Что представляют собой кометы. Движутся ли другие планеты так же, как Земля? Опасность столкновения Земли с кометой

Движение кометы. 4

2. Ядра комет. 12

3. Классификация комет. 15

4. Опасность столкновения Земли с кометой. 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 25

ВВЕДЕНИЕ

Помимо больших планет и астероидов вокруг Солнца движутся кометы. Кометы – самые протяженные объекты Солнечной системы. Слово «комета» в переводе с греческого означает «волосатая», «длинноволосая». При сближении с Солнцем комета принимает эффектный вид, нагреваясь под действием солнечного тепла так, что газ и пыль улетают с поверхности, образуя яркий хвост. Появление большинства комет непредсказуемо. Люди обращали внимание на них с незапамятных времен. Невозможно не заметить на небе зрелища столь редкостного, а значит, ужасающего, пострашнее любого затмения, когда на небе видно туманное светило, иногда настолько яркое, что может сверкать сквозь облака (1577 год), затмевая даже Луну. А из недр незваного небесного гостя вырываются огромные хвосты…

Аристотель в IV веке до н.э. объяснил явление кометы следующим образом: легкая, теплая, «сухая пневма» (газы Земли) поднимается к границам атмосферы, попадает в сферу небесного огня и воспламеняется – так образуются «хвостатые звезды». Аристотель утверждал, что кометы вызывают сильные бури, засуху. Его представления были общепризнанными в течение двух тысячелетий. В средние века кометы считались предвестниками войн и эпидемий. Так вторжение норманнов в Южную Англию в 1066 году связывали с появлением в небе кометы Галлея. С появлением в небе кометы ассоциировалось и падение Константинополя в 1456 году.
Изучая появление кометы в 1577 году, Тихо Браге установил, что она движется далеко за орбитой Луны. Начиналось время исследования орбит комет... Первым фанатиком, жаждущим открытия комет, был служащий Парижской обсерватории Шарль Мессье. В историю астрономии он вошел как составитель каталога туманностей и звездных скоплений, предназначавшегося для поиска комет, чтобы не принимать далекие туманные объекты за новые кометы. В каталог вошли рассеянные и шаровые скопления и галактики. Туманность Андромеды носит по каталогу Мессье наименование М31. За 39 лет наблюдений Мессье открыл 14 новых комет!

В первой половине XIX столетия среди «ловцов» комет особенно отличился Жан Понс. Сторож Марсельской обсерватории, а позднее ее директор, он решил приобщиться к наблюдениям хвостатых «звезд». Понс соорудил небольшой любительский телескоп и, следуя примеру своего соотечественника Мессье, занялся поисками комет. Дело оказалось столь увлекательным, что за 26 лет он открыл 33 новых кометы! Не случайно астрономы прозвали его «Кометным магнитом». Рекорд, установленный Понсом, до сих пор остается непревзойденным.

Кометы открывают ежегодно. В среднем их открывается около 20 в год. Доступно наблюдениям порядка 50 комет, а за всю историю человечества наблюдалось около двух тысяч появлений комет 1 .

Кометы (от греч. kometes, букв. – длинноволосый), тела Солнечной системы, движутся по сильно вытянутым орбитам, на значительных расстояниях от Солнца выглядят как слабо светящиеся пятнышки овальной формы , а с приближением к Солнцу у них появляются «голова» и «хвост».

Центральная часть головы называется ядром. Диаметр ядра 0,5-20 км, масса 1011-1019 кг, ядро представляет собой ледянистое тело – конгломерат замерзших газов и частиц пыли. Хвост кометы состоит из улетучивающихся из ядра под действием солнечных лучей молекул (ионов) газов и частиц пыли, длина хвоста может достигать десятков млн. км. Наиболее известные периодические кометы – Галлея (период Р»76 лет), Энке (Р»3,3 года), Швассмана – Вахмана (орбита кометы лежит между орбитами Юпитера и Сатурна.

1. Понятие, структура , движение кометы.

Комета, небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы – это остатки формирования Солнечной системы, переходная ступень к межзвездному веществу. Наблюдение комет и даже их открытие нередко осуществляются любителями астрономии. Иногда кометы бывают столь яркими, что привлекают всеобщее внимание.

Все или почти все кометы являются составными частями Солнечной системы. Они, как и планеты, подчиняются законам тяготения, но движутся весьма своеобразно. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (которое называют «прямым» в отличие от «обратного») по почти круговым орбитам, лежащим примерно в одной плоскости (эклиптики), а кометы движутся как в прямом, так и обратном направлениях по сильно вытянутым (эксцентричным) орбитам, наклоненным под различными углами к эклиптике. Именно характер движения сразу выдает комету 2 .

Долгопериодические кометы (с орбитальным периодом более 200 лет) прилетают из областей, расположенных в тысячи раз дальше, чем самые удаленные планеты, причем их орбиты бывают наклонены под всевозможными углами.

Короткопериодические кометы (период менее 200 лет) приходят из района внешних планет, двигаясь в прямом направлении по орбитам, лежащим недалеко от эклиптики. Вдали от Солнца кометы обычно не имеют «хвостов», но иногда имеют еле видимую «кому», окружающую «ядро»; вместе их называют «головой» кометы. С приближением к Солнцу голова увеличивается и появляется хвост.

