В связи с проблемой астероидной опасности особый интерес представляет таксономия астероидов, сближающихся с Землей. К настоящему времени таксономическая информация имеется для 370 АСЗ и 100 марс-кроссеров (астероидов, заходящих внутрь орбиты Mарса). 252 наблюдения АСЗ и марскроссеров были выполнены по единой методике в ходе спектроскопического обзора малых астероидов, проводившегося в период с 1994 г. по 2002 г. (см. http://smass.mit.edu). Результаты представлены в работе [Binzel et al., 2004]. В ходе обзора были найдены представители 25 из перечисленных выше 26 классов астероидов, содержащихся в таксономии по Басу (рис. 3.29), в том числе и два представителя редкого класса D, который характерен для астероидов внешней части пояса, прежде всего для троянцев и группы Гильды. Почти 90 % исследованных астероидов попадают в широкие комплексы S [S, Sa, Sk, Sl, Sr, K, L, Ld], Q [Q, Sq], X [X, Xc, Xk] и C [B, C, Cb, Сg, Cgh, Сh] (в квадратных скобках указаны классы, входящие в комплексы).
Из рисунка 3.29 видно, что среди АСЗ преобладают светлые астероиды (со сравнительно большими альбедо), относящиеся к комплексам S и Q. Они составляют 2/3 от общего числа АСЗ. Астероиды, принадлежащие к классам с низким альбедо (комплекс С, класс D) оказываются в меньшинстве. В Главном поясе, рассматриваемом как целое, имеет место противоположное соотношение. Быть может, все дело в наблюдательной селекции, которая «работает» в пользу более светлых и потому более заметных астероидов? В работах [Lupishko and Di Martino, 1998; Д. Лупишко, T. Лупишко, 2001] показано, что хотя селекция действительно увеличивает число открытых и классифицированных светлых астероидов, тем не менее, преобладание S-и Q-астероидов среди АСЗ является реальным.
Рис. 3.29. Число астероидов различных таксономических классов в популяции АСЗ [Binzel et al., 2004]. Число астероидов классов S и Sq указано в скобках рядом с обозначением класса. Классификация соответствует работе [Bus and Binzel., 2002b]
Этот вывод нашел подтверждение в работах [Binzel et al., 2002; Stuart and Binzel, 2004]. В них построены исправленные за наблюдательную селекцию распределения астероидов по таксономическим классам, с одной стороны, в Главном поясе, а с другой стороны, для АСЗ. В то время как для АСЗ отношение числа астероидов комплекса C к числу астероидов комплекса S составляет 0,75, в Главном поясе это отношение равно 1,8. Естественное объяснение этому факту заключается в том, что пополнение популяции АСЗ происходит в основном за счет астероидов, движущихся ближе к внутреннему краю пояса, где соотношение между светлыми и темными астероидами ближе к тому, что имеет место среди АСЗ.
Здесь уместно вновь вернуться к вопросу о том, вещество какого типа астероидов является аналогом обыкновенных хондритов, составляющих примерно 80 % всех метеоритов, наблюдавшихся при падении. По спектральным характеристикам наиболее близки к обыкновенным хондритам астероиды класса Q. Но эти астероиды не представлены в Главном поясе, и даже среди АСЗ их существенно меньше, чем астероидов класса S (отношение их числа равно 80/125). Почему же среди метеоритов доминируют обыкновенные хондриты? В ряде работ было показано, что спектры S-астероидов демонстрируют определенную тенденцию приближения к спектрам Q-астероидов и обыкновенных хондритов по мере уменьшения размеров астероидов. Возможное объяснение этой тенденции заключается в следующем. С уменьшением размеров астероида уменьшается и средняя продолжительность его существования как консолидированного тела до его распада в результате столкновения с другими телами. В результате можно утверждать, что по мере уменьшения размеров исследуемых астероидов наблюдатели имеют дело со все более «молодыми», все более свежими поверхностями. Отсюда вытекает, что указанная выше тенденция может быть вызвана постепенным изменением отражательных свойств S-астероидов под влиянием «космического выветривания» [Binzel et al., 2002]. Подобное изменение оптических свойств поверхности может происходить в результате осаждения на ней субмикроскопических частиц железа, что ведет по мере их накопления к ее постепенному «покраснению» (сдвигу максимума отражения в сторону более длинных волн). Поскольку столкновения являются случайным процессом, то не все малые тела одного размера имеют поверхности одинакового возраста. Зависимость оптических свойств от размера может проявляться только как тенденция. В работе [Binzel et al., 2004] показано, что по мере перехода от стометровых тел к телам пятикилометрового размера действительно статистически наблюдаются подобные изменения, которые соответствуют переходу от Q-астероидов к S-астероидам. Тем самым открывается путь к объяснению связи обыкновенных хондритов с наиболее распространенным на внутреннем крае пояса и среди АСЗ классом астероидов.
