1. Вид, строение и открытие комет. Кроме больших и малых планет, вокруг Солнца движутся кометы (рис. 62). Яркие кометы ( хвостатые звезды ) своим необычным видом издавна привлекали внимание людей, внушая многим из них суеверный ужас. От других тел Солнечной системы кометы резко отличаются не только своим видом, но и формой орбит, большими размерами, а также сравнительно быстрым, иногда бурным развитием. Вид комет меняется по мере приближения к Солнцу. Вдали от Солнца комета видна как слабое туманное пятнышко, которое перемещается на фоне звездного неба. Постепенно у кометы развивается хвост, почти всегда направленный от Солнца.
Рис. 62. Комета (одна из многочисленных фотографий).
2. Орбиты комет. Чтобы рассчитать по формулам небесной механики орбиту кометы, достаточно определить из наблюдений ее экваториальные координаты, по крайней мере для трех моментов времени. Первоначально вычисленную орбиту, по которой комета приближается к Солнцу, в дальнейшем уточняют на основе новых наблюдений, так как притяжение планет изменяет орбиту. В настоящее время для вычисления орбит комет применяют быстродействующие ЭВМ.
Орбиты большинства комет — сильно вытянутые эллипсы, плоскости которых под разными углами наклонены к плоскости эклиптики. Двигаясь по таким орбитам, кометы в перигелии близко подходят к Солнцу (и к Земле), а в афелии удаляются от него на сотни тысяч астрономических единиц, уходя далеко за пределы орбиты Плутона — последней из известных пока планет.
Рис. 63. Комета Галлея.
Рис. 64. Ядро кометы Галлея.
Когда комета приближается к Солнцу, ядро постепенно прогревается, из него выделяются газы и пыль, которые окутывают ядро и образуют голову и хвост кометы. Хвост кометы состоит из очень разреженного вещества, сквозь которое даже просвечивают звезды.
Ядро кометы и пыль, входящая в состав головы и хвоста, светят отраженным и рассеянным солнечным светом. Холодное свечение газа (флуоресценция) происходит под воздействием солнечного излучения. При сближении космических аппаратов с ядром кометы Галлея удалось определить по инфракрасному излучению его температуру (100 °С). Ученые сравнивают ядро этой кометы с «мартовским сугробом» (лед с примесью тугоплавких частиц). Ежесуточно из ядра кометы Галлея выбрасывается много пыли, водяного пара, диоксида углерода, атомарного водорода и кислорода. Поверхностный слой обновляется примерно за сутки.
Чем ближе комета подходит к Солнцу, тем больше прогревается ее ядро, а следовательно, возрастает выделение газов и пыли, но одновременно усиливается и световое давление на нее. Поэтому хвост кометы увеличивается и становится все более заметным.
Кроме давления света, на хвосты комет действуют потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечный ветер). Магнитные поля этих потоков могут сообщать большие ускорения ионам, входящим в состав кометных хвостов и возникающим в них под действием солнечного излучения. От соотношения сил тяготения (притяжение к Солнцу) и отталкивания зависит траектория движения частиц, а значит, и форма кометных хвостов. У массивных частиц силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Если силы отталкивания в сотни раз больше сил притяжения, то хвост будет почти точно направлен от Солнца ( I тип, по классификации выдающегося русского астрофизика Ф. А. Бредихина, 1831—1904). Небольшая изогнутость кометного хвоста указывает на то, что силы отталкивания лишь в десятки раз превосходят силы притяжения ( II тип). Очень изогнутые хвосты ( III тип) образуются, когда силы отталкивания примерно равны силам притяжения. Когда силы притяжения больше сил отталкивания (очень крупные пылевые частицы), появляются аномальные хвосты, направленные к Солнцу. Схематически различные типы кометных хвостов изображены на рисунке 65.
Рис. 65. Основные типы кометных хвостов.
Внастоящее время кометы играют роль своеобразных «зондов» межпланетного пространства, они позволяют получить ценные сведения о свойствах космического пространства на различных расстояниях от Солнца.
