Галілео Галілей. Будова й склад комет
Реферат на тему:
Галілео Галілей. Будова й склад комет
XIV побоювався комети, що пройшла в 1680 році, вважаючи її провісницею своєї загибелі.
Величезний внесок у вивчення істинної природи комет зробив Едмонд Галлей. Ним була встановлена періодичність появи однієї і тієї ж комети в 1531 p., 1607 p. і 1682 p. Галлей зацікавився рухом комети 1682 р. і почав обчислення її орбіти. Йому довелося звернутися до Ньютона, що займався подібними обчисленнями. Ньютон відразу дав відповідь: комета буде рухатися по еліптичній орбіті. На прохання Галлея Ньютон виклав свої обчислення й теореми в трактаті «Про рух». Надалі Галлей почав займатися визначенням кометних орбіт за астрономічними спостереженнями. Вченому вдалося загалом зібрати відомості про 24 комети і випустити перший каталог кометних орбіт. У цьому каталозі Галлей визначив три комети, ідентичні за своїми характеристиками, із чого він зробив висновок, що це не три різні комети, а одна, що тільки з'являється з великим часовим інтервалом. Виявилося, що період її появи дорівнює 75,5 року. Згодом вона була названа кометою Галлея. Після появи першого каталогу Галлея вчені почали постійно вести каталоги, у які заносяться не тільки вже відомі комети, але й знову відкриті. Найбільш точним і надійним із них вважається каталог Б. Марсдена, виданий у 1972 р.
Якщо Галлеєві вдалося обчислити періодичність появи комет і їхні орбіти, то їхнє утворення так і залишилося загадкою. Ще в XVIII столітті Гершель, спостерігаючи за туманностями, припустив, що комети — невеликі туманності, що рухаються в міжзоряному просторі.
У 1796 році Лаплас у своїй книзі «Виклад системи світу» висловив першу, хоча почасти і помилкову, наукову гіпотезу про походження комет. Лаплас вважав їх обривками міжзоряних туманностей, хоча в їхньому хімічному складі присутні істотні розходження. Однак припущення вченого про те, що ці об'єкти мають міжзоряне походження, підтверджувалося наявністю комет із майже параболічними орбітами. Короткоперіодичні комети Лаплас вважав такими, що також прийшли з міжзоряного простору, але «солись були захоплені магнітним полем Юпітера і переведені ним на короткоперіодичні орбіти. Теорія Лапласа має прихильників і сьогодні. (Комети падають на Сонце або обертаються довкола нього уздовж сильно витягнутих орбіт, тому відповідно поділяються на довгопе-ріодичні, з періодом обертання близько 100 років і більше, і короткоперіодичні, із періодом обертання 7 років).
У 50-х роках голландський астроном Я. Оорт висунув гіпотезу про існування кометної хмари на відстані 150 000 а. о. від Сонця, що утворилася в результаті вибуху 10-ої планети Сонячної системи — Фаетона, яка колись існувала між орбітами Марса і Юпітера. На думку академіка В. Г. Фесенкова, планета вибухнула в результаті занадто сильного зближення Фаетона та Юпітера, від впливу колосальних приливних сил, в результаті чого виникло внутрішнє перегрівання Фаетона. Вибух був неймовірно сильним, від чого більша частина речовини у вигляді астероїдів, метеоритів і уламків крижаної кори залишила межі Сонячної системи, а менша частина затрималася на орбіті Фаетона, де й зараз циркулює у вигляді астероїдів, метеоритів і кометних ядер, і на периферії Сонячної системи у вигляді хмари Оорта.
Деякі кометні ядра зберегли реліктовий лід під пухким, сформованим із ту гоплавких компонентів теплоізоляційним шаром, і дотепер у поясі астероїдів іноді відкривають короткоперіодичні комети, що рухаються уздовж майже кругових орбіт (комета Смирнової-Черних, відкрита у 1975 p.).
Сьогодні загальноприйнятою вважається гіпотеза гравітаційної конденсації всіх тіл Сонячної системи з первинної газопилової хмари, що мала подібний до сонячного хімічний склад. У холодній зоні хмари скондесувалися планети-гіган-ти: Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Вони увібрали себе найбільш розповсюджені елементи протопланетної хмари, у результаті чого маса кожної зросла настільки, що вони почали захоплювати не тільки тверді частинки, але й гази. У цій холодній зоні утворилися і крижані ядра комет, що частково пішли на формування планет-гігантів, а частково, зі зростанням мас цих планет, почали відкидатися ними на периферію Сонячної системи, де й утворили «резервуар» комет — хмару Офта.
У результаті вивчення елементів майже параболічних кометних орбіт, а також застосування методів небесної механіки було доведено, що хмара Оорта реально існує і є досить стійкою: період її напіврозпаду складає близько одного мільярда років. Хмара постійно одержує поповнення з різних джерел, тому вона не припиняє свого існування.
Ф. Уіпл вважає, що в Сонячній системі крім хмари Оорта існує і ближча область, заповнена великою кількістю комет. Вона знаходиться за орбітою Нептуна, містить близько 109 комет і саме вона викликає ті помітні збурювання в русі Нептуна, які раніше приписувалися Плутону, тому що має масу на два порядки більшу, ніж маса Плутона. Цей пояс міг утворитися, за теорією ризького астронома К. Штейнса, у результаті так званої «дифузії кометних орбіт». Вона полягає в дуже повільному нагромадженні малих планетних збурювань, результатом чого стає поступове скорочення великої півосі еліптичної орбіти комети. Таким чином, за мільйони років багато комет, які раніше належали хмарі Оорта, змінюють свої орбіти так, що їхні перигелії (найближча відстань від Сонця) починають концентруватися поблизу найбільш віддаленої від Сонця планети-гіганта Нептуна, що має велику масу і протяжну сферу дії. Тому цілком можливим є існування прогнозованого Уішюм кометного пояса за Нептуном.