Рис. 1. Структура комет

Хвосты могут иметь разную форму, которая зависит от природы частиц, его составляющих: на частицы действует сила гравитационного притяжения, зависящая от массы частицы, и сила давления света, зависящая от площади поперечного сечения частиц. Маленькие частицы будут легче уноситься светом прочь от Солнца, а большие будут охотнее к нему притягиваться. Соотношение двух сил и определяет степень изогнутости кометного хвоста. Газовые хвосты будут направлены прочь от Солнца, а корпускулярные, пылевые, будут отклоняться от этого направления. У кометы может быть даже несколько хвостов, состоящих из частиц разного рода. Бывают и совсем аномальные случаи, когда хвост вообще направлен не от Солнца, а прямо к нему. Видимо, такие хвосты состоят из довольно тяжелых и больших пылевых частиц. Плотность кометного хвоста , простирающимся иногда на десятки и даже сотни миллионов километров, ничтожна, так как состоит он только из разреженного светящегося газа и пыли. При сближении кометы с Солнцем хвост может разделиться, приобретая сложную структуру. Голова же кометы увеличивается до максимального размера на расстояниях 1,6-0,9 а.е., а затем уменьшается.

В центре комы располагается ядро – твердое тело или конгломерат тел диаметром в несколько километров. Практически вся масса кометы сосредоточена в ее ядре; эта масса в миллиарды раз меньше земной. Согласно модели Ф.Уиппла, ядро кометы состоит из смеси различных льдов, в основном водяного льда с примесью замерзших углекислоты, аммиака и пыли. Эту модель подтверждают как астрономические наблюдения, так и прямые измерения с космических аппаратов вблизи ядер комет Галлея и Джакобини – Циннера в 1985–1986 3 .

Когда комета приближается к Солнцу ее ядро нагревается, и льды сублимируются, т.е. испаряются без плавления. Образовавшийся газ разлетается во все стороны от ядра, унося с собой пылинки и создавая кому. Разрушающиеся под действием солнечного света молекулы воды образуют вокруг ядра кометы огромную водородную корону. Помимо солнечного притяжения на разреженное вещество кометы действуют и отталкивающие силы, благодаря которым образуется хвост. На нейтральные молекулы, атомы и пылинки действует давление солнечного света, а на ионизованные молекулы и атомы сильнее влияет давление солнечного ветра.

Поведение частиц, формирующих хвост, стало значительно понятнее после прямого исследования комет в 1985–1986. Плазменный хвост, состоящий из заряженных частиц, имеет сложную магнитную структуру с двумя областями различной полярности. На обращенной к Солнцу стороне комы формируется лобовая ударная волна, проявляющая высокую плазменную активность. Хотя в хвосте и коме заключено менее одной миллионной доли массы кометы, 99,9% света исходит именно из этих газовых образований, и только 0,1% – от ядра. Дело в том, что ядро очень компактно и к тому же имеет низкий коэффициент отражения (альбедо).

Потерянные кометой частицы движутся по своим орбитам и, попадая в атмосферы планет, становятся причиной возникновения метеоров («падающих звезд»). Большинство наблюдаемых нами метеоров связано именно с кометными частицами. Иногда разрушение комет носит более катастрофический характер. Открытая в 1826 комета Биелы в 1845 на глазах у наблюдателей разделилась на две части. Когда в 1852 эту комету видели в последний раз, куски ее ядра удалились друг от друга на миллионы километров. Деление ядра обычно предвещает полный распад кометы. В 1872 и 1885, когда комета Биелы, если бы с нею ничего не случилось, должна была пересекать орбиту Земли, наблюдались необычайно обильные метеорные дожди. Иногда кометы разрушаются при сближении с планетами. 24 марта 1993 на обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии астрономы К. и Ю.Шумейкеры совместно с Д.Леви открыли недалеко от Юпитера комету с уже разрушенным ядром. Вычисления показали , что 9 июля 1992 комета Шумейкеров – Леви-9 (это уже девятая открытая ими комета) прошла вблизи Юпитера на расстоянии половины радиуса планеты от ее поверхности и была разорвана его притяжением более чем на 20 частей. До разрушения радиус ее ядра составлял ок. 20 км.

Таблица 1

Основные газовые составляющие комет

Атомы	Молекулы	Ионы
H	H2O	H2O+
O	OH	H3O+
C	C2	OH+
S	C3	CO+
Na	CN	CO2+
Fe	CH	CH+
Co	CO	CN+
Ni	HCN
	HCO

Растянувшись в цепочку, осколки кометы удалились от Юпитера по вытянутой орбите, а затем в июле 1994 вновь приблизились к нему и столкнулись с облачной поверхностью Юпитера.
При каждом сближении с Солнцем комета теряет некоторую часть своей массы в виде газа и пыли, выбрасываемых в голову и в хвост. При этом головы комет иногда достигают размеров, превышающих размеры Солнца, а хвосты имеют порой длину больше 1 а.е. Комета 1888 года имела хвост, размеры которого превосходили расстояние от Солнца до Юпитера!

Как показывают спектральные исследования, в комете содержатся и газовая, и пылевая составляющие; последняя светит только отраженным солнечным светом. То же можно утверждать относительно самой яркой центральной части головы кометы, которую наблюдатели обычно называют ядром. В 1986 комету Галлея исследовали АМС «Вега-1», «Вега-2», «Джотто». Ядро кометы Галлея представляет собой космическое тело размером 14×7,5×7,5 км и массой 6∙1014 кг. Ядро кометы медленно вращается с периодом 53 часа. Поверхность кометы очень темная, альбедо 0,04. Температура поверхности на расстоянии 0,8 а.е. была около 360 К. В выбрасываемых струях были обнаружены углекислый газ и пыль. Каждую секунду возле перигелия комета выбрасывает 45 тонн газа и 8 тонн пыли.

Рис. 2 Ядро кометы Галлея, сфотографированное космическим аппаратом «Джотто». Март 1986 года.