Другим веским подтверждением этой связи явились результаты исследования достаточно типичного S-астероида (433) Eros с помощью космического аппарата NEAR. По данным различных приборов, установленных на аппарате, элементный состав Эроса согласуется с составом обыкновенных хондритов, хотя зафиксирован недостаток серы. Вещество Эроса может быть подобным обыкновенным хондритам, хотя отнести его состав к определенной петрологической группе не удается [Chang, 2002].
В разделе 3.7 указывалось, что существуют вполне определенные динамические пути переноса вещества астероидов и комет из области Главного пояса в область движения планет земной группы. В работе [Binzel et al., 2004] эта связь между различными областями в поясе астероидов и различными группами АСЗ прослежена с точки зрения их физических свойств и минералогического состава. Так, например, АСЗ типа E происходят из областей вблизи внутреннего края Главного пояса (район группы Венгрии), АСЗ типа С происходят из центральной и внешней частей пояса, АСЗ типа Р – из внешней части пояса. Небольшие по размеру астероиды типа V, встречающиеся почти исключительно среди АСЗ, попали в этот район посредством мощных и «быстродействующих» резонансов ν6 и 3:1, о чем свидетельствует их отсутствие среди марс-кроссеров. Их происхождение, скорее всего, связано с астероидом (4) Веста, имеющим тот же самый таксономический тип. Определенные выводы делаются также относительно вклада комет в популяцию АСЗ. Среди АСЗ типов С, D и Х c низким альбедо преобладают астероиды,
имеющие так называемую постоянную Тиссерана, меньшую или равную 3 (такое значение постоянной может являться результатом гравитационного взаимодействия тела с Юпитером при их тесном сближении; оно характерно для комет семейства Юпитера). По оценкам авторов работы, до 10–18 % популяции АСЗ в пределах любого заданного диаметра могут являться угасшими кометами. Ранее упоминалось, что в работе [Bottke et al., 2002] вклад комет семейства Юпитера в АСЗ оценивался в 6 %. Видимое противоречие с результатами [Binzel et al., 2004] объясняется тем, что в первом случае подсчеты делались в пределах заданной звездной величины. Учет поправки за наблюдательную селекцию делает обе оценки эквивалентными [Lupishko et al., 2007].
Глава 4
4.1. Кометы как опасность для Земли
Из рисунка 3.29 видно, что среди АСЗ преобладают светлые астероиды (со сравнительно большими альбедо), относящиеся к комплексам S и Q. Они составляют 2/3 от общего числа АСЗ. Астероиды, принадлежащие к классам с низким альбедо (комплекс С, класс D) оказываются в меньшинстве. В Главном поясе, рассматриваемом как целое, имеет место противоположное соотношение. Быть может, все дело в наблюдательной селекции, которая «работает» в пользу более светлых и потому более заметных астероидов? В работах [Lupishko and Di Martino, 1998; Д. Лупишко, T. Лупишко, 2001] показано, что хотя селекция действительно увеличивает число открытых и классифицированных светлых астероидов, тем не менее, преобладание S-и Q-астероидов среди АСЗ является реальным.
Этот вывод нашел подтверждение в работах [Binzel et al., 2002; Stuart and Binzel, 2004]. В них построены исправленные за наблюдательную селекцию распределения астероидов по таксономическим классам, с одной стороны, в Главном поясе, а с другой стороны, для АСЗ. В то время как для АСЗ отношение числа астероидов комплекса C к числу астероидов комплекса S составляет 0,75, в Главном поясе это отношение равно 1,8. Естественное объяснение этому факту заключается в том, что пополнение популяции АСЗ происходит в основном за счет астероидов, движущихся ближе к внутреннему краю пояса, где соотношение между светлыми и темными астероидами ближе к тому, что имеет место среди АСЗ.