Надалі еволюція кометної орбіти з пояса Уїпла протікає набагато стрімкіше, у залежності від зближення з Нептуном. При зближенні відбувається сильна трансформація орбіти: Нептун своїм магнітним полем діє так, що після виходу зі сфери його дії комета починає рухатися по різко гіперболічній орбіті, що призводить або до її викиду із Сонячної системи, або вона продовжує рухатися усередину планетної системи, де може знову зазнати впливу планет-гігантів, або рухатиметься до Сонця по стійкій еліптичній орбіті, своїм афелієм (точкою найбільшого віддалення від Сонця) демонструючи приналежність до сімейства Нептуна. На думку О. І. Казимирчак-Полонської, наприклад, дифузія призводить до нагромадження кругових кометних орбіт також між Ураном і Нептуном, Сатурном і Ураном, Юпітером і Сатурном, які також є джерелами кометних ядер.
З часів висунутої Лапласом теорії вчені шукали й інші джерела утворення комет, навіть висувалася гіпотеза (французьким ученим Лагранжем) про походження комет із вулканічної речовини планет. Але при розрахунках виявилося, що фрагмент, який відокремлюється з поверхні планети, повинен подолати поле тяжіння планети, що є фізично нереальним. Існують також й інші гіпотези про походження комет, які не одержали настільки широкого розповсюдження, як гіпотези про міжзоряне походження комет, про хмару Оорта і еРУптивне утворення комет.
Будова й склад комет
Комета має маленьке ядро, що є єдиною її твердою частиною. Незважаючи на технічний розвиток, ядро комети і донині телескопічним спостереженням недоступне, тому що світна матерія, яка безупинно виходить із ядра, не дозволяє побачити «серце» комети. За допомогою великих збільшень сьогодні можна тільки спостерігати глибші світні шари газопилової оболонки. Центральне згущення, видиме в атмосфері комети візуально або на фотографіях, називається фотометричним ядром, у центрі якого і знаходиться власне ядро комети. Однак, як показав радянський астроном Д. О. Мохнач, центр мас може не збігатися з найбільш яскравою областю фотометричного ядра. Це явище називається ефектом Мохнача.
Ядро — основна частина комети. У часи Лапласа існувала думка, що ядро комети — тверде тіло, яке складається з речовин (лід або сніг), що легко випаровуються і швидко перетворюються на газ під впливом сонячного тепла. Таке припущення стало класичною моделлю кометного ядра, яка останнім часом значно доповнилася. Визнаною вважається модель ядра, розроблена Уїплом: це конгломерат із тугоплавких кам'янистих частинок і заморожених летких компонентів (метану, вуглекислого газу, води й ін.). У такому ядрі крижані шари з заморожених газів чергуються з пиловими шарами, при прогріванні гази випаровуються, захоплюючи за собою хмари пилу й утворюючи в такий спосіб пилові хвости комет.
Розглянемо більш докладно процеси, що відбуваються в атмосфері комети під час наближення її до Сонця. Туманна атмосфера, що оточує фотометричне ядро, називається комою. Кома разом із ядром складають голову комети. З наближенням комети до Сонця в результаті прогрівання ядра відбувається плавлення й сублімація льоду. Молекули води, що розкладаються, утворюють величезну хмару атомного водню і меншу хмару — гідроксилу — навколо ядра комети. Крижана оболонка, що оточує ядро, поступово тоншає, стає чимраз пухкішою, вкриваючись чимраз більш пористим шаром пилу завтовшки в кілька сантиметрів, що ізолює глибші шари льоду, від чого температура серцевини ядра залишається вкрай низькою (біля -150°С). Частки пилу поступово відриваються від поверхні й зносяться потоком газу, що виділяється при сублімації льоду на межі пористого шару пилу і забрудненого льоду. Далеко від Сонця голова комети виглядає симетричною, але з наближенням до нього вона поступово стає овальною, потім видовжується ще сильніше й у протилежний від Сонця бік з неї розвивається хвіст, який складається з нейтрального газу й пилу. Еліптична, яскраво сяюча хмара сягає в діаметрі до 100 тис. км.
У більшості комет кома складається з трьох основних частин, які помітно відрізняються своїми фізичними параметрами:—
внутрішня область, що прилягає до ядра, — молекулярна, хімічна і фотохімічна кома;—
видима кома, або грудки радикалів;—
ультрафіолетова, або атомна кома.
На відстані в І а. о. від Сонця середній діаметр внутрішньої коми D1 = 104 км, видимої D2 = 10s — 106 км і ультрафіолетової D3 = 10' км.
У внутрішній комі відбуваються найбільш інтенсивні фізико-хімічні процеси: хімічні реакції, дисоціація й іонізація нейтральних молекул. У видимій
комі, що складається в основному з радикалів (хімічно активних молекул CN, ОН, NH2 та ін.), процес дисоціації й збудження цих молекул під дією сонячної радіації продовжується, але вже менш інтенсивно, ніж у внутрішній комі. Кометна атмосфера у свою чергу поділяється (за Л. М. Шульманом) на пристінний шар, де відбувається випаровування й конденсація частинок на крижаній поверхні; навколоядерну область, де відбувається газодинамічний рух речовини, перехідну область і область вільно-молекулярного розлітання кометних частинок у міжпланетний простір.
