Астрономический сайт

Загадки земли и вселенной

Комета — небесное тело, сравнительно с прочими, огромной величины, но редкое... сквозящее: иногда в ней заметно ядро, а окружная среда образует как бы хвост, бороду или космы: звезда с хвостом, косматая.

В. И. Даль. Толковый словарь живого великорусского языка. 1863 г

«При въезде на Арбатскую площадь огромное пространство звёздного тёмного неба открылось глазам Пьера. Почти в середине этого неба над Пречистенским бульваром, окружённая, обсыпанная со всех сторон звёздами, но отличаясь от всех близостью к земле, белым светом и длинным, поднятым кверху хвостом, стояла огромная яркая комета 1812-го года, та самая комета, которая предвещала, как говорили, всякие ужасы и конец света...» — так, описанием знаменитой кометы 1811 г., заканчивается второй том «Войны и мира». Мы не ошиблись, именно 1811 г. Астрономы, указывая год кометы, имеют в виду не время её видимости, а год наибольшего сближения с Солнцем. А эта комета миновала перигелий ещё 12 сентября 1811 г. Но лучше всего она была видна к началу 1812 г., поэтому Лев Толстой был вправе так её назвать, тем более что в России комету задним числом стали считать пророчицей Отечественной войны 1812 года.

Комета Hale Bopp над Стоунхенджем
Комета Hale Bopp над Стоунхенджем

До наших дней дошло старинное увлечение — «ловля» комет. Как и рыбной ловлей, ей занимаются и стар и млад, люди разного звания и профессий. Ведь астрономов на Земле всегда было мало, а комет — как рыб в океане. Первым за ловлю комет всерьёз взялся в 1756 г. парижский чертёжник Шарль Мессье, за ним — сторож Марсельской обсерватории (а позднее её директор) Жан Понс. С тех времён и по сей день кометы ищут и находят главным образом энтузиасты. Славнейшие из них — Каролина Гершель, Вильгельм Биела, Уильям Брукс, Джованни Донати, Минроу Хонда, Антонин Мркос, Уильям Бретфилд – известны каждому любителю астрономии, их имена носят открытые ими кометы. Ловцов комет можно встретить в густые вечерние сумерки, в час кометного «клёва», когда они исследуют область потухающей зари. Всё их снаряжение — любительский телескоп или бинокль и звёздный атлас. Чтобы открыть комету, в первую очередь нужно знание созвездий и (особенно!) межзвёздных туманностей, а, кроме того — терпение, везение и примерно тысяча часов поиска. Именно так Мессье открыл 14 комет, а Понс — 33. Больше него не открыл никто.

Толстовскую комету обнаружил еще весной 1811 г. такой же «звездолов» — француз Опоре Фложерг. 26 марта, проведя очередное «прочёсывание» неба, он заметил светящееся дискообразное пятнышко со сгущением к центру и без хвоста. Именно так должна выглядеть далёкая комета. Фложерг сверился с каталогом межзвёздных туманностей, составленным Ш. Мессье: не попалась ли ему одна из них? Но в этой части неба никаких «обманок» отмечено не было. К третьему вечеру пятно заметно сместилось, и стало ясно, что открыта новая комета — далёкая и медленная. Летом, по мере приближения к Солнцу, у неё начал отрастать хвост. Особенно роскошным он стал к зиме 1811/12 гг. Не очень длинный, чуть больше Ковша Большой Медведицы, он был необыкновенно красив. Но комета уже уходила от Солнца и Земли, хвост сокращался, и она таяла в пространстве. Напоследок её видели бесхвостой туманностью уже далеко за кольцом астероидов летом 1812 г., всего за неделю до Бородинского сражения. Ещё 30 веков будет лететь она прочь от Солнца и потом вспять, чтобы засиять снова где-то около 4280 г.