Здесь уместно вновь вернуться к вопросу о том, вещество какого типа астероидов является аналогом обыкновенных хондритов, составляющих примерно 80 % всех метеоритов, наблюдавшихся при падении. По спектральным характеристикам наиболее близки к обыкновенным хондритам астероиды класса Q. Но эти астероиды не представлены в Главном поясе, и даже среди АСЗ их существенно меньше, чем астероидов класса S (отношение их числа равно 80/125). Почему же среди метеоритов доминируют обыкновенные хондриты? В ряде работ было показано, что спектры S-астероидов демонстрируют определенную тенденцию приближения к спектрам Q-астероидов и обыкновенных хондритов по мере уменьшения размеров астероидов. Возможное объяснение этой тенденции заключается в следующем. С уменьшением размеров астероида уменьшается и средняя продолжительность его существования как консолидированного тела до его распада в результате столкновения с другими телами. В результате можно утверждать, что по мере уменьшения размеров исследуемых астероидов наблюдатели имеют дело со все более «молодыми», все более свежими поверхностями. Отсюда вытекает, что указанная выше тенденция может быть вызвана постепенным изменением отражательных свойств S-астероидов под влиянием «космического выветривания» [Binzel et al., 2002]. Подобное изменение оптических свойств поверхности может происходить в результате осаждения на ней субмикроскопических частиц железа, что ведет по мере их накопления к ее постепенному «покраснению» (сдвигу максимума отражения в сторону более длинных волн). Поскольку столкновения являются случайным процессом, то не все малые тела одного размера имеют поверхности одинакового возраста. Зависимость оптических свойств от размера может проявляться только как тенденция. В работе [Binzel et al., 2004] показано, что по мере перехода от стометровых тел к телам пятикилометрового размера действительно статистически наблюдаются подобные изменения, которые соответствуют переходу от Q-астероидов к S-астероидам. Тем самым открывается путь к объяснению связи обыкновенных хондритов с наиболее распространенным на внутреннем крае пояса и среди АСЗ классом астероидов.
Другим веским подтверждением этой связи явились результаты исследования достаточно типичного S-астероида (433) Eros с помощью космического аппарата NEAR. По данным различных приборов, установленных на аппарате, элементный состав Эроса согласуется с составом обыкновенных хондритов, хотя зафиксирован недостаток серы. Вещество Эроса может быть подобным обыкновенным хондритам, хотя отнести его состав к определенной петрологической группе не удается [Chang, 2002].
В разделе 3.7 указывалось, что существуют вполне определенные динамические пути переноса вещества астероидов и комет из области Главного пояса в область движения планет земной группы. В работе [Binzel et al., 2004] эта связь между различными областями в поясе астероидов и различными группами АСЗ прослежена с точки зрения их физических свойств и минералогического состава. Так, например, АСЗ типа E происходят из областей вблизи внутреннего края Главного пояса (район группы Венгрии), АСЗ типа С происходят из центральной и внешней частей пояса, АСЗ типа Р – из внешней части пояса. Небольшие по размеру астероиды типа V, встречающиеся почти исключительно среди АСЗ, попали в этот район посредством мощных и «быстродействующих» резонансов ν6 и 3:1, о чем свидетельствует их отсутствие среди марс-кроссеров. Их происхождение, скорее всего, связано с астероидом (4) Веста, имеющим тот же самый таксономический тип. Определенные выводы делаются также относительно вклада комет в популяцию АСЗ. Среди АСЗ типов С, D и Х c низким альбедо преобладают астероиды,
имеющие так называемую постоянную Тиссерана, меньшую или равную 3 (такое значение постоянной может являться результатом гравитационного взаимодействия тела с Юпитером при их тесном сближении; оно характерно для комет семейства Юпитера). По оценкам авторов работы, до 10–18 % популяции АСЗ в пределах любого заданного диаметра могут являться угасшими кометами. Ранее упоминалось, что в работе [Bottke et al., 2002] вклад комет семейства Юпитера в АСЗ оценивался в 6 %. Видимое противоречие с результатами [Binzel et al., 2004] объясняется тем, что в первом случае подсчеты делались в пределах заданной звездной величины. Учет поправки за наблюдательную селекцию делает обе оценки эквивалентными [Lupishko et al., 2007].
Глава 4
Кометы
Кометы действительно сталкиваются с планетами.