Вторжение массивных метеорных тел вызывает очень яркие метеоры ( болиды ), нередко имеющие вид огненных шаров со светящимися хвостами. Некоторые болиды можно видеть даже днем.
Что же происходит при движении метеорного тела в атмосфере Земли? Взаимодействуя с молекулами воздуха, метеорное тело теряет свою скорость, нагревается, начинает испаряться, иногда дробится. Вокруг него образуется облачко из раскаленных газов. В результате этих процессов масса метеорного тела непрерывно уменьшается; почти все метеорные частицы распыляются, не долетев до Земли. Пролетая в земной атмосфере, метеорное тело ионизует молекулы воздуха, оставляя за собой светящийся след. От ионизованных метеорных следов хорошо отражаются радиоволны. Благодаря этому метеоры можно наблюдать не только визуальным и фотографическим, но и радиолокационным методом.
Метеоритные потоки (а их известно сейчас более 30) наблюдаются в тех случаях, когда Земля встречается с роем метеорных тел, которые движутся приблизительно по одной орбите. Наблюдения показывают, что метеорные рои движутся по орбитам старых, уже разрушившихся комет. Следовательно, кометы, разрушаясь, порождают метеорные рои. Так, например, метеорный поток Ориониды, наблюдающийся с 16 по 26 октября, порожден кометой Галлея.
Кометы связаны не только с метеорами, но и с астероидами. В последнее время удалось доказать, что некоторые астероиды представляют собой ядра бывших короткопериодических комет.
Наблюдениями метеоров успешно занимаются юные любители астрономии. Члены школьных астрономических кружков и обществ наносят пути метеоров на звездные карты, фотографируют метеоры, определяют их высоты и скорости, производят подсчет метеоров в потоках, фотографируют спектры метеоров, исследуют их физические свойства. Решением этих и некоторых других задач любители астрономии помогают ученым исследовать распределение метеорной материи в пространстве и движение воздуха в атмосфере Земли.
Если орбиты большинства астероидов имеют умеренные значения эксцентриситетов и наклонов, то большинство комет имеет вытянутые орбиты со значительными эксцентриситетами, вплоть до почти параболических с эксцентриситетом, близким к единице, и даже слабогиперболических с эксцентриситетами, немного превышающими единицу. Главным параметром, по которому обычно наблюдаемые кометы разделяют на группы, является их период обращения вокруг Солнца или большая полуось, которые связаны третьим законом Кеплера:
где a — большая полуось в а.е., P — период обращения в сутках, k = 0,01720209895 (постоянная Гаусса), масса кометы не учитывается вследствие ее чрезвычайной малости.
По этому критерию кометы подразделяются на короткопериодические (P 200 лет). В основе такого деления лежит то обстоятельство, что за последние 200 лет, в течение которых кометы наблюдаются очень активно, короткопериодические кометы имели возможность наблюдаться в нескольких появлениях. Но и по динамическим характеристикам имеется различие между этими классами комет. Для читателя, знакомого с современной теорией динамических систем, укажем, что в движении короткопериодических комет, несмотря на возможные сближения с планетами, сохраняются регулярные свойства на определенных интервалах времени, а движение долгопериодических комет похоже на случайный процесс диффузионного типа.
В каталоге [Marsden and Williams, 2008] содержатся сведения о 2844 кометах, причем 1490 из них составляют отдельную необычную группу комет (вне зависимости от периода), «царапающих Солнце», — с очень малыми перигелийными расстояними. Особенности этих комет подробно рассматриваются в разделе 4.6. Из остальных (типичных) комет 406 являются короткопериодическими. Необходимо отметить, что элементы орбит, определенные вблизи перигелия из наблюдений, лишь приблизительно отражают те начальные орбиты, с которых эти объекты пришли. Это связано с тем, что на пути от афелия до перигелия кометы испытывают гравитационное притяжение планет. Поэтому в каталоге [Marsden and Williams, 2008] для долгопериодических
комет с наиболее точными орбитами приводятся и «первоначальные» орбиты, которые относятся к тому моменту времени, когда объект находится очень далеко от планетной системы.