Согласно гипотезе известного американского исследователя Фреда Уипла, кометное ядро представляет собой ледяную глыбу, состоящую из смеси замерзшей воды и замороженных газов с вкраплениями тугоплавких каменистых и металлических частиц, метеорного вещества. Образно говоря, оно похоже на «загрязненный айсберг». «Льды» кометного ядра состоят из простых соединений водорода, кислорода, углерода и азота, и с приближением такого айсберга к Солнцу они начинают интенсивно испаряться. Тогда все включенные в льды глыбы и камни с поперечником от нескольких метров до сантиметров и миллиметров обнажаются и в свою очередь выделяют адсорбированные газы и поставляют пыль. Они могут образовать рой самостоятельных глыб и камней. Фонтаны газа даже могут изменить орбиту кометы. Вокруг ядра образуется обширная светящаяся газовая оболочка – кома. Вместе с ядром она составляет голову кометы.

Дальнейшее сближение кометы с Солнцем приводит к тому, что ее голова становится овальной, затем удлиняется и из нее развивается хвост. Чаще всего хвосты комет направлены от Солнца из-за давления солнечного света на молекулы газов и пылинки, выделяющиеся из кометного ядра.

Ядро кометы не твердое единое тело, пусть даже астероидных размеров, а совокупность отдельных тел. Эти тела (глыбы, камни, песчинки, пылинки) слабо связаны между собой, но все-таки образуют до поры до времени единое целое. Однако с каждым приближением к Солнцу периодическая комета становится все слабее. Некоторые из них достаточно «сильны»: так комета Галлея с более длинным периодом , 76 лет, наблюдается с 466 года до н. э. За минувшие тысячелетия она 32 раза проходила перигелий.

Комета Энке с периодом 3,3 года была открыта в 1786 году и пережила за это время не один десяток своих хвостов. Однако и у нее за эти два столетия абсолютная звездная величина увеличилась не менее чем на 2m. А есть такие, которые «не выдерживают» более двух-трех сближений с Солнцем и, распадаясь, порождают метеоритный рой, продолжающий двигаться по старой орбите. При его встрече с Землей мы наблюдаем метеорный поток 4 .

Рис. 4. Модель кометы

Нередки случаи, когда кометы дробятся на несколько частей, демонстрируя тем самым малую связанность ее вещества. Классическим примером является комета Биэлы. Она была открыта в 1772 году и наблюдалась в 1815, 1826 и 1832 годах. В 1845 году размеры кометы оказались увеличенными, а в январе 1846 года наблюдатели с удивлением обнаружили две очень близкие кометы вместо одной. Были вычислены относительные движения обеих комет, и оказалось, что комета Биэлы разделилась на две еще около года назад, но вначале компоненты проектировались один на другой, и разделение было замечено не сразу. Комета Биэлы наблюдалась еще один раз, причем один компонент был много слабее другого. Больше найти ее не удалось. Зато неоднократно наблюдался метеорный поток, орбита которого совпадала с орбитой кометы Биэлы.

Рис. 5. Комета Галлея 12 марта 1986 года. Хорошо заметны белый пылевой и синий плазменный хвосты.

Две «царапающие» кометы впервые наблюдались со спутника «SOLWIND» в непосредственной близости от Солнца в тени от искусственного диска. Он был выдвинут на много метров вперед от прибора и создавал имитацию солнечного затмения при отсутствии атмосферных помех. В январе и июле 1981 года кометы наблюдались на расстояниях от Солнца, немного превышающих его радиус, и даже в солнечной короне не прекращали своего существования 5 .

Можно с уверенностью утверждать, что вся пылевая составляющая этих комет испарилась в солнечной короне, но более крупные тела, входившие в ядро кометы (каменные глыбы), «пережили» чрезвычайно высокую температуру в течение нескольких часов пребывания в короне и вырвались по первоначальной орбите, удаляясь от Солнца как скопление малых твердых тел и уже невидимые. С тех пор регулярно открывают кометы, пролетающие около Солнца.

2. Ядра комет.

При решении проблемы о происхождении комет нельзя обойтись без знания химического состава вещества их ядер. Предположение о том, что причиной увеличения яркости комет и появления у них хвостов при сближении с Солнцем является присутствие льдов в их ядрах было высказано С.К. Всехсвятским в 1948 г., хотя близкие по смыслу идеи высказывались еще П.С. Лапласом и Ф. Бесселем.
Подробная модель кометных ядер была предложена Ф. Уипплом двумя годами позже. Согласно этой модели ядро кометы представляет собой ком из "грязного снега", то есть сравнительно рыхлое образование из комков льдов разного состава (воды, аммиака, метана и углекислого газа) смерзшиеся с пылью и отдельными фрагментами горных пород. Возрастание блеска кометы объясняется ее нагреванием при сближении с Солнцем и потерей массы ее ядром вследствие испарения (точнее сублимации, то есть переходом вещества из твердой фазы сразу в парообразную, минуя жидкую).

Если у новых или "молодых" комет, которые совершили всего одно или несколько прохождений через перигелий этот процесс идет очень интенсивно, так как они состоят из реликтовых (неизмененных) льдов, то у "старых" комет при возвращениях к Солнцу испарение вещества все больше замедляется по причине накопления на поверхности их ядер тугоплавких частичек (пыли и более крупных силикатных фрагментов) и образования защитной корки, которая предохраняет оставшийся под ней лед от дальнейшего испарения. Если исходить из модели Уиппла, то льды разных летучих соединений должны были бы испаряться с разными скоростями и, что самое главное – при разных температурах , а значит, на разных расстояниях от Солнца. Но это не было подтверждено спектральными наблюдениями. Поэтому в 1952 г. модель Уиппла была усовершенствована П. Свингсом и А. Дельземом. Они предположили, что в кометные ядра входят не чистые льды различных летучих соединений веществ, а их гидраты.