З наближенням до Сонця в комет виникають плазмовий або пиловий хвости. Плазмовий хвіст становить собою блакитнуватий потік заряджених частинок, спрямований майже по прямій від Сонця, пиловий — жовтуватого кольору, складається з дрібних частинок пилу, що відкидаються від комети сонячним вітром, більші частинки пилу (діаметром більше 1 мкм) сильніше притягаються гравітаційним полем Сонця, тому вони залишаються на траєкторії комети і рухаються по орбіті навколо Сонця, утворюючи шлейф комети. Пиловий хвіст зігнутий так, що його увігнутий бік звернений убік попередніх положень комети, що вказує на деякий вплив гравітаційного поля Сонця.
Пилоподібні частинки комет, вкраплені в їхню крижану масу, складаються із заліза, силікатів магнію, сульфідів і сполук Карбону. До складу крижаної фази входять (за Ф. Дельсеммом, у мол. %) Н20 — 73,0; С02 — 7,3; CO — 4,9; СН О — 4 4-HCN - 2,9; CH,CN - 1,4; N2H4 - 1,8; С2Н2 - 2,2; С4Н2 - 0,7; CS2 - 1,4. Аналіз пилових частинок показав наявність силікатів (в інфрачервоній області), діаметр яких складає від 1 до 10 мкм.
Згідно з Уіплом, у комет, що здійснили невелике число проходжень через перигелій (вони називаються «молодими» кометами), поверхнева захисна кірка ще не встигла утворитися, і поверхня ядра вкрита льодами, тому газовиділення протікає інтенсивно шляхом прямого випаровування. У спектрі такої комети переважає відбите сонячне світло, що дозволяє спектрально відрізняти «старі» комети від «молодих». Зазвичай «молодими» називаються комети, що мають великі півосі орбіт, тому що вони, найімовірніше, уперше проникають у внутрішні області Сонячної системи. «Старі» комети — це комети з коротким періодом обертання навколо Сонця, які багаторазово проходили свій перигелій. У «старих» комет через періодичні повернення до Сонця поверхневий лід підтоплюється, «забруднюється», від чого на поверхні утворюється тугоплавкий екран, який добре захищає лід, що знаходиться під ним, від впливу сонячного світла.
З наближенням комети до Сонця діаметр видимої голови день у день зростає й сягає максимальних розмірів між орбітами Землі й Марса. Крім того, голови комет під час руху по орбіті набувають різноманітних форм: удалині від Сонця вони круглі, а з наближенням до Сонця, під впливом сонячного тиску, набувають вигляду параболи або ланцюгової лінії.
С. В. Орлов запропонував п'ять типів кометних голів, що враховують їхню форму і внутрішню структуру:
1. Тип Е — комети з яскравими комами, що мають із боку Сонця сяючі параболічні оболонки, фокус яких лежить у ядрі комети.
2. Тип С — комети, голови яких у чотири рази слабкіші за голови типу Е і за зовнішнім виглядом нагадують цибулину.
3. Тип N — комети без коми й оболонки.
4. Тип Q — комети, що мають аномальний хвіст, виступаючий у бік Сонця.
5. Тип Н — комета, у голові яких генеруються кільця, що рівномірно розширюються, — галоси з центром у ядрі.
Хвости комет, як уже згадувалося, майже завжди спрямовані в протилежний від Сонця бік. Ф. О. Бредіхін на основі розробок Ф. Бесселя вивів більш викінчену механічну теорію кометних хвостів і запропонував поділити їх на три відособлені групи, залежно від величини відштовхуючого прискорення.
Іноді в кометах спостерігаються незвичайні промені, що виходять під різними кутами з ядра й утворюють у сукупності променистий хвіст; галоси, що становлять собою систему концентричних кілець, які розширюються; стискальні оболонки, тобто поява декількох оболонок, які постійно рухаються до ядра; хмарні утворення; омегоподібні вигини хвостів, що з'являються при неоднорідності сонячного вітру та ін. У головах комет спостерігаються нестандартні спалахи яскравості, пов'язані з посиленням короткохвильової радіації і корпускулярних потоків; поділ ядер на вторинні фрагменти.
Сучасні дослідження комет
З маси відомих комет найбільш вивченою вважається комета Галлея. Перші згадки про неї містяться в записах Давнього Вавилона і датуються 164 і 87 pp. до н. є. Рухаючись по своїй еліптичній орбіті навколо Сонця до внутрішньої частини Сонячної системи, комета Галлея пролітає повз Землю кожні 70—80 років. Особливо значущим для вчених був прохід комети поблизу Землі в березні 1986 р., тому що на зустріч із нею вийшли космічні зонди (європейський, японські й радянські), що пройшли на відстані 8,9 і 8 тис. км від її ядра з метою проаналізувати гази й пил у безпосередній близькості від комети і сфотографувати її ядро. У той час ще не було технічної можливості здійснити посадку на ядро комети, тому що занадто великою була швидкість зустрічі — 78 км/с. Небезпечно було навіть пролітати на занадто близькій відстані від неї, тому що кометний пил міг зруйнувати космічний апарат. Відстань прольоту була обрана з урахуванням кількісних характеристик комети. Використовувалося два підходи: дистанційні вимірювання за допомогою оптичних приладів і прямі вимірювання речовини (газу й пилу), що залишає ядро, перетинаючи траєкторію руху апарата.