Анализ «первоначальных» орбит показывает, во-первых, что почти все кометы имеют эллиптические орбиты. Превышение единицы у эксцентриситетов орбит комет встречается редко, что вполне может объясняться ошибками определения орбит, которые вызваны действием негравитационных эффектов, описанных выше. Таким образом, можно утверждать, что кометы являются частью Солнечной системы, хотя и могут уходить на расстояния порядка сотни тысяч астрономических единиц от Солнца. Еще одной особенностью распределения долгопериодических комет является то, что они сконцентрированы в области a > 10 000 а.е. Тщательный анализ этого факта, впервые выполненный Оортом [Oort, 1950], привел к построению модели кометного резервуара, называемого сейчас облаком Оорта.
В некотором смысле словом «облако» пытаются отразить тот факт, что наклоны орбит долгопериодических комет имеют значения от 0 до 180° (специалисты в этой области часто используют термин «изотропное распределение орбит»).
Что касается короткопериодических комет, то их долгое время пытались отнести к различным семействам по расположению афелиев орбит вблизи орбит больших планет. Во многом это было связано с попытками найти подтверждение гипотезы, наиболее поддерживаемой Всехсвятским [Всехсвятский, 1967], о происхождении комет в спутниковых системах планет. Однако в дальнейшем было показано, что доминирующим фактором в движении всех короткопериодических комет является возмущающее действие Юпитера. На рис. 4.15 показано распределение кометных орбит по афелийным расстояниям в интервале от 3 до 60 а.е. Семейство Юпитера проявляется очень отчетливо, а взаимосвязь с другими планетами не наблюдается.
Рис. 4.15. Распределение кометных орбит по афелийным расстояниям Q: а) от 3 до 12 а.е.; б) от 10 до 60 а.е.
Поэтому короткопериодические кометы разделяют на кометы семейства Юпитера с периодами P J — большая полуось орбиты Юпитера. Данная величина мало изменяется при эволюции орбит малых тел в отличие от их периодов. В этом состоит еще одно преимущество классификации, основанной на параметре Тиссерана. При такой классификации кометами семейства Юпитера называют объекты с T > 2 (подавляющее большинство этих комет имеют P Продолжение на ЛитРес
2. Термодинамические параметры. Термодинамические показатели. Баланс напряжений Любая ТДС характеризуется параметрами: температура, давление, плотность, концентрация, мольный объем. В любой ТДС обязательно протекают процессы, и они могут быть равновесными,
30. Физические свойства и параметры мембран
30. Физические свойства и параметры мембран Измерение подвижности молекул мембраны и диффузия частиц через мембрану свидетельствует о том, что билипидный слой ведет себя подобно жидкости. Однако мембрана есть упорядоченная структура. Эти два факта предполагают, что
ОЖИДАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛА
ОЖИДАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОТЛА Металлическая решетка в центре котла и две другие главные решетки, образующие основную конструкцию остальной части котла, были каждая в отдельности изучены в экспоненциальных экспериментах ##18, 27 и 29. Эти эксперименты дали для коэффициента
4.3. Негравитационные эффекты. Космические экспедиции к ядрам комет
4.3. Негравитационные эффекты. Космические экспедиции к ядрам комет То, что сегодня наука, Завтра — техника. Эдвард Теллер В отличие от астероидов, кометы обнаруживают в своем движении характерные особенности, которые принято называть негравитационными эффектами. Под
4.5. Источники околоземных комет
4.5. Источники околоземных комет Из вышесказанного ясно, что в околоземном пространстве наблюдаются кометы, принадлежащие различным динамическим классам. Рассмотрим, что же известно в данный момент об источниках комет с такими разными орбитальными параметрами и о тех