В каждое из таких соединений наряду с "родительской" молекулой данного вещества входят и несколько молекул воды, число которых определяется свойствами "родительской" молекулы. Такие сложные гидраты могут образовываться в космическом вакууме при очень низких температурах. По физическим свойствам все они очень похожи и, в частности, испаряются примерно при одинаковой температуре и с близкими скоростями. Наиболее правдоподобной для "новых" комет в настоящее время считается модель, в которой ядро кометы представляется как очень рыхлое образование, типа гигантского снежного кома 6 .

После многократных прохождений вблизи Солнца "новая" комета стареет, то есть ее ядро уменьшается в размерах за счет потери большей части летучих соединений и покрывается коркой из нелетучих соединений. С другой стороны, ядра "старых" комет, к которым относится и комета Галлея, хорошо описываются "пятнистой" моделью. Название этой модели связано с предположением о том, что в поверхностной теплоизолирующей корке имеются дыры, трещины или другие обнажения подкоркового вещества с высоким содержание летучих соединений, из которых происходит интенсивная сублимация этих веществ, вплоть до истечения газовых струй, способных вызывать реактивные ускорения кометного ядра.

Практически вся масса вещества кометы заключена в ее ядре. Массы ядер комет, вероятно, находятся в пределах от нескольких тонн (мини-кометы) до 1011-1012 т. Массы кометных ядер в большинстве случаев определить пока не удается по причине их малости.

Более или менее точно удалось оценить только массу ядра кометы Галлея по его гравитационному влиянию на космические аппараты "ВЕГА-1 и -2" (СССР) аппарат "Джотто" (Европейское космическое агентство), сближавшиеся с ним в марте 1986 г. В тот момент масса ядра кометы была близка к 6х1011 т.

Тогда были получены и другие чрезвычайно интересные результаты. Было обнаружено, что ядро кометы Галлея представляет собой ледяную глыбу, напоминающую по форме стоптанный башмак 7 . Размер этого тела вдоль большой оси был равен примерно 14 км, а вдоль двух малых осей - примерно по 7,5 км. Ядро кометы вращается вокруг малой оси, проходящей через "каблук", с периодом равным 53 ч. Температура поверхности кометы на ее расстоянии 0,8 а.е. от Солнца была примерно равна 360 К или 87° по Цельсию.

Поверхность ядра кометы оказалась очень темной и отражает только 4% падающего на него света. Для сравнения напомним, что поверхность Луны в среднем отражает 7%, а поверхность Марса 16% падающего света. Скорее всего, ледяное тело кометы действительно покрыто теплоизолирующим слоем из тугоплавких частиц (металлов, серы, кремния, их окислов и других соединений) о существовании которого предполагал Уиппл в своей модели. Там где лед тает, струи водяного пара , углекислого и других газов вместе с пылью вырываются из-под корки (это можно видеть на снимке).

Было подсчитано, что в момент прохождения перигелия комета за каждую секунду теряет около 45 т газообразных соединений и 5-8 т пыли. По оценкам запасов летучего вещества комете Галлея должно хватить на сотню тысяч лет. За это время она может еще совершить около 1300 оборотов вокруг Солнца, а затем, вероятно, пополнит число вымерших комет. Это бывшие ядра комет, которые уже не проявляют никаких признаков кометной активности и по наблюдаемым характеристикам ничем не отличаются от астероидов.

Рис. 6. Ядро кометы Галлея в условных цветах. Размеры ядра кометы составляли примерно 16x8x8 км. По отражательной способности - это одно из наиболее темных тел в Солнечной системе, его альбедо около 0.03.

3. Классификация комет.

Кометы делят на два основных класса в зависимости от периода их обращения вокруг Солнца. Короткопериодическими называют кометы с периодами обращения менее 200 лет, а долгопериодическими – с периодами более 200 лет. Совсем недавно можно было наблюдать яркую долгопериодическую (с периодом около 4000 лет) комету Хейла-Боппа (на фотографии), которая впервые появилась в ближних окрестностях Солнца 8 .

Рис. 7. Комета Хейла-Боппа

Название кометы состоит из фамилий ученых, обнаруживших ее в июле 1995 г. Сейчас уже обнаружено около 700 долгопериодических комет, из которых примерно 30 имеют маленькие перигелийные расстояния и называются "царапающими" Солнце кометами. Примерно шестая часть всех известных долгопериодических комет – "новые", то есть они наблюдались только в течение одного сближения с Солнцем. Очевидно , что их расчетная орбита получается незамкнутой (параболической), поэтому их еще называют параболическими. Наклоны орбит долгопериодических комет по отношению к плоскости эклиптики распределены случайным образом.
Голландский астрофизик Ян Оорт, проанализировав распределение орбит известных в то время 19 долгопериодических комет, обнаружил, что большие полуоси их первичных орбит группируются к области, удаленной на расстояния более 200000 а.е. Оорт предположил, что Солнечная система окружена гигантским облаком кометных тел или ледяных планетезималей (по его оценке насчитывающим до 1011 тел), находящихся на расстояниях от 2х104 до 2х105 а.е.

Если в 1950 г. Оорт исходил из предположения о том, что эти тела были "заброшены" на такие расстояния в результате взрыва гипотетической планеты (которая раньше якобы существовала на месте современного главного пояса астероидов), то уже в 1951 г. он перешел к представлениям, совпадающим с выводами представителей шмидтовской школы, которые показали , что в процессе роста планет-гигантов (в первую очередь Юпитера и Сатурна), при достижении ими достаточно большой массы их гравитационные возмущения становятся настолько сильными, что начинается массовый выброс ими более мелких первичных тел (планетезималей) из ближайших к их орбитам кольцевых зон.

Этот процесс не только повлиял на пояс астероидов и планеты земной группы, но заодно мог создать на периферии Солнечной системы резервуар кометных тел, из которого они приходят сейчас. Это кометное облако в дальнейшем стали называть "облаком Оорта".