Юджин Шумейкер
4.1. Кометы как опасность для Земли
Кометы, как и астероиды, относятся к малым телам Солнечной системы. Размеры ядер известных комет действительно малы: как правило, они не превышают 50 км, хотя нельзя исключить, что размеры ядер могут достигать сотен километров. Так, диаметр очень яркой кометы Хейла – Боппа (С/Hale – Bopp), которая была в 1000 раз ярче, чем комета Галлея (1P/Halley), приблизительно равен 40 км. Здесь и в дальнейшем мы будем употреблять названия комет, написанные кириллицей, а в скобках при первом упоминании кометы приводить ее латинское название. Кроме этого, в скобках латинская буква и косая черта указывают на вид орбиты кометы: С/ – непериодическая комета или комета, имеющая период обращения вокруг Солнца больше 200 лет, P/ – короткопериодическая комета – период меньше или равен 200 лет. Для короткопериодических комет перед обозначением вида орбиты приводится номер по каталогу Марсдена [Marsden and Williams, 2003].
Доказательством существования больших ядер комет могут служить две занумерованные малые планеты, которые обнаруживают признаки кометной активности. По этой причине они входят также в кометные каталоги. Это малые планеты (2060) Хирон и (4015) Вильсон – Харрингтон, они же комета Хирон (95P/Chiron) и комета Вильсона – Харрингтона (107P/Wilson – Harrington). По имеющимся оценкам (Fernandez et al., 2002), диаметр Хирона составляет около 150 км. Кроме того, считается, что объекты, открытые в поясе Эджворта – Койпера, являются кометами. Этот пояс располагается на периферии нашей Солнечной системы за орбитой планеты Нептун. К настоящему времени обнаружено более 1000 объектов в этом поясе, большинство из которых имеет поперечный размер в несколько сотен километров, а у десяти крупнейших диаметр превышает 1000 км.
Выделяют следующие структурные составляющие кометы при ее движении вокруг Солнца: ядро, кому – газопылевую оболочку, окружающую ядро, газовый хвост, направленный в противоположную от Солнца сторону, и пылевой хвост, как правило, отклоняющийся от направления Солнце – кометное ядро. Строение обычной кометы показано на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Структурные составляющие кометы
Имеются отличительные особенности, которые выделяют кометы из остального ряда малых тел Солнечной системы.
1. Кометы движутся по сильно вытянутым эллиптическим (близпараболическим) орбитам. В результате этого кометы достаточно часто сближаются и даже сталкиваются с планетами. Ярким примером столкновения кометы с планетой явилось столкновение кометы Шумейкеров – Леви 9 (D/Shoemaker – Levy 9; D означает, что комета разрушилась) с Юпитером в 1994 г. Однако существуют и короткопериодические кометы, периоды движения которых вокруг Солнца не больше 200 лет, и они движутся по эллиптическим орбитам с умеренными эксцентриситетами.
2. В ядрах комет имеется большое количество легкоплавких веществ. Поэтому при приближении кометы к Солнцу такие вещества сублимируют (т. е. испаряются, минуя жидкую фазу), и вокруг ядра образуется оболочка – туманная область, называемая комой. Вместе с молекулами с поверхности кометного ядра в кому выносится большое количество мелкой пыли органической и неорганической природы. Под действием давления солнечных лучей и солнечного ветра пылинки и молекулы газа увлекаются в противоположную от Солнца сторону, образуя хвост.
Эта последняя особенность делает кометы одними из самых ярких и впечатляющих объектов на земном небосводе (рис. 4.2). Средние размеры комы составляют порядка 100 тыс. км. Хвосты комет имеют длину 10 млн км, а у некоторых комет достигают 150 млн км. Однако концентрация частиц в коме и хвосте очень низкая – несколько пылинок на сотни кубических метров. Неслучайно кометы иногда называют «видимым ничто».
3. В результате сублимации вещества возникает реактивное давление на поверхность ядра, которое приводит к изменению поступательного и вращательного движения ядра кометы.
Рис. 4.2. Комета Хиакутаки, апрель 1996 г. Снимок получен на камере ВАУ Звенигородской обсерватории ИНАСАН
4. Ядра комет отличаются нестабильностью. Периодически у части комет наблюдаются вспышки яркости, отделение достаточно значительных фрагментов. У нескольких комет ядра разрушились полностью.