Приложение 2 Зафиксированные сближения комет и астероидов с Землей
Приложение 2 Зафиксированные сближения комет и астероидов с Землей Таблица 2а. Состоявшиеся сближения комет с Землей. Приведены данные по сближениям комет с Землей после 1700 г. на расстояния, меньшие чем 0,1020 а.е. (по данным Центра малых планет,
2. Кометные орбиты и орбитальная классификация комет
Согласно теории Ньютона, движения небесных тел, подчиняющихся закону всемирного тяготения, совершаются не только по эллипсам (это лишь один из частных случаев), а по так называемым коническим сечениям, к которым принадлежат окружность, эллипс, парабола и гипербола. Поясним это на следующем упрощенном примере. Если считать комету материальной точкой с малой массой (m) по сравнению с массой Солнца (M) и не учитывать влияние планет на ее траекторию движения, то уравнение движения такой точечной массы в поле тяготения Солнца получается из следующих законов: всемирного тяготения, сохранения общей механической энергии (E) и сохранения момента количества движения (M). Это задача «двух тел», имеющая достаточно простое аналитическое решение в отличие от задачи трех и более гравитационно связанных тел, когда такое решение найти не удается. В случае двух тел решение получается как уравнение траектории движения точечной массы. В полярной системе координат (r и j ) оно имеет следующий вид:
Из формулы (1) вытекают все три закона Кеплера. Но, как уже говорилось, законы Кеплера характеризуют движение небесного тела по эллипсу в поле тяготения центрального тела, находящегося в одном из фокусов этого эллипса. Формула (1) описывает кроме эллиптической траектории еще три типа траекторий. Как видно из формулы (3), все они получаются при разных значениях величины E, определяющей значение эсцентриситета:
если E = 0, то e = 1 и формула (1) превращается в уравнение параболы;
если E 0, то е > 1 и (1) становится уравнением гиперболы;
и (1) становится уравнением окружности.
Эти типы траекторий называются коническими сечениями по следующей простой причине Возможны только четыре варианта сечения кругового конуса плоскостью: перпендикулярно его оси, под некоторым углом к ней, параллельно образующей линии конуса и. параллельно оси конуса (Рис. 1). При этом в сечении, соответственно, получаются окружность, эллипс, парабола и гипербола, что было известно еще геометрам Древней Греции. Не случайно слова «эллипс», «парабола» и «гипербола» имеют греческое происхождение.
Таблица 1. Характеристики орбит некоторых комет
Номер и Имя
Семейство
Орбитальный период (в годах)
Дата прохождения перигелия (год-месяц- число)
Перигелийное расстояние (в а. е.)
Большая полуось орбиты (в а. е.)
Эксцентриситет орбиты
Наклонение орбиты (в градусах)
1P Галлея
Нептуна
76,1
1986-02-09
0,587
17,94
0,967
162,2
2P Энке
Юпитера
3,3
2000-09-09
0,339
2,21
0,847
11,8
6P Д’ Арре
Юпитера
6,51
2003-08-01
1,346
3,49
0,614
19,5
9P Темпеля-1
Юпитера
5,51
2005-07-07
1,497
3,12
0,519
10,5
19P Борелли
Юпитера
6,80
2001-09-14
1,365
3,59
0,623
30,3
21P Джакобини- Циннера
Юпитера
6,52
1998-11-21
0,996
3,52
0,706
31,8
27P Кроммелина
Урана
27,89
1984-09-01
0,743
9,20
0,919
29,0
46P Виртанена
Юпитера
5,46
2013-10-21
1,063
3,12
0,652
11,7
55P Темпеля- Тутля
Урана
32,92
1998-02-28
0,982
10,33
0,906
162,5
73P Швассмана- Вахмана-3
Юпитера
5,35
2006-06-02
0,933
3,06
0,695
11,4
75P Когоутека
Юпитера
6,24
1973-12-28
1,571
3,4
0,537
5,4
81P Вилда-2
Юпитера
6,39
2003-09-25
1,583
3,44
0,540
3,2
95P Хирон
50,7
1996-02-14
8,46
13,7
0,38
7
Хейла-Боппа (обнаружена в июле 1995г.)
4000
1997-03-31
0,914
250
0,995
89,4
Хиакутаке (обнаружена в январе 1996 г.)