Комета Neat (C-2001-Q4). Время: 15.05.2004 между 21:20 и 21:40. Расположение: Англия
Комета Neat (C-2001-Q4). Время: 15.05.2004 между 21:20 и 21:40. Расположение: Англия

Аристотель ещё в IV в. до н. э. объяснил явление кометы следующим образом: лёгкая, тёплая, «сухая пневма» (газы Земли) поднимается к границам атмосферы, попадает в сферу небесного огня и воспламеняется — так образуются «хвостатые звёзды». Это явление «подлунное», атмосферное, не астрономическое. Авторитет Аристотеля был столь незыблем, что в науке вплоть до XVI столетия сохранялся этот «приземлённый» взгляд на природу комет. Поэтому астрономы кометами не занимались.

Датский астроном Тихо Браге вернул кометы в семью небесных тел. Он сравнил удалённость кометы 1577 г. с расстоянием до Луны способом базисных измерений. Этот строгий геометрический метод можно объяснить в буквальном смысле на пальцах. Выставим два указательных пальца между правым глазом и каким-нибудь далёким предметом так, чтобы предмет и дальний палец загораживались ближним. А теперь посмотрим левым глазом: оба пальца сместились вправо — ближний больше, дальний меньше. Так же поступил Браге. «Глазами» стали две удалённые обсерватории — в Дании и в Чехии, дальним фоном — звёзды, а «пальцами» — Луна и комета. При этом комета сместилась на фоне звёзд меньше, чем Луна. А это значит...

Значит, пора исследовать движение комет.

Движение

Настанет день, когда явится человек, который покажет, в каких частях неба блуждают кометы, почему они так отличаются от планет, и откроет их природу.

Сенека Младший. Изыскания о природе. 63 г.


Комета 1680 г. вернула Исаака Ньютона к работе над законом тяготения. Год назад он доказал, что если некоему пробному телу придавать в поле тяготения Солнца разные начальные скорости в различных направлениях, то орбита, по которой будет дальше двигаться тело, окажется одной из четырёх форм: окружностью, эллипсом, параболой или гиперболой. Эти кривые называются коническими сечениями, потому что, рассекая конус плоскостью под разными углами, мы всегда получим одну из названных кривых. При этом если рассечь конус наобум, наверняка выйдет либо замкнутая фигура — эллипс, либо разомкнутая кривая — гипербола. Для того же чтобы получилась окружность или парабола, нужно плоскость сечения ориентировать определённым образом. Можно сказать, что окружность — это идеально круглый эллипс, а парабола — эллипс, вытянутый в бесконечность. Окружность и парабола как орбиты в чистом виде не встречаются, их используют в расчетах как приближения.

Итак, есть эллипсы — по ним движутся планеты, их спутники, может, ещё что-то. Есть гиперболы — дороги случайных встреч, орбиты «одноразового использования»: прилетело что-нибудь откуда-то из межзвёздья к Солнцу, обернулось и улетело обратно. Какие же пути выбирают кометы? Со времён Тихо Браге это оставалось загадкой.

И вот в ноябре 1680 г. комета приходит как по заказу. Профессор Кембриджского университета Ньютон организует толковых студентов на утренние наблюдения. Сам по точкам вычерчивает её пространственный путь. 12 ноября комета пересекает орбиту Земли; 19 ноября — летит почти прямо на Солнце и вскоре скрывается в солнечных лучах. Теперь её ищут в лучах зари и вечером, и утром — куда пойдёт дальше? 12 декабря комета вновь засияла на утреннем небе и летит, словно отброшенная назад на 180°. Её хвост, по измерениям Ньютона, стал длиннее радиуса орбиты Земли. И пока при дворе Людовика XIV решают проблему, за кем из Бурбонов прилетела комета, Ньютон лично замеряет положение уходящей кометы: дальние точки — самые важные для надёжного построения орбиты. По точкам получалась парабола. Но в реальности это мог быть либо отрезок сильно вытянутого эллипса, либо очень крутая гипербола. Сам Ньютон склонялся к тому, что комета ушла по эллипсу, а значит, когда-то должна вернуться.

Через четыре года судьба привела в дом Ньютона Эдмунда Галлея, астронома, математика, капитана дальнего плавания и ловца комет.

