникиВ» обнаружили три новых (из девятнадцати). Таким образом, как столетие назад, так и в наши дни, любители по-прежнему обнаруживают 20-40 процентов новых комет. И, по всей видимости, до конца эпохи любительства в астрономии еще далеко.

Литература.

Гетман В.С. Внуки солнца: Астероиды, кометы, метеоритные тела. тАУ М.: Наука, 1989.
Емельяненко В.В. Движение почти параболических комет под воздействием малых кометных возмущений // Письма в Астрономический журнал. тАУ 1990. Т.16, №8.
Каймаков Е.А. и др. Кометы на Земле. тАУ Л.: ВлЗнаниеВ» РiСР, 1986.
Ковшун И.Н. И отторгались звезды от неба и падали на землютАж - Киев: Наука, 1990.
Кометы и происхождение жизни: сб. статей под ред. С. Понпамперумы; Пер. с англ. Д.Б. Кирпонина, В.В.Рябина тАУ М.: Мир, 1984.
Марочник Л.С. Свидание с кометой. тАУ М.: Наука, 1985.
Мороз О.П. Свидание с кометой. тАУ М.: Сов. Россия, 1983.
Наука и жизнь. тАУ М.: ВлПрессаВ», №9, 1992.

9. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о вселенной. М.:В»НаукаВ», 1980

Вместе с этим смотрят:

Астрология-этап развития астрономии

Бесконечные воды вселенной

Биографии астрономов

Биографии астрономов_2

Затменно-переменные звёзды и возможности их наблюдений любителями астрономии