Кометы в течение долгого времени были и все еще остаются источником многих страхов и предрассудков. Появление на небе яркой кометы, ее необычный вид с древнейших времен привлекал внимание людей. Слово «комета» появилось очень давно и является производным от греческого слова «кометис» – волосатая. Большой интерес к кометам всегда проявляли астрологи. По сравнению со сложными астрологическими связями планет, астрология комет относительно проста – это небесный беспорядок. По мнению Уильяма Шекспира, появление кометы предвещает перемены времени и состояний, является предвестницей всяческих неприятностей, особенно для людей с высоким положением. Во времена Древнего Рима на роль жертвы лучше всего подходил император. Поэтому, когда в 60 г. нашей эры на небе появилась яркая комета, не было сомнений, кому она несет несчастье. Историк Тацит писал: «Начали говорить о том, кого избрать в преемники Нерону, как будто его уже свергли».
У Нерона было свое мнение о значении появления этой кометы, он обратил свой гнев против самых именитых своих подданных и родственников. Он убил свою мать, двух своих жен и большую часть своих родственников. Такой же ужас вызывали появления комет в китайском императорском дворе. Император окружил занятия астрономией глубочайшей тайной, чтобы недоброжелатели не смогли нанести вред императору и его двору. Легенда рассказывает о двух астрономах – Хи и Хо, которые отпраздновали возлияниями очередное открытие звезды и пропустили солнечное затмение. За это император приказал отрубить им головы. К XVII в. значение астрологии и страх перед кометами значительно уменьшились. Так, Оксфордский и Кембриджский университеты перестали включать астрологию в свои учебные программы. В начале XIX в. король Англии Георг VI установил закон, согласно которому «каждый, кто берется или обещает предсказывать судьбу, или же использует иные хитрые способы или средства, прибегая к хиромантии и тому подобному, чтобы обманывать и обирать подданных Его Величества, признается Мошенником и Бродягой в смысле, определяемом и караемом этим Законом». Здесь надо отметить, что и в наши дни газеты и журналы непрерывно нарушают этот закон, помещая астрологические материалы. Астрология остается всемирным и очень доходным способом выкачивания денег у доверчивых людей.
Для понимания природы комет понадобились усилия многих поколений ученых. Неожиданные появления комет на небе, их необычный по сравнению с другими светилами вид, ставил в тупик древних философов и ученых. Так, Аристотель считал, что кометы – это сгустившиеся испарения в атмосфере Земли. Первым, кто обнаружил, что кометы располагаются значительно дальше Луны, был Тихо Браге. Искуснейший наблюдатель, он со своими учениками наблюдал движение яркой кометы из двух удаленных друг от друга обсерваторий и определил ее параллакс относительно звезд, что позволило оценить расстояние от кометы до Земли. Однако и после того, как кометы заняли место в Солнечной системе наравне с планетами, их природа и даже их траектории были загадками для ученых. И. Кеплер считал, что движение комет происходит по прямым линиям. Наиболее тщательная разработка теории прямолинейного движения комет была дана в труде польского астронома Яна Гевелия «Cometographia», опубликованном в 1668 г. Только И. Ньютон, наблюдая комету 1680 г., пришел к выводу, что ее истинный путь в Солнечной системе представляет собой параболу. Согласно закону всемирного тяготения, открытому Ньютоном, движение небесных тел вокруг Солнца может происходить по любому коническому сечению, в фокусе которого находится Солнце.
Английский астроном Э. Галлей, современник и друг Ньютона, занялся поисками комет, которые возвращались в прошлом к Солнцу через примерно равные промежутки времени. Обработав наблюдения более 20 комет, Галлей обратил внимание на то, что орбиты комет, наблюдавшихся в 1531, 1607 и 1682 гг., одинаково ориентированы в пространстве, движение комет – обратное, и их появления разделены примерно одинаковыми интервалами времени.
Галлей сделал вывод о том, что это были не три кометы, а одна, движущаяся по очень вытянутой эллиптической орбите и возвращающаяся к Солнцу каждые 75–76 лет, и предсказал ее следующее появление в 1758 г. Комета, которая действительно была переоткрыта в 1758 г., получила название «комета Галлея».
