Кометы, особенности их строения и движения вокруг Солнца

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 10¹¹-10¹⁹кг, 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, H₂O), 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.

Рис.1.

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) у кометы 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.

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.

Персеиды. Персей - 11-12 августа.

Авригиды. Возничий - 30 августа.

Ориониды. Орион - 22 октября.

Геминиды. Близнецы - 13 декабря.

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.