— Сэр, по каким орбитам движутся кометы, если на них распространяется притяжение Солнца? — спросил Галлей.

— По эллипсам, близким к параболам, — ответил Ньютон и положил на стол чертёж.

— Каковы же периоды их обращения?

— А это ещё предстоит узнать, — сказал Исаак Ньютон.

По совету Ньютона из сотен кометных наблюдений разных лет Галлей выбрал две дюжины таких, для которых можно было построить хоть приблизительную орбиту с допущением (для простоты), что все кометы движутся по параболам. Вычислить 24 орбиты вручную, без компьютера, на основе подчас неаккуратных наблюдений — это многолетний труд. И вот (к счастью!) три кометные будто бы параболы — 1531, 1607 и 1682 гг. — почти ложатся в пространстве Солнечной системы одна в другую. То есть это не три, а одно небесное тело, возвращающееся каждые 75— 76 лет! Так была открыта первая периодическая комета — комета Галлея. Галлей предсказал её новое появление в 1758 г., а поймали её немецкий астроном-любитель Георг Палич и Шарль Мессье. Это был триумф закона тяготения и начало строгого «паспортного режима» для комет.

С древнейших времён до наших дней замечено и описано уже около 2000 комет. За 300 лет после Ньютона вычислены орбиты более 700 из них. Общие результаты таковы. Большинство комет движется по эллипсам, умеренно или сильно вытянутым. Самым коротким маршрутом ходит комета Энке — от орбиты Меркурия до Юпитера и обратно за 3,3 года. Самая далёкая из тех, что наблюдались дважды, — комета, открытая в 1788 г. Каролиной Гершель и вернувшаяся через 154 года с расстояния 57 а. е. В 1914 г. на побитие рекорда дальности пошла комета Делавана. Она удалится на 170 000 а. е. и «финиширует» через 24 млн. лет.

Хотя законы, управляющие движением планет и комет, одни и те же, их поведение и области обитания сильно различаются.

Орбиты планет — эллипсы, близкие к окружностям. Орбиты комет — вытянутые эллипсы, почти параболы.

Планеты движутся в плоскости тонкого диска в одном направлении. Пути комет — это настоящий клубок орбит, ориентированных в пространстве без порядка. Кометы ходят по ним одни — против, другие — по часовой стрелке (обратное движение).

Заметим, что две столь же несхожие звёздные «народности» населяют Галактику. Одни звёзды (и Солнце в их числе) живут в галактическом диске. Другие, более древние, с несколько иным химическим составом, образуют клубок вокруг центра Галактики и снуют вглубь-наружу, туда-обратно по вытянутым эллипсам. Странное сходство, заслуживающее размышления на досуге...

Движение планет устойчиво, они не меняют заметно своих орбит. Кометы, регулярно пересекая дороги больших планет, меняют орбиты. Обычно изменения незначительны, как у кометы Галлея, но если странница пролетит мимо гиганта ближе чем в полумиллиарде километров, величина и направление её орбиты могут измениться до неузнаваемости.

Особенно сильно влияние Юпитера. Набрасывая гравитационное лассо, он «одомашнивает» кометы, переводит их на короткие орбиты — от Солнца до Юпитера и обратно. Сегодня в табуне Юпитера около сотни хвостов. По десятку комет держат Сатурн и Нептун. Три кометы пасёт Уран. Есть ещё подозрительное стадо, гуляющее до границы 50-60 а. е. Стадо есть, а пастуха нет...

Но гиганты слепы, как Полифем. Порой и собственную комету прогонит навсегда, а иногда так поддаст пробегающей мимо, что та переходит на орбиту большей дальности, а то и вовсе бежит от Солнца по гиперболе — прочь и навсегда. В Солнечной системе есть кометы, движущиеся с гиперболической скоростью, но это не пришельцы, это «наши» кометы, вынужденные навсегда покинуть солнечную родину из-за того, что кому-то перешли дорогу.