Короткопериодических комет сейчас известно более 200. Как правило, их орбиты расположены очень близко к плоскости эклиптики. Все короткопериодические кометы являются членами разных кометно-планетных семейств. Самое большое такое семейство принадлежит Юпитеру, – это кометы (их известно около 150), у которых афелийные расстояния (от Солнца до точки наибольшего удаления) близки к большой полуоси орбиты Юпитера равной 5,2 а.е. Периоды обращения вокруг Солнца комет семейства Юпитера заключены в пределах 3,3 – 20 лет (из них наиболее часто наблюдаемые – Энке, Темпеля-2, Понса -–Виннеке, Фая и др.).

У других крупных планет семейства комет существенно меньше: сейчас известно около 20 комет семейства Сатурна (Тутля, Неуймина-1, Ван Бисбрука, Гейла и др. с периодами обращения вокруг Солнца в 10-20 лет), всего несколько комет семейства Урана (Кроммелина, Темпеля-Тутля и др. с периодами обращения 28-40 лет) и около 10 – семейства Нептуна (Галлея, Ольберса, Понса-Брукса и др. с периодами обращения 58-120 лет) 9 .

Считается, что все эти короткопериодические кометы вначале были долгопериодическими, но в результате длительного гравитационного влияния на них больших планет они постепенно перешли на орбиты, связанные с соответствующими планетами и стали членами их кометных семейств. Было показано, что преобладание по численности комет семейства Юпитера является следствием его значительно большего гравитационного влияния на эти тела по сравнению с другими планетами (в 10 раз превышающего влияние Сатурна и в 100 и более раз – гравитационное воздействие любой другой планеты). Из всех известных короткопериодических комет самый маленький период обращения вокруг Солнца у кометы Энке, входящей в семейство Юпитера, – 3,3 земных года.

Эта комета наблюдалась максимальное количество раз при сближениях с Солнцем: 57 раз в течение примерно 190 лет. Но все же наиболее известной в истории человечества является комета Галлея, входящая в семейство Нептуна. Имеются записи о ее наблюдениях начиная с 467 г. до н. э. За это время она проходила вблизи Солнца 32 раза, учитывая, что период ее обращения вокруг Солнца равен 76,08 годам.

4. Опасность столкновения Земли с кометой.

При прохождении Земли через кометные хвосты не было замечено никаких, даже самых незначительных эффектов. Опасность для Земли могут представлять только кометные ядра. Подтверждением этому, скорее всего, служит падение Тунгусского метеорита 30 июня 1908 г. в безлюдном таежном районе Сибири. Одно из основных свидетельств в пользу кометного происхождения Тунгусского метеорита состоит в отсутствии каких-либо обломков упавшего тела , то есть собственно метеорита. Наиболее вероятно, что это тело состояло из замерзших летучих веществ и полностью испарилось при резком торможении и взрыве в земной атмосфере. Однако испарения, то есть мельчайшие капельки вещества, должны были все же попасть на земную поверхность вблизи места взрыва. Поэтому еще одним подтверждением кометной природы этого тела считается химический состав вещества, найденного на месте катастрофы. Он очень похож на тот, что был определен по спектрам метеоров Драконид в земной атмосфере 10 .
Сейчас установлено, что метеорный поток Драконид произошел при распаде кометы Джакобини-Циннера. Кроме того, ученые И.Т. Зоткин и Л. Кресак независимо друг от друга показали , что координаты радианта Тунгусского метеорита (того направления, откуда он двигался) совпадают с координатами радианта метеорного потока Таурид, связанного с кометой Энке. Мы только отметим, что наибольшую опасность представляют собой массивные долгопериодические кометы, хотя они и попадают в зону планет земной группы примерно в десять раз реже, чем короткопериодические.

Их появление чаще всего бывает неожиданным из-за произвольной ориентации плоскостей орбит и больших или очень больших периодов обращения. Более того, многие из этих комет – апериодические, то есть движутся по незамкнутым траекториям (параболическим или гиперболическим) и поэтому действительно являются новыми. У этих комет возможна более высокая скорость столкновения с Землей – до 72 км/с (на встречных траекториях), что может привести к глобальным катастрофическим последствиям – вплоть до уничтожения всей человеческой цивилизации.

Возможность подобных катастрофических событий подтверждается многими фактами. Во-первых , к настоящему времени на поверхности Земли обнаружено свыше 230 больших ударных кратеров. Конечно, большинство этих кратеров, скорее всего, были образованы при падении на земную поверхность каменистых тел, которые могут пронизывать земную атмосферу практически не разрушаясь. Вполне вероятно, что какая-то часть кратеров была образована и крупными кометными ядрами или телами промежуточного состава. Но столкновения с кометами могут приводить не только к катастрофическим последствиям. Ряд ученых считает, что сразу после своего формирования при высоких температурах и охлаждения земная поверхность была очень сухая (например, как сейчас лунная), и что практически вся вода и другие летучие соединения были доставлены потоком комет, обрушившимся в то время на Землю. Кстати , кометы могли доставить не только воду, но и сложные органические соединения, возникновение которых в земных условиях, как некоторые полагают, было маловероятным , и таким образом создали основу для зарождения простейших организмов.

Хотя это пока и гипотезы, но кроме Тунгусского явления, есть и другие факты, подтверждающие падения ядер комет в прошлом на Землю. Например, одно из наиболее массовых вымираний флоры и фауны за последние 230 млн. лет произошло 65 млн. лет назад (между мезозойской и кайнозойской биологическими эрами или на рубеже мелового и третичного геологических периодов), когда исчезло около 2/3 всех живых организмов, включая динозавров. С этим же моментом в геологических отложениях земной поверхности связан слой с повышенным содержанием чрезвычайно редкого на Земле элемента иридия.