ок. 40000
1996-05-01
0,230
ок. 1165
0,9998
124,9
3. Что нам известно о природе кометных оболочек
Что же представляют собой кометы как разновидность малых тел Солнечной системы? Пожалуй первую удачную попытку объяснения связанных с ними явлений предпринял немецкий математик и астроном Фридрих Бессель при наблюдениях им кометы Галлея в 1835 г. Им была создана механическая теория кометных оболочек. Конечно, она была упрощенной, но в ней развивалась правильная идея о том, что в голове кометы частички пыли движутся под действием притяжения к Солнцу и отталкивания от него. В конце XIX века русский астроном Ф.А. Бредихин развил теорию Бесселя и построил эмпирическую классификацию кометных хвостов (Рис. 2), хорошо описывающую поведение пылевой составляющей кометного вещества и не потерявшую своего значения даже сейчас. Ф.А. Бредихин ввел специальную относительную величину или параметр, который назовем условно h, показывающий во сколько раз солнечная сила отталкивания, действующая на частицы кометных хвостов (впоследствии было показано, что это отталкивание есть не что иное как световое давление), превышает силу тяготения. Бредихин рассчитал величину h для разных кометных хвостов и по значениям h провел их классификацию.
5. Насколько опасно для земных обитателей столкновение Земли с кометой?
Новые кометы становятся долгопериодическими, если возмущения от планет-гигантов или других планет их не переводят в разряд короткопериодических. Но для последних были и специальные гипотезы о происхождении. Так называемую «эруптивную» гипотезу предложил в еще 1812 г. Ж.-Л. Лагранж. Он предполагал, что кометы рождаются при вулканических выбросах с планет-гигантов. В середине XX в. эта гипотеза была развита С.К. Всехсвятским, который «перенес» источник эруптивных выбросов комет с планет-гигантов на их крупные спутники, на которых была обнаружена вулканическая активность. Но эта гипотеза (впрочем, как и гипотеза Оорта) приходит в противоречие с наблюдательными данными о короткопериодических кометах. Как ранее отмечалось, орбиты этих комет расположены очень близко к плоскости эклиптики. Это обстоятельство свидетельствует о возможной общности их происхождения. В последнее время рядом ученых развивается гипотеза о том, что большинство короткопериодических комет появляется из реликтовых поясов ледяных планетезималей (так называемых поясов Казимирчак-Полонской), возникших при формировании Солнечной системы (в той же плоскости!) и сохранившихся между планетами-гигантами. Как показывают расчеты, между орбитами всех больших планет имеются весьма широкие кольцевые зоны, в которых такие пояса малых тел могут быть вполне устойчивыми. Минимальные расстояния между зонами сильных возмущений (сферами Хилла) соседних больших планет составляют: 4,0 а.е. (Юпитер-Сатурн), 9,2 а.е. (Сатурн-Уран) и 11,2 а.е. (Уран-Нептун). Все эти величины превышают аналогичное расстояние для пары Марс-Юпитер (3,2 а.е.), в пределах которого стабильно существует главный пояс астероидов (см. раздел «Астероиды»). Сильным аргументом в пользу существования таких поясов является и открытие «занептунного» пояса малых тел Койпера, предсказанного около 50 лет назад, в котором уже обнаружено более 70 наиболее крупных тел, имеющих размеры 100-500 км. Их орбиты простираются вплоть до 200 а.е. Пояс Койпера уже может рассматриваться как источник долгопериодических комет, приходящих в центральную область Солнечной системы в результате столкновений между телами этого пояса. С другой стороны, пока не ясно, почему обнаружено так мало кометных тел (кроме астероида-кометы Хирона это еще несколько объектов) на расстояниях, соответствующих предполагаемым поясам Казимирчак-Полонской. Остается надеяться, что дальнейшие исследования комет позволят ответить на эти вопросы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Угроза с неба: рок или случайность? (Под ред. А.А. Боярчука). М: «Космосинформ», 1999, 218 с.