Уже в конце XVII в. высказывались предположения о возможных столкновениях комет с Землей и неизбежном в результате такого столкновения «конце света». В 1770 г. комета Лекселя (D/Lexell) прошла на расстоянии от Земли в 2,25 млн км, что всего в 6 раз больше расстояния от Земли до Луны, подтвердив тем самым реальность угрозы. Большой переполох у жителей Земли вызвало возвращение кометы Галлея в 1910 г. По расчетам астрономов комета должна была сблизиться с Землей на расстояние 22 млн км 20 мая 1910 г. В этот момент комета должна была находиться на прямой линии Земля – Солнце, как бы заслоняя Солнце от земных наблюдателей (рис. 4.3).
Вследствие такого расположения кометы в момент сближения пылинки и молекулы газа, вылетающие с поверхности ядра и образующие хвост кометы, могли долетать до атмосферы Земли. Сообщение об этой возможности вызвало большую тревогу, а в некоторых местах и панику обывателей. В газетах выдвигалось предположение, что погружение Земли в хвост кометы Галлея вызовет отравление и гибель всего живого на Земле. Однако хвост кометы был настолько разрежен, что прохождение Земли через него не вызвало никаких изменений в земной атмосфере.
Рис. 4.3. Положение кометы Галлея в момент ее тесного сближения с Землей 20 мая 1910 г.
Наиболее вероятным зафиксированным фактом столкновения Земли с ядром кометы, произошедшим в течение прошедшего столетия, является Тунгусское явление. 30 июня 1908 г. произошло уникальное событие – огромный болид вошел в плотные слои земной атмосферы и взорвался на высоте около 10 км, вызвав значительные разрушения в сибирской тайге. Кометная природа этого тела подтверждается многочисленными наблюдаемыми особенностями этого небесного феномена [Гладышева, 2008; Никольский и др., 2008]. Грандиозным событием в Солнечной системе явилось уже упомянутое столкновение фрагментов кометы Шумейкеров – Леви 9 с Юпитером в 1994 г. В июле 1992 года эта комета прошла на расстоянии менее 100 тыс. км от Юпитера и распалась на два десятка фрагментов (см. рис. 4.4 на вклейке).
В период с 16 по 22 июля 1994 г. все фрагменты кометы Шумейкеров– Леви 9, как было предсказано заранее [Клумов и др., 1994], упали на Юпитер, вызвав значительные возмущения в его атмосфере. Пятно (см. рис. 4.5 на вклейке), образовавшееся на диске Юпитера в результате падения фрагмента G (все фрагменты кометы были обозначены буквами английского алфавита), уже через 1 ч 45 мин после падения достигло диаметра 9 тыс. км (1,5 радиуса Земли). Оценки размера ядра материнского тела, сделанные на основании анализа движения отдельных фрагментов, лежат в диапазоне от 2 до 10 км в диаметре [Chernetenko and Medvedev, 1994]. Общее количество энергии, выделившееся при падении осколков кометы, по оценкам различных авторов, находится в диапазоне 1028–1030 эрг или 105–107 мегатонн тротилового эквивалента.
Доказательством существования больших ядер комет могут служить две занумерованные малые планеты, которые обнаруживают признаки кометной активности. По этой причине они входят также в кометные каталоги. Это малые планеты (2060) Хирон и (4015) Вильсон – Харрингтон, они же комета Хирон (95P/Chiron) и комета Вильсона – Харрингтона (107P/Wilson – Harrington). По имеющимся оценкам (Fernandez et al., 2002), диаметр Хирона составляет около 150 км. Кроме того, считается, что объекты, открытые в поясе Эджворта – Койпера, являются кометами. Этот пояс располагается на периферии нашей Солнечной системы за орбитой планеты Нептун. К настоящему времени обнаружено более 1000 объектов в этом поясе, большинство из которых имеет поперечный размер в несколько сотен километров, а у десяти крупнейших диаметр превышает 1000 км.
Выделяют следующие структурные составляющие кометы при ее движении вокруг Солнца: ядро, кому – газопылевую оболочку, окружающую ядро, газовый хвост, направленный в противоположную от Солнца сторону, и пылевой хвост, как правило, отклоняющийся от направления Солнце – кометное ядро. Строение обычной кометы показано на рис. 4.1.
Имеются отличительные особенности, которые выделяют кометы из остального ряда малых тел Солнечной системы.
1. Кометы движутся по сильно вытянутым эллиптическим (близпараболическим) орбитам. В результате этого кометы достаточно часто сближаются и даже сталкиваются с планетами. Ярким примером столкновения кометы с планетой явилось столкновение кометы Шумейкеров – Леви 9 (D/Shoemaker – Levy 9; D означает, что комета разрушилась) с Юпитером в 1994 г. Однако существуют и короткопериодические кометы, периоды движения которых вокруг Солнца не больше 200 лет, и они движутся по эллиптическим орбитам с умеренными эксцентриситетами.