Ученые Л. Альварес и С. Ванденберг показали, что содержание этого элемента в тот период на земной поверхности могло резко увеличиться в результате падения крупного кометного ядра (с поперечником около 10 км), имевшего повышенное содержание иридия. Был даже найден кратер с подходящим возрастом и соответствующими морфологическими особенностями, который мог возникнуть при таком событии. Этот кратер, по имени Чиксулуб, имеет диаметр 180 км и находится на полуострове Юкатан в Мексике. Но причиной вымирания живых организмов тогда могла быть не повышенная концентрация иридия, а сильнейший взрыв, вызванный столкновением кометного ядра с земной поверхностью, который привел к выбросу в атмосферу (в том числе в ее верхние слои) огромного количества пыли.

Глобальное запыление атмосферы неизбежно приводит к резкому падению температуры ее нижних слоев (на 10 и более градусов), так как пыль экранирует поток солнечного излучения. Такое изменение средней температуры может сохраняться до 1 года – так называемый эффект "ядерной зимы" (он также неизбежен при массовом применении ядерного оружия, откуда и появилось соответствующее название). Вполне вероятно, что такой эффект, вызванный падением крупного кометного ядра (но это мог быть и астероид) на земную поверхность 65 млн. лет назад, и привел к катастрофической гибели живых организмов.

Еще одно подтверждение реальности столкновений кометных ядер с планетами – уникальное событие, которое произошло "на глазах" у всего современного человечества. Имеется ввиду падение фрагментов кометы Шумейкера-Леви 9 на Юпитер в июле 1994 г.

Рис. 8. (а) Следы падения 8 фрагментов кометы Шумейкеров-Леви-9 на Юпитер.

Рис. 8. (б) Следы падения основной массы фрагментов кометы Шумейкеров-Леви 9 в юпитерианской атмосфере, видимые в ультра-фиолетовом диапазоне.

Эта комета была обнаружена в окрестностях Юпитера в начале 1993 г. уже после того, как распалась на 20 фрагментов, которые распределились вдоль ее орбиты в виде светящегося "небесного ожерелья". Как показало моделирование движения этой кометы "назад", она была либо сорванным "с места" удаленным ледяным спутником Юпитера, либо ранее захваченной планетой-гигантом обычной кометой 11 .

Скорее всего, кометное ядро было разорвано на части приливными силами при близком прохождении к Юпитеру. Падение обломков ядра кометы с размерами от 1 до 10 км со скоростью около 60 км/с происходило с 16 по 22 июля 1994 г. на обратную сторону южного полушария Юпитера. Это не позволило непосредственно наблюдать эффекты столкновений. Но последствия падений становились наблюдаемыми на видимом полушарии Юпитера уже через 40-50 мин. по причине его быстрого вращения. Они были грандиозными. Следы взрывов в виде огромных темных пятен и расходящихся от них кольцевых ударных волн (по диаметру сравнимых с Землей) на фоне юпитерианской атмосферы наблюдались во всех обсерваториях мира.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, кометы – тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов, обычно со светлым сгустком-ядром в центре и хвостом. Вдали от Солнца у комет нет никаких атмосфер и они ничем не отличаются от обычных астероидов. При сближении с Солнцем на расстояния примерно 11 а.е. у них сначала появляется газовая оболочка неправильной формы (кома).

Кома вместе с ядром (телом) называется головой кометы. В телескоп такая комета наблюдается как туманное пятнышко и ее можно отличить по виду от какого-нибудь удаленного звездного скопления только по заметному собственному движению. Затем, на расстояниях 3-4 а.е. от Солнца у кометы, под действием солнечного ветра, начинает развиваться хвост, который становится хорошо заметным на расстоянии менее 2 а.е.
Хотя опасных для Земли комет гораздо меньше, чем АСЗ, динамические и физические особенности комет таковы, что опасность эта вполне реальна. Так как фактор внезапности , непредсказуемости появления играет важную роль, то наибольшую опасность представляют параболические и близпараболические кометы. Среднее количество таких комет, открываемых в год, за последние несколько лет составило 10-15. Наклоны орбит этих комет могут принимать значения от 0 до 180 (в отличие от короткопериодических комет, наклоны орбит которых невелики), а это означает, что для части комет возможно столкновение с Землей на встречных курсах. У этих комет возможна более высокая скорость столкновения с Землей - до 72 км/с (на встречных траекториях), что может привести к глобальным катастрофическим последствиям – вплоть до уничтожения всей человеческой цивилизации.

Как показывает статистика, наибольшее количество таких комет находится на параболических и близпараболических орбитах, то есть они впервые в истории человечества оказываются в области внутренних планет Солнечной системы. По оценкам специалистов, столкновения Земли с такими кометами случаются примерно один раз в 175 млн лет. Учет близпараболических и гиперболических комет увеличивает частоту столкновения с непериодическими кометами и кометами очень долгих периодов до примерно одного столкновения за 110 млн лет.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Агекян Т.А. Звезды, галактики, мегагалактики. – М., Наука, 1981.
2. 
   Воронцов-Вельяминов Б.А.. Очерки о солнечной системе. – М.: «Наука», 1996.
3. 
   Вселенная, астрономия, философия. – М., МГУ, 1988.
4. 
   Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. – М., Знание, 1980.
5. 
   Еремеева А.И. Астрологическая картина мира и ее творцы. – М.: «Наука», 2001.
6. 
   Казютинский В.В. Вселенная Астрономия, Философия. – М., «Знание» 1999.
7. 
   Комаров В.Н. Увлекательная астрономия. – М.: «Наука», 2001.
8. 
   Левитан С.П. Астрономия. – М., «Просвещение» 1994.
9. 
   Паренаго П.П. Новейшие данные о строении Вселенной. – М.: «Правда» 2001.
10. 
    Ровкин В.И. Естествознание для гуманитарев. – Омск, 1993 ч.1, 1995 ч.2.
11. 
    Рябов Ю.А. Движение небесных тел. – М., Наука, 1988.
12. 
    Хеллер А.М., Чернин А.Д. У истоков космологии. – М., Знание, 1991.
13. 
    Ходж П. Галактики. – М., Наука, 1992.
14. 
    Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь, смерть. – М., 1984.