1. Короткопериодические На данный момент обнаружено более 400 короткопериодических комет. Из них около 200 наблюдалось в более чем одном прохождении перигелия. 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. Многие из них входят в так называемые семейства. Например, большинство самых короткопериодических комет (их полный оборот вокруг Солнца длится 3-10 лет) образуют семейство Юпитера. Немного малочисленнее семейства Сатурна, Урана и Нептуна (к последнему, в частности, относится знаменитая комета Галлея).
Семейства: — семейство Юпитера — семейство Сатурна — семейство Урана — семейство Нептуна
При прохождении кометы вблизи Солнца ее ядро нагревается, и льды испаряются, образуя газовые кому и хвост. После нескольких сотен или тысяч таких пролетов в ядре не остается легкоплавких веществ, и оно перестает быть видимым. Для регулярно сближающихся с Солнцем короткопериодических комет это означает, что менее чем за миллион лет их популяция должна стать невидимой. Но мы их наблюдаем, следовательно, постоянно поступает пополнение из «свежих» комет. Пополнение короткопериодических комет происходит в результате их «захвата» планетами, главным образом Юпитером. Ранее считалось, что захватываются кометы из числа долгопериодических, приходящих из облака Оорта, но теперь полагают, что их источником служит кометный диск, называемый «внутренним облаком Оорта». В принципе представление об облаке Оорта не изменилось, однако расчеты показали, что приливное влияние Галактики и воздействие массивных облаков межзвездного газа должны довольно быстро его разрушать. Необходим источник его пополнения. Таким источником теперь считают внутреннее облако Оорта, значительно более устойчивое к приливному влиянию и содержащее на порядок больше комет, чем предсказанное Оортом внешнее облако. После каждого сближения Солнечной системы с массивным межзвездным облаком кометы из внешнего облака Оорта разлетаются в межзвездное пространство, а им на смену приходят кометы из внутреннего облака. Переход кометы с почти параболической орбиты на короткопериодическую происходит в том случае, если она догоняет планету сзади. Обычно для захвата кометы на новую орбиту требуется несколько ее проходов через планетную систему. Результирующая орбита кометы, как правило, имеет небольшое наклонение и большой эксцентриситет. Комета движется по ней в прямом направлении, и афелий ее орбиты (наиболее удаленная от Солнца точка) лежит вблизи орбиты захватившей ее планеты. Эти теоретические соображения полностью подтверждаются статистикой кометных орбит.
Кометы, прибывающие из глубины космоса, выглядят как туманные объекты, за которыми тянется хвост, иногда достигающий в длину нескольких миллионов километров. Ядро кометы представляет собой тело из твёрдых частиц и льда, окутанное туманной оболочкой, которая называется комой. Ядро диаметром в несколько километров может иметь вокруг себя кому в 80 тыс. км в поперечнике. Потоки солнечных лучей выбивают частицы газа из комы и отбрасывают их назад, вытягивая в длинный дымчатый хвост, который движется за ней в пространстве. Яркость комет очень сильно зависит от их расстояния до Солнца. Из всех комет только очень малая часть приближается к Солнцу и Земле настолько, чтобы их можно было увидеть невооружённым глазом. Самые заметные из них иногда называют «великими кометами». Многие из наблюдаемых нами метеоров («падающих звёзд») имеют кометное происхождение. Это потерянные кометой частицы, которые сгорают при попадании в атмосферу планет.
Движение ядра кометы полностью определяется притяжением Солнца. Форма орбиты кометы, как и любого другого тела в Солнечной системе, зависит от ее скорости и расстояния до Солнца. Средняя скорость тела обратно пропорциональна квадратному корню из его среднего расстояния до Солнца (a). Если скорость всегда перпендикулярна радиусу-вектору, направленному от Солнца к телу, то орбита круговая, а скорость называют круговой скоростью (υc) на расстоянии a. Скорость ухода из гравитационного поля Солнца по параболической орбите (υp) в раз √2 больше круговой скорости на этом расстоянии. Если скорость кометы меньше υp, то она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и никогда не покидает Солнечной системы. Но если скорость превосходит υp, то комета один раз проходит мимо Солнца и навсегда покидает его, двигаясь по гиперболической орбите. Орбиты у большинства комет эллиптические, поэтому они принадлежат Солнечной системе. Правда, у многих комет это очень вытянутые эллипсы, близкие к параболе; по ним кометы уходят от Солнца очень далеко и надолго.