Комета крупным планом

Кометы — самые протяжённые тела Солнечной системы. У кометы 1811 г. одна голова по объёму в шесть-восемь раз превосходила Солнце. У кометы 1882 г. хвост был больше, чем расстояние от Солнца до Юпитера. Но при всех своих невообразимых размерах хвосты, состоящие из плазмы, газа и дыма, настолько разреженны, что на Земле такая среда считается вакуумом. Кометы — это видимое ничто. Но в сердцевине этого «ничто» есть нечто — твёрдое ядро кометы, с которого всё начинается.

Комета Галлея
Комета Галлея

Перенесёмся мысленно к ядру кометы, спешащей к Солнцу, и пройдём с ней часть пути. Пусть это будет ядро кометы Галлея — знаменитый «башмак» размером 16х8 км, каким его увидели на снимках «Веги» и «Джотто» в 1986 г.

Ядро состоит из льдов, внутри уплотненных, а снаружи пористых, губчатых, пушистых. Пока до Солнца далеко, комета, промороженная до -260°С, спит глубоким сном: ни головы, ни хвоста.

Основу льдов (более 80%) составляет вода, остальное — твёрдая углекислота, именуемая «сухим льдом», метановый, аммиачный лёд и другие замороженные газы. Вещество ядра достойно внимательнейшего изучения. В этом холодильнике могли сохраниться реликтовые органические вещества — первые кирпичики, из которых сложилась жизнь на Земле. Кометный лёд — грязноватый, перемешан с пылью и каменистым веществом. Когда пригреет, лёд начнёт испаряться, и, как на городских сугробах, на поверхности ядра останется корка загрязнения.

Корковая пыль в тысячи раз мельче той, что летом садится на подоконник. Пылинки не рассмотреть даже в лупу. Их триллион в кубическом миллиметре. Попадаются и частицы покрупнее — песчинки, камешки. Из такого вот космического праха, из кометной пыли, камней и льдов, возможно, слепились и выплавились Земля и планеты почти 5 млрд. лет назад.

На расстоянии 4,5 а. е. от Солнца, когда обогрев кометы достигает 1/20 нагрева Земли и температура верхнего слоя льда поднимается до —140°С открытые льды начинают испаряться. Не таять, а именно испаряться. Так улетучивается на холоде лёд из замёрзшего белья, так же в морозный день без таяния истончаются сугробы. Переход вещества из твёрдого состояния в газообразное, минуя стадию жидкости, называется возгонкой. День за днём процесс идёт всё заметнее. Сначала испаряются метан, аммиак, водород, циан, образуя прозрачную атмосферу — голову кометы. По мере приближения к орбите Марса возгоняется углекислота. Последней начинает испаряться вода, требующая большего тепла.

Атмосферные газы кометы не остаются неизменными. Кванты солнечного света, налетая на молекулы газа, ионизуют вещество, выбивая из атомов электроны. Но от Солнца идёт не только свет, а ещё и солнечный ветер. Это поток заряженных частиц, которые разбегаются во все стороны от дневного светила и несут с собой обрывки солнечного магнитного поля. Налетая на голову кометы, ветер подхватывает магнитными полями, как сетями, ионы кометного газа и мчит их прочь от Солнца на скорости 500-1000 км/с, образуя длинный и прямой, как луч прожектора, плазменный хвост. На незаряженные частицы газа солнечный ветер не действует. Эти частицы задерживаются у ядра, пополняя голову кометы.

Наконец, из-под коричневой корки начинают бить газовые фонтаны-гейзеры. Атмосфера всё шире, голова всё больше, и вот уже заметно её холодное люминесцентное свечение. Кометный газ светится так же, как краски-люминофоры и как разреженный газ в лампах дневного света.

Даже слабый напор газа подхватывает и вздымает ввысь громадные султаны пыли. В это время для земного наблюдателя голова кометы становится ярче, потому что пылевой туман отражает больше света, чем его излучают холодные прозрачные газы. Кванты света налетают на пылинки, и хотя их давление на пыль не так энергично и эффективно, как действие солнечного ветра на «окрошку» из атомов и молекул, но свет тоже гонит пылинки прочь от Солнца. Они образуют уже другой хвост — не прямой, как меч, а изогнутый, как сабля: пыль уходит из головы медленнее, и хвост волочится за ней по орбите, изгибаясь.