Телевізійна зйомка комети показала, що ядро являє собою монолітне тіло неправильної, у вигляді ядра арахісу, форми, із розмірами великої осі в 14 км і в поперечнику — близько 7 км, масою приблизно 100 млрд т і густиною досить пухкої речовини 0,1—0,3 г/см5. Пил, що його підхоплював газ, викидався могутніми струменями з ядра і летів у простір по спіралі, що пояснюється обертанням ядра (із періодом обертання 7,4 доби) навколо своєї довгої осі. Прилади встановили, що поверхня ядра чорна (відбивна здатність досить низька, менше 5%) і гаряча (приблизно 100 000°С). Темне забарвлення ядра пояснюється наявністю в ньому складних молекул, що складаються з Гідрогену, Карбону, Нітрогену й Оксигену, які утворюють темні вуглеводневі полімеризовані речовини. Проби показали, що газ, який безпосередньо виділився з комети Галлея, складається з водяної пари (80%), монооксиду карбону (10%), діоксиду карбону (3%), метану (2%), аміаку (1,5%) і ціанистоводневої кислоти (0,1%).
Найбільш цікавими подіями за останні кілька років стали: поява комети Хей ла—Боппа і падіння комети Шумахера—Леві 9 на Юпітер.
У 1996 році відбулася одна цікава подія. Американський астроном-любитель Чак Шрамек опублікував фотографію комети Хейла—Боппа, на якій чітко було видно яскравий білий об'єкт невідомого походження, трохи приплюснутой по горизонталі. Розміри об'єкта в кілька разів перевищували розміри Землі. Офіційні наукові представники оголосили знімок Шрамека підробкою, а самого астронома містифікатором, але самі не дали жодного зрозумілого пояснення природи цього явища. 23 липня, за повідомленнями преси, ядро комети розділилося навпіл. Попередній аналіз показав, що друге «ядро» — зоря на задньому плані, але наступні знімки спростували це припущення. Через якийсь час «ядра» знову об'єдналися і комета набула первісного вигляду. Цей феномен також залишився без пояснень представників наукових кіл.
Другою подією недавнього минулого (4 липня 1994 р.) стало падіння корот-коперіодичної комети Шумахера—Леві 9 на Юпітер. У липні 1992 року в результаті зближення з Юпітером ядро комети розділилося на фрагменти, які згодом зіштовхнулися з планетою-гігантом. У зв'язку з тим, що зіткнення відбувалися на нічному боці Юпітера, астрономи могли спостерігати тільки спалахи, відбиті супутниками планети. На Юпітер упало 20 кометних уламків. Аналіз показав, що діаметр фрагментів був вельми різнокаліберним: від одного до декількох кілометрів.
Учені стверджують, що розпад комети на частини — надзвичайно рідкісна подія, захоплення комети Юпітером — ще більш феноменальне явище, а зіткнення великої комети з планетою розцінюється як екстраординарна космічна подія.
Нещодавно американськими вченими були зроблені розрахунки, де була вичислена ситуація падіння комети радіусом 1 км на Землю. Підрахунки показали, що такий катаклізм буде смертельним для людства, тому що в повітря піднімуться тонни пилу, пиловий стовп закриє доступ сонячному світлу й теплу. При падінні комети в океані утвориться гігантське цунамі, пройде ряд руйнівних землетрусів. Тут можна згадати гіпотезу, за якою причиною вимирання динозаврів було саме падіння великої комети або астероїда. У штаті Арізона, наприклад, існує кратер діаметром 1219 м, що утворився після падіння метеорита, діаметр якого був близько 60 метрів. Вибух, що відбувся в результаті зіткнення, був неймовірної потужності, за підрахунками, він був еквівалентний вибухові 15 млн т тринітротолуолу. Ще одна подія, яка відбулася на території Росії в 1908 році, — падіння Тунгуського об'єкта. Імовірно, це також був метеорит, що залишив кратер діаметром близько 100 м. Відомо, наприклад, і те, що Земля Двічі на рік проходить крізь метеорний потік комети Галлея, тому в атмосфері нашої планети виникають метеорні дощі: Оріоніди в жовтні й Аквариди в травні. Метеорні потоки мають, звичайно, принципову відмінність від метеоритної речовини. Вони являють собою пухкі грудочки пилу, що розпадаються на дуже великих висотах при входженні в атмосферу. Тому сьогодні наукові лабораторії працюють над створенням системи раннього виявлення, знищення або відхилення великих космічних тіл, що проходять повз нашу планету, щоб хоч якоюсь мірою надати безпеку мешканцям планети Земля.
З усього вищесказаного видно, що, незважаючи на ретельне вивчення і теоретичні викладення, комети містять у собі ще чимало загадок. Немає ніяких гарантій, що жодна з «хвостатих» красунь не становить реальної небезпеки для нашої планети. Але будемо сподіватися, що до моменту справжньої небезпеки вчені вже будуть готові зустріти «гостю» при повному озброєнні. До того ж прогрес у цій області не стоїть на місці, і незабаром, будемо сподіватися, земляни стануть свідками посадки космічних апаратів на кометне ядро. Комети поки що не становлять практичного інтересу, але їх вивчення допоможе зрозуміти основи й причини їхнього утворення. Можливо, що комети складаються з первісного матеріалу й у такий спосіб відбивають умови, що мали місце при виникненні Сонячної системи, ось чому їх вивчення є таким важливим.