2. В ядрах комет имеется большое количество легкоплавких веществ. Поэтому при приближении кометы к Солнцу такие вещества сублимируют (т. е. испаряются, минуя жидкую фазу), и вокруг ядра образуется оболочка – туманная область, называемая комой. Вместе с молекулами с поверхности кометного ядра в кому выносится большое количество мелкой пыли органической и неорганической природы. Под действием давления солнечных лучей и солнечного ветра пылинки и молекулы газа увлекаются в противоположную от Солнца сторону, образуя хвост.
Эта последняя особенность делает кометы одними из самых ярких и впечатляющих объектов на земном небосводе (рис. 4.2). Средние размеры комы составляют порядка 100 тыс. км. Хвосты комет имеют длину 10 млн км, а у некоторых комет достигают 150 млн км. Однако концентрация частиц в коме и хвосте очень низкая – несколько пылинок на сотни кубических метров. Неслучайно кометы иногда называют «видимым ничто».
3. В результате сублимации вещества возникает реактивное давление на поверхность ядра, которое приводит к изменению поступательного и вращательного движения ядра кометы.
4. Ядра комет отличаются нестабильностью. Периодически у части комет наблюдаются вспышки яркости, отделение достаточно значительных фрагментов. У нескольких комет ядра разрушились полностью.
Кометы в течение долгого времени были и все еще остаются источником многих страхов и предрассудков. Появление на небе яркой кометы, ее необычный вид с древнейших времен привлекал внимание людей. Слово «комета» появилось очень давно и является производным от греческого слова «кометис» – волосатая. Большой интерес к кометам всегда проявляли астрологи. По сравнению со сложными астрологическими связями планет, астрология комет относительно проста – это небесный беспорядок. По мнению Уильяма Шекспира, появление кометы предвещает перемены времени и состояний, является предвестницей всяческих неприятностей, особенно для людей с высоким положением. Во времена Древнего Рима на роль жертвы лучше всего подходил император. Поэтому, когда в 60 г. нашей эры на небе появилась яркая комета, не было сомнений, кому она несет несчастье. Историк Тацит писал: «Начали говорить о том, кого избрать в преемники Нерону, как будто его уже свергли».
У Нерона было свое мнение о значении появления этой кометы, он обратил свой гнев против самых именитых своих подданных и родственников. Он убил свою мать, двух своих жен и большую часть своих родственников. Такой же ужас вызывали появления комет в китайском императорском дворе. Император окружил занятия астрономией глубочайшей тайной, чтобы недоброжелатели не смогли нанести вред императору и его двору. Легенда рассказывает о двух астрономах – Хи и Хо, которые отпраздновали возлияниями очередное открытие звезды и пропустили солнечное затмение. За это император приказал отрубить им головы. К XVII в. значение астрологии и страх перед кометами значительно уменьшились. Так, Оксфордский и Кембриджский университеты перестали включать астрологию в свои учебные программы. В начале XIX в. король Англии Георг VI установил закон, согласно которому «каждый, кто берется или обещает предсказывать судьбу, или же использует иные хитрые способы или средства, прибегая к хиромантии и тому подобному, чтобы обманывать и обирать подданных Его Величества, признается Мошенником и Бродягой в смысле, определяемом и караемом этим Законом». Здесь надо отметить, что и в наши дни газеты и журналы непрерывно нарушают этот закон, помещая астрологические материалы. Астрология остается всемирным и очень доходным способом выкачивания денег у доверчивых людей.
Для понимания природы комет понадобились усилия многих поколений ученых. Неожиданные появления комет на небе, их необычный по сравнению с другими светилами вид, ставил в тупик древних философов и ученых. Так, Аристотель считал, что кометы – это сгустившиеся испарения в атмосфере Земли. Первым, кто обнаружил, что кометы располагаются значительно дальше Луны, был Тихо Браге. Искуснейший наблюдатель, он со своими учениками наблюдал движение яркой кометы из двух удаленных друг от друга обсерваторий и определил ее параллакс относительно звезд, что позволило оценить расстояние от кометы до Земли. Однако и после того, как кометы заняли место в Солнечной системе наравне с планетами, их природа и даже их траектории были загадками для ученых. И. Кеплер считал, что движение комет происходит по прямым линиям. Наиболее тщательная разработка теории прямолинейного движения комет была дана в труде польского астронома Яна Гевелия «Cometographia», опубликованном в 1668 г. Только И. Ньютон, наблюдая комету 1680 г., пришел к выводу, что ее истинный путь в Солнечной системе представляет собой параболу. Согласно закону всемирного тяготения, открытому Ньютоном, движение небесных тел вокруг Солнца может происходить по любому коническому сечению, в фокусе которого находится Солнце.