1 Агекян Т.А. Звезды, галактики, мегагалактики. – М., Наука, 1981.

2 Вселенная, астрономия, философия. – М., МГУ, 1988.

3 Левитан С.П. Астрономия. – М., «Просвещение» 1994.

4 Еремеева А.И. Астрологическая картина мира и ее творцы. – М.: «Наука», 2001.

5 Казютинский В.В. Вселенная Астрономия, Философия. – М., «Знание» 1999.

6 Комаров В.Н. Увлекательная астрономия. – М.: «Наука», 2001.

7 Воронцов-Вельяминов Б.А.. Очерки о солнечной системе. – М.: «Наука», 1996.

8 Ровкин В.И. Естествознание для гуманитарев. – Омск, 1993 ч.1, 1995 ч.2.

9 Ходж П. Галактики. – М., Наука, 1992.

10 Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. – М., Знание, 1980.

11 Казютинский В.В. Вселенная Астрономия, Философия. – М., «Знание» 1999.

12 Хеллер А.М., Чернин А.Д. У истоков космологии. – М., Знание, 1991.

В отличие от звезд и планет, которые невооруженный глаз воспринимает как светящиеся точки, комета наблюдается в виде удлиненного пятнышка, в котором при внимательном изучении можно разглядеть относительно яркое сгущение - “голову” и конусообразный “хвост”. При помощи телескопа ежегодно обнаруживают 5-10 комет, но редко какая-нибудь из них настолько яркая, что доступна наблюдению невооруженным глазом. Как и планеты, кометы движутся вокруг Солнца. Но в отличие от планетных орбит траектории движения комет обычно сильно вытянутые. Периоды обращений вокруг Солнца заполняют интервал от нескольких лет (комета Энке - 3,28 года) до нескольких тысяч лет (комета Хейла-Боппа - 3000 лет).

Главная составная часть любой кометы - это ее ядро .

Согласно гипотезе известного американского исследователя комет Фреда Лоуренса Уиппла, кометное ядро представляет собой ледяную глыбу, состоящую из смеси замерзшей воды и замороженных газов с вкраплениями тугоплавких каменистых и металлических частиц . Образно говоря, оно похоже на "загрязненный айсберг".

Представим себе, что мы наблюдаем только что открытую комету, которая находится где-то в окрестностях орбиты Юпитера. Увидав в телескоп бледное туманное пятнышко, похожее на шарообразную туманность (такими непривлекательными представляются наблюдателю далекие кометы), мы, возможно, будем поначалу разочарованы. С приближением кометы к Солнцу поток солнечной радиации возрастает. Кометные "льды" начинают интенсивно испаряться. Вокруг ядра образуется обширная светящаяся газовая оболочка - кома. Вместе с ядром она составляет голову кометы.

Кометы (от греческого kometes, - длинноволосый), тела Солнечной системы, движутся по сильно вытянутым орбитам, на значительных расстояниях от Солнца выглядят как слабо светящиеся пятнышки овальной формы, а с приближением к Солнцу у них появляются «голова» и «хвост». Центральная часть головы называется ядром. Диаметр ядра 0,5-20 км, масса 10 11 -10 19 кг, ядро представляет собой ледянистое тело - конгломерат замерзших газов и частиц пыли. Хвост кометы состоит из улетучивающихся из ядра под действием солнечных лучей молекул (ионов) газов и частиц пыли, длина хвоста может достигать десятков млн. км. Наиболее известные периодические кометы - Галлея (период Р=76 лет), Энке (Р=3,3 года), Швассмана - Вахмана (орбита кометы лежит между орбитами Юпитера и Сатурна).

Дальнейшее сближение кометы с Солнцем приводит к тому, что ее голова становится овальной, затем удлиняется и из нее развивается хвост . Именно из-за хвостов, напоминающих порой распущенные волосы, эти небесные тела стали называть кометами. Кометные хвосты обычно направлены в сторону, противоположную Солнцу. Последнее обстоятельство указывает на существование особой силы, исходящей от лучезарного светила и отталкивающей кометное вещество. В начале XX века после опытов выдающегося русского физика П. Н. Лебедева (1866-1912) стало ясно, что это давление солнечного света на молекулы газов и пылинки, выделяющиеся из кометного ядра.

Ядро кометы, из которого выходят струи газа, плазмы и пыли тем более интенсивные, чем ближе к Солнцу подходит комета, представляет собой огромный (от километра до десятков километров в диаметре) снежный ком. Он состоит из молекул, содержащих водород, кислород (например, H 2 O), углерод и азот, а также из пыли, которая улетучивается по мере сублимации льда (то есть при переходе в газообразное состояние под действием излучения Солнца). В ядре имеются и более крупные твердые частицы.

Под действием солнечного светового давления плазма, газ и пыль, истекающие из ядра, образуют хвост длиною в миллионы и десятки миллионов километров, направленный прочь от Солнца (рис.1).

Подсчитано, что на расстоянии от Солнца, равном среднему радиусу земной орбиты (1 а. е.), пылинка размером в 1/5 микрона будет находиться в равновесии, то есть сила притяжения такой пылинки к Солнцу будет уравновешиваться давлением световых лучей. А для частиц меньших размеров лучевое давление преобладает над силой гравитации, и они будут удаляться от Солнца.