Галілео Галілей. Будова й склад комет
XIV побоювався комети, що пройшла в 1680 році, вважаючи її провісницею своєї загибелі.
Величезний внесок у вивчення істинної природи комет зробив Едмонд Галлей. Ним була встановлена періодичність появи однієї і тієї ж комети в 1531 p., 1607 p. і 1682 p. Галлей зацікавився рухом комети 1682 р. і почав обчислення її орбіти. Йому довелося звернутися до Ньютона, що займався подібними обчисленнями. Ньютон відразу дав відповідь: комета буде рухатися по еліптичній орбіті. На прохання Галлея Ньютон виклав свої обчислення й теореми в трактаті «Про рух». Надалі Галлей почав займатися визначенням кометних орбіт за астрономічними спостереженнями. Вченому вдалося загалом зібрати відомості про 24 комети і випустити перший каталог кометних орбіт. У цьому каталозі Галлей визначив три комети, ідентичні за своїми характеристиками, із чого він зробив висновок, що це не три різні комети, а одна, що тільки з'являється з великим часовим інтервалом. Виявилося, що період її появи дорівнює 75,5 року. Згодом вона була названа кометою Галлея. Після появи першого каталогу Галлея вчені почали постійно вести каталоги, у які заносяться не тільки вже відомі комети, але й знову відкриті. Найбільш точним і надійним із них вважається каталог Б. Марсдена, виданий у 1972 р.
Якщо Галлеєві вдалося обчислити періодичність появи комет і їхні орбіти, то їхнє утворення так і залишилося загадкою. Ще в XVIII столітті Гершель, спостерігаючи за туманностями, припустив, що комети — невеликі туманності, що рухаються в міжзоряному просторі.
У 1796 році Лаплас у своїй книзі «Виклад системи світу» висловив першу, хоча почасти і помилкову, наукову гіпотезу про походження комет. Лаплас вважав їх обривками міжзоряних туманностей, хоча в їхньому хімічному складі присутні істотні розходження. Однак припущення вченого про те, що ці об'єкти мають міжзоряне походження, підтверджувалося наявністю комет із майже параболічними орбітами. Короткоперіодичні комети Лаплас вважав такими, що також прийшли з міжзоряного простору, але «солись були захоплені магнітним полем Юпітера і переведені ним на короткоперіодичні орбіти. Теорія Лапласа має прихильників і сьогодні. (Комети падають на Сонце або обертаються довкола нього уздовж сильно витягнутих орбіт, тому відповідно поділяються на довгопе-ріодичні, з періодом обертання близько 100 років і більше, і короткоперіодичні, із періодом обертання 7 років).
У 50-х роках голландський астроном Я. Оорт висунув гіпотезу про існування кометної хмари на відстані 150 000 а. о. від Сонця, що утворилася в результаті вибуху 10-ої планети Сонячної системи — Фаетона, яка колись існувала між орбітами Марса і Юпітера. На думку академіка В. Г. Фесенкова, планета вибухнула в результаті занадто сильного зближення Фаетона та Юпітера, від впливу колосальних приливних сил, в результаті чого виникло внутрішнє перегрівання Фаетона. Вибух був неймовірно сильним, від чого більша частина речовини у вигляді астероїдів, метеоритів і уламків крижаної кори залишила межі Сонячної системи, а менша частина затрималася на орбіті Фаетона, де й зараз циркулює у вигляді астероїдів, метеоритів і кометних ядер, і на периферії Сонячної системи у вигляді хмари Оорта.
Деякі кометні ядра зберегли реліктовий лід під пухким, сформованим із ту гоплавких компонентів теплоізоляційним шаром, і дотепер у поясі астероїдів іноді відкривають короткоперіодичні комети, що рухаються уздовж майже кругових орбіт (комета Смирнової-Черних, відкрита у 1975 p.).
Сьогодні загальноприйнятою вважається гіпотеза гравітаційної конденсації всіх тіл Сонячної системи з первинної газопилової хмари, що мала подібний до сонячного хімічний склад. У холодній зоні хмари скондесувалися планети-гіган-ти: Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Вони увібрали себе найбільш розповсюджені елементи протопланетної хмари, у результаті чого маса кожної зросла настільки, що вони почали захоплювати не тільки тверді частинки, але й гази. У цій холодній зоні утворилися і крижані ядра комет, що частково пішли на формування планет-гігантів, а частково, зі зростанням мас цих планет, почали відкидатися ними на периферію Сонячної системи, де й утворили «резервуар» комет — хмару Офта.
У результаті вивчення елементів майже параболічних кометних орбіт, а також застосування методів небесної механіки було доведено, що хмара Оорта реально існує і є досить стійкою: період її напіврозпаду складає близько одного мільярда років. Хмара постійно одержує поповнення з різних джерел, тому вона не припиняє свого існування.
Ф. Уіпл вважає, що в Сонячній системі крім хмари Оорта існує і ближча область, заповнена великою кількістю комет. Вона знаходиться за орбітою Нептуна, містить близько 109 комет і саме вона викликає ті помітні збурювання в русі Нептуна, які раніше приписувалися Плутону, тому що має масу на два порядки більшу, ніж маса Плутона. Цей пояс міг утворитися, за теорією ризького астронома К. Штейнса, у результаті так званої «дифузії кометних орбіт». Вона полягає в дуже повільному нагромадженні малих планетних збурювань, результатом чого стає поступове скорочення великої півосі еліптичної орбіти комети. Таким чином, за мільйони років багато комет, які раніше належали хмарі Оорта, змінюють свої орбіти так, що їхні перигелії (найближча відстань від Сонця) починають концентруватися поблизу найбільш віддаленої від Сонця планети-гіганта Нептуна, що має велику масу і протяжну сферу дії. Тому цілком можливим є існування прогнозованого Уішюм кометного пояса за Нептуном.