Английский астроном Э. Галлей, современник и друг Ньютона, занялся поисками комет, которые возвращались в прошлом к Солнцу через примерно равные промежутки времени. Обработав наблюдения более 20 комет, Галлей обратил внимание на то, что орбиты комет, наблюдавшихся в 1531, 1607 и 1682 гг., одинаково ориентированы в пространстве, движение комет – обратное, и их появления разделены примерно одинаковыми интервалами времени.
Галлей сделал вывод о том, что это были не три кометы, а одна, движущаяся по очень вытянутой эллиптической орбите и возвращающаяся к Солнцу каждые 75–76 лет, и предсказал ее следующее появление в 1758 г. Комета, которая действительно была переоткрыта в 1758 г., получила название «комета Галлея».
Уже в конце XVII в. высказывались предположения о возможных столкновениях комет с Землей и неизбежном в результате такого столкновения «конце света». В 1770 г. комета Лекселя (D/Lexell) прошла на расстоянии от Земли в 2,25 млн км, что всего в 6 раз больше расстояния от Земли до Луны, подтвердив тем самым реальность угрозы. Большой переполох у жителей Земли вызвало возвращение кометы Галлея в 1910 г. По расчетам астрономов комета должна была сблизиться с Землей на расстояние 22 млн км 20 мая 1910 г. В этот момент комета должна была находиться на прямой линии Земля – Солнце, как бы заслоняя Солнце от земных наблюдателей (рис. 4.3).
Вследствие такого расположения кометы в момент сближения пылинки и молекулы газа, вылетающие с поверхности ядра и образующие хвост кометы, могли долетать до атмосферы Земли. Сообщение об этой возможности вызвало большую тревогу, а в некоторых местах и панику обывателей. В газетах выдвигалось предположение, что погружение Земли в хвост кометы Галлея вызовет отравление и гибель всего живого на Земле. Однако хвост кометы был настолько разрежен, что прохождение Земли через него не вызвало никаких изменений в земной атмосфере.
Наиболее вероятным зафиксированным фактом столкновения Земли с ядром кометы, произошедшим в течение прошедшего столетия, является Тунгусское явление. 30 июня 1908 г. произошло уникальное событие – огромный болид вошел в плотные слои земной атмосферы и взорвался на высоте около 10 км, вызвав значительные разрушения в сибирской тайге. Кометная природа этого тела подтверждается многочисленными наблюдаемыми особенностями этого небесного феномена [Гладышева, 2008; Никольский и др., 2008]. Грандиозным событием в Солнечной системе явилось уже упомянутое столкновение фрагментов кометы Шумейкеров – Леви 9 с Юпитером в 1994 г. В июле 1992 года эта комета прошла на расстоянии менее 100 тыс. км от Юпитера и распалась на два десятка фрагментов (см. рис. 4.4 на вклейке).
В период с 16 по 22 июля 1994 г. все фрагменты кометы Шумейкеров– Леви 9, как было предсказано заранее [Клумов и др., 1994], упали на Юпитер, вызвав значительные возмущения в его атмосфере. Пятно (см. рис. 4.5 на вклейке), образовавшееся на диске Юпитера в результате падения фрагмента G (все фрагменты кометы были обозначены буквами английского алфавита), уже через 1 ч 45 мин после падения достигло диаметра 9 тыс. км (1,5 радиуса Земли). Оценки размера ядра материнского тела, сделанные на основании анализа движения отдельных фрагментов, лежат в диапазоне от 2 до 10 км в диаметре [Chernetenko and Medvedev, 1994]. Общее количество энергии, выделившееся при падении осколков кометы, по оценкам различных авторов, находится в диапазоне 1028–1030 эрг или 105–107 мегатонн тротилового эквивалента.
Конец бесплатного ознакомительного фрагмента