Вид комет разнообразен, но, рассматривая их на фотографиях или в натуре, всегда легко заметить: у этой хвост из ионов, у этой — пылевой, а у этой оба хвоста. Есть и другие фасоны хвостов, есть даже «бороды», но обо всём не расскажешь.

Войдя внутрь орбиты Земли, комета попадает в область сильного нагрева. Теперь гейзеры газа и пыли льются непрерывными струями в сторону Солнца. Ядро может терять 30-40 т пара ежесекундно! Но самое впечатляющее — это подкорковые взрывы. Как будто рвутся глубинные мины непонятной природы. Какие же силы и каким образом вдруг испаряют на глубине объём льда в пять шестнадцатиэтажных зданий и выбрасывают огромное количество газа на 20-30 тыс. километров, откуда и ядро-то еле видно? Это главная загадка комет.

Очень близкое прохождение около Солнца грозит ядру развалом, разрывом на части как уже не раз бывало. Но если комета благополучно миновала перигелий, она, побушевав ещё немного, «успокаивается» и застывает до очередной встречи с Солнцем.

Комета умерла. Да здравствует комета!

Как шелковичные черви выпусканием паутинки, так и кометы выпусканием хвоста истощаются и погибают.

И. Кеплер. Тайна Вселенной


Комета Галлея
Комета Галлея

Комета Галлея «обтаивает» на каждом витке метров на 200. Когда около 100 тыс. лет назад Нептун её захватил, это было солидное космическое тело диаметром несколько сот километров. А сейчас остался окатыш, которого едва хватит до конца III тысячелетия.Кроме испарения кометы крошатся. Взрывы выбрасывают из ядра сколы льда, смёрзшиеся глыбы, камешки, пыль. Этот мусор продолжает летать по орбите кометы, постепенно растягиваясь, как бегуны по кругу: самые быстрые догоняют отстающих. Так, ещё при живой комете на её орбите образуется тор из метеорного вещества. Дважды в году, 4 мая и 22 октября, Земля сближается с орбитой кометы Галлея и несколько суток движется внутри этого тора. Кометные соринки врезаются в атмосферу и сгорают, вызывая явление метеорного потока. Наконец, хорошо изучены случаи, когда ядро разваливается на части под действием притяжения Солнца или Юпитера при значительных сближениях с ними.

Бурная жизнь комет вблизи Солнца в десятки тысяч раз короче жизни Земли или Солнечной системы. Они как мотыльки-однодневки рядом с людьми: вчера одни, а сегодня уже новые. Странный, однако, этот «мотылёк»: его вещество — древнейшее в планетной системе.

В сущности, что мешает комете жить? Близость Солнца и планеты-гиганты. Значит, если льдину поместить подальше, чтобы в перигелии она не подходила к планетным орбитам, скажем, ближе чем на 50 а. е., а в афелии не забиралась в сферу притяжения соседних звёзд (200 000 а. е.). тогда комета могла бы существовать миллиарды лет.

Это далёкое царство Мороза (-270 °С), где живёт около ста миллиардов Снегурочек-невидимок, называется облаком Оорта. Они тоже солнечная семья, их тоже тянет к Солнцу, но они живут по мудрой кометной пословице: «в десять раз дальше от Солнца — в сто раз безопаснее». Только изредка возмущающее сближение какой-нибудь звезды с Солнечной системой приводит к изменению их орбит, и кого-то случай направляет прямо в солнечный жар, в планетные жернова и... в сети ловцов комет.

На облако Оорта можно взглянуть ещё и так: это музей стройматериалов, использовавшихся миллиарды лет назад при строительстве планет. Экспонаты хранятся в идеальном морозильнике, можно сказать, в вакуумной упаковке. Музей работает без выходных.



Страниц : 1