Надалі еволюція кометної орбіти з пояса Уїпла протікає набагато стрімкіше, у залежності від зближення з Нептуном. При зближенні відбувається сильна трансформація орбіти: Нептун своїм магнітним полем діє так, що після виходу зі сфери його дії комета починає рухатися по різко гіперболічній орбіті, що призводить або до її викиду із Сонячної системи, або вона продовжує рухатися усередину планетної системи, де може знову зазнати впливу планет-гігантів, або рухатиметься до Сонця по стійкій еліптичній орбіті, своїм афелієм (точкою найбільшого віддалення від Сонця) демонструючи приналежність до сімейства Нептуна. На думку О. І. Казимирчак-Полонської, наприклад, дифузія призводить до нагромадження кругових кометних орбіт також між Ураном і Нептуном, Сатурном і Ураном, Юпітером і Сатурном, які також є джерелами кометних ядер.
З часів висунутої Лапласом теорії вчені шукали й інші джерела утворення комет, навіть висувалася гіпотеза (французьким ученим Лагранжем) про походження комет із вулканічної речовини планет. Але при розрахунках виявилося, що фрагмент, який відокремлюється з поверхні планети, повинен подолати поле тяжіння планети, що є фізично нереальним. Існують також й інші гіпотези про походження комет, які не одержали настільки широкого розповсюдження, як гіпотези про міжзоряне походження комет, про хмару Оорта і еРУптивне утворення комет.
Будова й склад комет
Комета має маленьке ядро, що є єдиною її твердою частиною. Незважаючи на технічний розвиток, ядро комети і донині телескопічним спостереженням недоступне, тому що світна матерія, яка безупинно виходить із ядра, не дозволяє побачити «серце» комети. За допомогою великих збільшень сьогодні можна тільки спостерігати глибші світні шари газопилової оболонки. Центральне згущення, видиме в атмосфері комети візуально або на фотографіях, називається фотометричним ядром, у центрі якого і знаходиться власне ядро комети. Однак, як показав радянський астроном Д. О. Мохнач, центр мас може не збігатися з найбільш яскравою областю фотометричного ядра. Це явище називається ефектом Мохнача.
Ядро — основна частина комети. У часи Лапласа існувала думка, що ядро комети — тверде тіло, яке складається з речовин (лід або сніг), що легко випаровуються і швидко перетворюються на газ під впливом сонячного тепла. Таке припущення стало класичною моделлю кометного ядра, яка останнім часом значно доповнилася. Визнаною вважається модель ядра, розроблена Уїплом: це конгломерат із тугоплавких кам'янистих частинок і заморожених летких компонентів (метану, вуглекислого газу, води й ін.). У такому ядрі крижані шари з заморожених газів чергуються з пиловими шарами, при прогріванні гази випаровуються, захоплюючи за собою хмари пилу й утворюючи в такий спосіб пилові хвости комет.
Розглянемо більш докладно процеси, що відбуваються в атмосфері комети під час наближення її до Сонця. Туманна атмосфера, що оточує фотометричне ядро, називається комою. Кома разом із ядром складають голову комети. З наближенням комети до Сонця в результаті прогрівання ядра відбувається плавлення й сублімація льоду. Молекули води, що розкладаються, утворюють величезну хмару атомного водню і меншу хмару — гідроксилу — навколо ядра комети. Крижана оболонка, що оточує ядро, поступово тоншає, стає чимраз пухкішою, вкриваючись чимраз більш пористим шаром пилу завтовшки в кілька сантиметрів, що ізолює глибші шари льоду, від чого температура серцевини ядра залишається вкрай низькою (біля -150°С). Частки пилу поступово відриваються від поверхні й зносяться потоком газу, що виділяється при сублімації льоду на межі пористого шару пилу і забрудненого льоду. Далеко від Сонця голова комети виглядає симетричною, але з наближенням до нього вона поступово стає овальною, потім видовжується ще сильніше й у протилежний від Сонця бік з неї розвивається хвіст, який складається з нейтрального газу й пилу. Еліптична, яскраво сяюча хмара сягає в діаметрі до 100 тис. км.
У більшості комет кома складається з трьох основних частин, які помітно відрізняються своїми фізичними параметрами:—
внутрішня область, що прилягає до ядра, — молекулярна, хімічна і фотохімічна кома;—
видима кома, або грудки радикалів;—
ультрафіолетова, або атомна кома.
На відстані в І а. о. від Сонця середній діаметр внутрішньої коми D1 = 104 км, видимої D2 = 10s — 106 км і ультрафіолетової D3 = 10' км.
У внутрішній комі відбуваються найбільш інтенсивні фізико-хімічні процеси: хімічні реакції, дисоціація й іонізація нейтральних молекул. У видимій
комі, що складається в основному з радикалів (хімічно активних молекул CN, ОН, NH2 та ін.), процес дисоціації й збудження цих молекул під дією сонячної радіації продовжується, але вже менш інтенсивно, ніж у внутрішній комі. Кометна атмосфера у свою чергу поділяється (за Л. М. Шульманом) на пристінний шар, де відбувається випаровування й конденсація частинок на крижаній поверхні; навколоядерну область, де відбувається газодинамічний рух речовини, перехідну область і область вільно-молекулярного розлітання кометних частинок у міжпланетний простір.