В виде исключения встречаются кометы, имеющие помимо хвоста, направленного от Солнца, еще один прямой хвост, обращенный к светилу. Такой необычный хвост наблюдал в 1835 году немецкий астроном Фридрих Бессель (1784-1846) укометы Галлея. Но наиболее выразительный аномальный хвост был у кометы Когоутека . На него 29 декабря 1973 года обратили внимание американские астронавты, совершавшие полет на орбитальной станции "Скайлэб".

Возникновение аномальных хвостов связано с выбросом из кометных ядер крупных пылевых частиц - размером от 0,1 мм и более значительных. Основное действие на такие частицы оказывает уже не световое давление, а сила гравитации. Устремляясь под ее влиянием к Солнцу, они образуют у кометы необычный, аномальный хвост.

По оценкам ученых, массы кометных ядер могут быть от нескольких тонн у микро-комет до миллиардов, а возможно, и многих триллионов тонн у комет-гигантов. Но чем короче период обращения кометы и, следовательно, чем чаще комета огибает Солнце, тем быстрее подтаивает и "худеет" ее ядро. Фред Л. Уиппл вычислил, что за одно прохождение около Солнца комета может терять путем испарения сотни миллионов тонн летучих веществ и пыли.

В 1908 году наблюдалась комета Морхауза. В ее хвосте были обнаружены частицы вещества, двигавшиеся с очень большими ускорениями. Расчеты показали, что на них действуют силы отталкивания, в тысячу раз превышающие силу притяжения Солнца.

Объяснить это одним световым давлением было невозможно. Пришлось искать другую причину. И такая причина нашлась: виновником оказался солнечный ветер - струи плазмы, непрерывно истекающие из солнечной короны в межпланетное пространство. Открыт этот ветер был уже в наше время с помощью космических аппаратов, но первыми засвидетельствовали его кометы.

Стремительные потоки корпускул солнечного вещества, наталкиваясь на газы и пары в голове кометы, ионизуют их - создают плазму - и уносят кометную плазму на больших скоростях прочь от Солнца. И чем сильнее дует ветер, тем прямее и длиннее у кометы хвост. Но если пылевой хвост светит отраженным солнечным светом, то плазменный флуоресцирует, испускает собственные лучи под воздействием ультрафиолетовой радиации центрального светила.

Для проверки кометных гипотез, и прежде всего гипотезы о ледяном ядре, в Ленинградском физико-техническом институте имени академика А. Ф. Иоффе были проведены опыты с искусственными кометными ядрами. Интересные результаты по моделированию кометных явлений были получены физиками Евгением Алексеевичем Каймаковым и Виктором Ивановичем Шарковым. В вакуумной камере, где создавались условия, близкие к условиям космического пространства, они изучали поведение искусственных кометных ядер. В качестве "ядер" использовался чистый и запыленный лед различного химического состава. Оказалось, что при облучении такого ядра интенсивным светом, похожим на солнечный, на его поверхности может образоваться матрица, или пылевая корочка. Она обладает высокими теплоизоляционными свойствами, что мешает проникновению солнечного тепла в глубь ядра и сублимации кометного вещества - превращению льдов в пар, минуя жидкое состояние.

Достаточно крупные пылинки и камешки постепенно распределяются вдоль кометной орбиты. Если она пересекает орбиту Земли, то в определенное время года, когда Земля близка к соответствующей точке пересечения, можно наблюдать множество метеоров (“падающих звезд”). Метеор - это не что иное, как световое явление (на высотах 80 - 120 км), возникающее при вторжении в земную атмосферу метеорного тела - частички бывшей кометы . Частицы настолько малы, что они полностью разрушаются, не успевая достичь поверхности Земли. Они дают знать о себе внезапно появляющейся и быстро исчезающей полоской света. Если такие полоски изобразить на звёздной карте, то окажется, что их линии пересекутся приблизительно в одной и той же точке. Ее называют радиантом метеорного потока , рис.2.

В среднем, после полуночи метеоры наблюдаются в два раза чаще, чем в первой половине ночи. Одно из объяснений состоит в том, что во втором случае явление метеора вызывают метеороиды, догоняющие Землю (при ее движении вокруг Солнца). Относительная скорость частиц при вхождении в атмосферу меньше, чем в том случае, когда они движутся навстречу Земле (так бывает после полуночи). Кроме того, как показывают наблюдения, больше всего метеоров появляется с июля по ноябрь. Методом радиолокации метеоры (а точнее, ионизированный воздух метеорного следа) можно наблюдать и в дневное время. Невооруженным глазом такие метеоры можно было бы заметить только во время полного солнечного затмения.

Метеоры, не уступающие в яркости молодой Луне, называют болидами . Их, в принципе, можно наблюдать в любое время суток, но встречаются они очень редко. Полёт метеорного тела, вызывающего явление болида, в некоторых случаях заканчивается падением метеорита. Чтобы облегчить его поиски, следует засечь максимальную угловую высоту болида над горизонтом и запомнить направление на точку пересечения траектории болида с горизонтом.

Явление болида иногда сопровождается звуковыми эффектами (постепенно затухающий гром, иногда - шелест).

Наиболее яркие болиды обычно связаны с крупными метеороидами, прилетающими из пояса астероидов. Метеоры, не входящие в известные метеорные потоки, называют спорадическими. Ниже приводятся примеры метеорных потоков.

Кассиопеиды . Радиант находится в созвездии Кассиопея. Наибольшая активность приходится на 28 июля.

Существует поверье, что если успеть загадать желание пока наблюдается метеор, то оно обязательно исполнится. Метеор как бы проверяет силу желания. Если экзамен выдержан, то тем самым подтверждается решимость бороться за исполнение желания. Но очень трудно бывает успеть вспомнить и проговорить желание за те доли секунды, пока длится явление метеора.

Галактика и метагалактика. Единство химического состава тел Вселенной и Земли. Гипотезы о происхождении планет Солнечной системы. Достижения науки в изучении и покорении Космоса.