На рисунке показаны эллиптические орбиты двух комет, а также почти круговые орбиты планет и параболическая орбита. На расстоянии, которое отделяет Землю от Солнца, круговая скорость равна 29,8 км/с, а параболическая – 42,2 км/с. Вблизи Земли скорость кометы Энке равна 37,1 км/с, а скорость кометы Галлея – 41,6 км/с; именно поэтому комета Галлея уходит значительно дальше от Солнца, чем комета Энке. Газообразные продукты сублимации оказывают реактивное давление на ядро кометы (подобное отдаче ружья при выстреле), которое приводит к эволюции орбиты. Наиболее активный отток газа происходит с нагретой «послеполуденной» стороны ядра. Поэтому направление силы давления на ядро не совпадает с направлением солнечных лучей и солнечного тяготения. Если осевое вращение ядра и его орбитальное обращение происходят в одном направлении, то давление газа в целом ускоряет движение ядра, приводя к увеличению орбиты. Если же вращение и обращение происходят в противоположных направлениях, то движение кометы тормозится, и орбита сокращается. Если такая комета первоначально была захвачена Юпитером, то через некоторое время ее орбита целиком оказывается в области внутренних планет. Вероятно, именно это случилось с кометой Энке.
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. Ядра комет – это остатки первичного вещества Солнечной системы, составлявшего протопланетный диск. Поэтому их изучение помогает восстановить картину формирования планет, включая Землю. В принципе некоторые кометы могли бы приходить к нам из межзвездного пространства, но пока ни одна такая комета надежно не выявлена. 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. Расскажем поподробнее о каждом элементе строения кометы:
Ядро имеет довольно низкое альбедо, около 4%. Согласно основной гипотезе, это объясняется наличием пылевой матрицы, образующейся при испарении льда, и накоплении пылевых частиц на поверхности, подобно тому, как нарастает слой поверхностной морены при отступании ледников на Земле. Исследование кометы Галлея зондом «Джотто» выявило, что она отражает только 4% от падающего на неё света, а «Deep Space 1» измерил альбедо кометы Борелли, которое составило только 2,5-3,0%. Также существуют предположения, что поверхность покрыта не пылевой матрицей, а матрицей из сложных органических соединений, тёмных, как дёготь или битум. Гипотетически, на некоторых кометах с течением времени активность может сойти на нет, с прекращением сублимации. На настоящий момент мало комет, ядра которых наблюдались непосредственно. Использование космических аппаратов позволило исследовать их кому и ядра непосредственно, и получить крупноплановые снимки.
Пылинки и газ из нейтральных молекул образуют почти сферическую кому кометы. Обычно кома тянется от 100 тыс. до 1 млн. км от ядра. Давление света может деформировать кому, вытянув ее в антисолнечном направлении.
Кома светлая туманная оболочка чашеобразной формы, состоящая из газов и пыли. Кома вместе с ядром составляет голову кометы. Чаще всего кома состоит из трёх основных частей: — Внутренняя кома (молекулярная, химическая и фотохимическая). Здесь происходят наиболее интенсивные физико-химически процессы. — Видимая кома (кома радикалов). — Ультрафиолетовая кома (атомная).
Поскольку льды ядра в основном водяные, то и кома в основном содержит молекулы H2O. Фотодиссоциация разрушает H2O на H и OH, а затем OH – на O и H. Быстрые атомы водорода улетают далеко от ядра прежде чем оказываются ионизованными, и образуют водородную корону, видимый размер которой часто превосходит солнечный диск.
Бредихин предложил относить хвосты комет к основным трём типам: — I тип. Прямые и узкие, направленные прямо от Солнца; — II тип. Широкие и немного искривлённые, уклоняющиеся от Солнца; — III тип. Короткие, сильно уклонённые от центрального светила.