З наближенням до Сонця в комет виникають плазмовий або пиловий хвости. Плазмовий хвіст становить собою блакитнуватий потік заряджених частинок, спрямований майже по прямій від Сонця, пиловий — жовтуватого кольору, складається з дрібних частинок пилу, що відкидаються від комети сонячним вітром, більші частинки пилу (діаметром більше 1 мкм) сильніше притягаються гравітаційним полем Сонця, тому вони залишаються на траєкторії комети і рухаються по орбіті навколо Сонця, утворюючи шлейф комети. Пиловий хвіст зігнутий так, що його увігнутий бік звернений убік попередніх положень комети, що вказує на деякий вплив гравітаційного поля Сонця.
Пилоподібні частинки комет, вкраплені в їхню крижану масу, складаються із заліза, силікатів магнію, сульфідів і сполук Карбону. До складу крижаної фази входять (за Ф. Дельсеммом, у мол. %) Н20 — 73,0; С02 — 7,3; CO — 4,9; СН О — 4 4-HCN - 2,9; CH,CN - 1,4; N2H4 - 1,8; С2Н2 - 2,2; С4Н2 - 0,7; CS2 - 1,4. Аналіз пилових частинок показав наявність силікатів (в інфрачервоній області), діаметр яких складає від 1 до 10 мкм.
Згідно з Уіплом, у комет, що здійснили невелике число проходжень через перигелій (вони називаються «молодими» кометами), поверхнева захисна кірка ще не встигла утворитися, і поверхня ядра вкрита льодами, тому газовиділення протікає інтенсивно шляхом прямого випаровування. У спектрі такої комети переважає відбите сонячне світло, що дозволяє спектрально відрізняти «старі» комети від «молодих». Зазвичай «молодими» називаються комети, що мають великі півосі орбіт, тому що вони, найімовірніше, уперше проникають у внутрішні області Сонячної системи. «Старі» комети — це комети з коротким періодом обертання навколо Сонця, які багаторазово проходили свій перигелій. У «старих» комет через періодичні повернення до Сонця поверхневий лід підтоплюється, «забруднюється», від чого на поверхні утворюється тугоплавкий екран, який добре захищає лід, що знаходиться під ним, від впливу сонячного світла.
З наближенням комети до Сонця діаметр видимої голови день у день зростає й сягає максимальних розмірів між орбітами Землі й Марса. Крім того, голови комет під час руху по орбіті набувають різноманітних форм: удалині від Сонця вони круглі, а з наближенням до Сонця, під впливом сонячного тиску, набувають вигляду параболи або ланцюгової лінії.
С. В. Орлов запропонував п'ять типів кометних голів, що враховують їхню форму і внутрішню структуру:
1. Тип Е — комети з яскравими комами, що мають із боку Сонця сяючі параболічні оболонки, фокус яких лежить у ядрі комети.
2. Тип С — комети, голови яких у чотири рази слабкіші за голови типу Е і за зовнішнім виглядом нагадують цибулину.
3. Тип N — комети без коми й оболонки.
4. Тип Q — комети, що мають аномальний хвіст, виступаючий у бік Сонця.
5. Тип Н — комета, у голові яких генеруються кільця, що рівномірно розширюються, — галоси з центром у ядрі.
Хвости комет, як уже згадувалося, майже завжди спрямовані в протилежний від Сонця бік. Ф. О. Бредіхін на основі розробок Ф. Бесселя вивів більш викінчену механічну теорію кометних хвостів і запропонував поділити їх на три відособлені групи, залежно від величини відштовхуючого прискорення.
Іноді в кометах спостерігаються незвичайні промені, що виходять під різними кутами з ядра й утворюють у сукупності променистий хвіст; галоси, що становлять собою систему концентричних кілець, які розширюються; стискальні оболонки, тобто поява декількох оболонок, які постійно рухаються до ядра; хмарні утворення; омегоподібні вигини хвостів, що з'являються при неоднорідності сонячного вітру та ін. У головах комет спостерігаються нестандартні спалахи яскравості, пов'язані з посиленням короткохвильової радіації і корпускулярних потоків; поділ ядер на вторинні фрагменти.
Сучасні дослідження комет
З маси відомих комет найбільш вивченою вважається комета Галлея. Перші згадки про неї містяться в записах Давнього Вавилона і датуються 164 і 87 pp. до н. є. Рухаючись по своїй еліптичній орбіті навколо Сонця до внутрішньої частини Сонячної системи, комета Галлея пролітає повз Землю кожні 70—80 років. Особливо значущим для вчених був прохід комети поблизу Землі в березні 1986 р., тому що на зустріч із нею вийшли космічні зонди (європейський, японські й радянські), що пройшли на відстані 8,9 і 8 тис. км від її ядра з метою проаналізувати гази й пил у безпосередній близькості від комети і сфотографувати її ядро. У той час ще не було технічної можливості здійснити посадку на ядро комети, тому що занадто великою була швидкість зустрічі — 78 км/с. Небезпечно було навіть пролітати на занадто близькій відстані від неї, тому що кометний пил міг зруйнувати космічний апарат. Відстань прольоту була обрана з урахуванням кількісних характеристик комети. Використовувалося два підходи: дистанційні вимірювання за допомогою оптичних приладів і прямі вимірювання речовини (газу й пилу), що залишає ядро, перетинаючи траєкторію руху апарата.
Телевізійна зйомка комети показала, що ядро являє собою монолітне тіло неправильної, у вигляді ядра арахісу, форми, із розмірами великої осі в 14 км і в поперечнику — близько 7 км, масою приблизно 100 млрд т і густиною досить пухкої речовини 0,1—0,3 г/см5. Пил, що його підхоплював газ, викидався могутніми струменями з ядра і летів у простір по спіралі, що пояснюється обертанням ядра (із періодом обертання 7,4 доби) навколо своєї довгої осі. Прилади встановили, що поверхня ядра чорна (відбивна здатність досить низька, менше 5%) і гаряча (приблизно 100 000°С). Темне забарвлення ядра пояснюється наявністю в ньому складних молекул, що складаються з Гідрогену, Карбону, Нітрогену й Оксигену, які утворюють темні вуглеводневі полімеризовані речовини. Проби показали, що газ, який безпосередньо виділився з комети Галлея, складається з водяної пари (80%), монооксиду карбону (10%), діоксиду карбону (3%), метану (2%), аміаку (1,5%) і ціанистоводневої кислоти (0,1%).
Найбільш цікавими подіями за останні кілька років стали: поява комети Хей ла—Боппа і падіння комети Шумахера—Леві 9 на Юпітер.
У 1996 році відбулася одна цікава подія. Американський астроном-любитель Чак Шрамек опублікував фотографію комети Хейла—Боппа, на якій чітко було видно яскравий білий об'єкт невідомого походження, трохи приплюснутой по горизонталі. Розміри об'єкта в кілька разів перевищували розміри Землі. Офіційні наукові представники оголосили знімок Шрамека підробкою, а самого астронома містифікатором, але самі не дали жодного зрозумілого пояснення природи цього явища. 23 липня, за повідомленнями преси, ядро комети розділилося навпіл. Попередній аналіз показав, що друге «ядро» — зоря на задньому плані, але наступні знімки спростували це припущення. Через якийсь час «ядра» знову об'єдналися і комета набула первісного вигляду. Цей феномен також залишився без пояснень представників наукових кіл.
Другою подією недавнього минулого (4 липня 1994 р.) стало падіння корот-коперіодичної комети Шумахера—Леві 9 на Юпітер. У липні 1992 року в результаті зближення з Юпітером ядро комети розділилося на фрагменти, які згодом зіштовхнулися з планетою-гігантом. У зв'язку з тим, що зіткнення відбувалися на нічному боці Юпітера, астрономи могли спостерігати тільки спалахи, відбиті супутниками планети. На Юпітер упало 20 кометних уламків. Аналіз показав, що діаметр фрагментів був вельми різнокаліберним: від одного до декількох кілометрів.
Учені стверджують, що розпад комети на частини — надзвичайно рідкісна подія, захоплення комети Юпітером — ще більш феноменальне явище, а зіткнення великої комети з планетою розцінюється як екстраординарна космічна подія.
Нещодавно американськими вченими були зроблені розрахунки, де була вичислена ситуація падіння комети радіусом 1 км на Землю. Підрахунки показали, що такий катаклізм буде смертельним для людства, тому що в повітря піднімуться тонни пилу, пиловий стовп закриє доступ сонячному світлу й теплу. При падінні комети в океані утвориться гігантське цунамі, пройде ряд руйнівних землетрусів. Тут можна згадати гіпотезу, за якою причиною вимирання динозаврів було саме падіння великої комети або астероїда. У штаті Арізона, наприклад, існує кратер діаметром 1219 м, що утворився після падіння метеорита, діаметр якого був близько 60 метрів. Вибух, що відбувся в результаті зіткнення, був неймовірної потужності, за підрахунками, він був еквівалентний вибухові 15 млн т тринітротолуолу. Ще одна подія, яка відбулася на території Росії в 1908 році, — падіння Тунгуського об'єкта. Імовірно, це також був метеорит, що залишив кратер діаметром близько 100 м. Відомо, наприклад, і те, що Земля Двічі на рік проходить крізь метеорний потік комети Галлея, тому в атмосфері нашої планети виникають метеорні дощі: Оріоніди в жовтні й Аквариди в травні. Метеорні потоки мають, звичайно, принципову відмінність від метеоритної речовини. Вони являють собою пухкі грудочки пилу, що розпадаються на дуже великих висотах при входженні в атмосферу. Тому сьогодні наукові лабораторії працюють над створенням системи раннього виявлення, знищення або відхилення великих космічних тіл, що проходять повз нашу планету, щоб хоч якоюсь мірою надати безпеку мешканцям планети Земля.
З усього вищесказаного видно, що, незважаючи на ретельне вивчення і теоретичні викладення, комети містять у собі ще чимало загадок. Немає ніяких гарантій, що жодна з «хвостатих» красунь не становить реальної небезпеки для нашої планети. Але будемо сподіватися, що до моменту справжньої небезпеки вчені вже будуть готові зустріти «гостю» при повному озброєнні. До того ж прогрес у цій області не стоїть на місці, і незабаром, будемо сподіватися, земляни стануть свідками посадки космічних апаратів на кометне ядро. Комети поки що не становлять практичного інтересу, але їх вивчення допоможе зрозуміти основи й причини їхнього утворення. Можливо, що комети складаються з первісного матеріалу й у такий спосіб відбивають умови, що мали місце при виникненні Сонячної системи, ось чому їх вивчення є таким важливим.
