Що таке «комети»?

Той, хто спостерігав комети, знає, що це найбільш ефектні і красиві об'єкти на небі, особливо якщо вони досить яскраві і добре видні неозброєним оком.

Слово «комета» прийшло до нас з грецької мови: в перекладі на російську мову грецьке «кометіс» означає «волосатий». Дійсно, будь-яка яскрава комета з довгим хвостом, що з'являється на небосхилі, цілком могла здатися древнім грекам головою з розпущеним волоссям.

Комети виникали несподівано і в різних частинах неба, їх поява, здавалося, не підпорядковувалися яким-небудь закономірностям, як, наприклад, руху Сонця, Місяця і планет. Тому не дивно, що стародавні мислителі, навіть такі видатні, як Арістотель, вважали комети лише випадковими земними випарами, що піднімаються в «зону вогню» і там займистими у вигляді гігантських «вогняних факелів». Правда, і в ті далекі часи знаходилися вчені, не погоджується з думкою Аристотеля щодо природи комет. Ще в першому столітті нової ери, наприклад, римський філософ Сенека вважав, що комета має «власне місце» серед небесних тіл, представляючи собою одне з «вічних творінь природи».

Забобонні ж жителі Єгипту, Греції та Риму в стародавні століття відчували несвідомий страх при появі на небі яскравих комет, які у них вважалися зловісним знаком, що передує або війнам, або вселенського мору, або яким-небудь жахливим стихійним лихам - землетрусів, повеней, посух і т.п., що призводить до загибелі і знищення всього живого. Крім того, в ті далекі часи панувало переконання, що комети можуть сильно вплинути на вчинки і долі людей і в першу чергу на «сильних світу цього» - королів, імператорів, пап та інших.

Одним з перших астрономів, хто з чисто наукової точки зору підійшов до досліджень комет, був Региомонтан, що поклав початок ретельним і регулярним спостереженнями кожної з'являлася і видимої неозброєним оком комети. Він першим описав траєкторію, по якій рухалася комета 1472, щодоби відзначаючи її положення щодо зірок і напрямок хвоста. В шістнадцятому столітті інший астроном, Апіа, спостерігаючи за комети 1531 року прийшов до висновку, що її хвіст завжди направлений в протилежну сторону від Сонця.

Искуснейший спостерігач в середні століття Тихо Браге, стежачи в 1577 році зі своїми учнями з двох віддалених один від одного обсерваторій за рухом яскравої комети на небі, визначив її паралакс щодо зірок. Він виявився значно менше місячного, що вказувало на більшу віддаленість комети від Землі в порівнянні з Місяцем і остаточно розвіяло невірні уявлення Аристотеля про комети, як про земні випарах. Таким чином, стало абсолютно ясно, що комети - це самостійні небесні тіла, що приходять до нас з далеких глибин космосу.

У 1665 році в Парижі відбувся перший міжнародний астрономічний з'їзд, присвячений кометам. Він був організований за розпорядженням короля Франції Людовіка XIV, наляканого появою яскравої комети в кінці 1664 року, яка добре була видна жителям Північної півкулі. «Його величності» хотілося почути від учених мужів, що вони думають з приводу цієї комети і чи не загрожує вона своєю появою здоров'ю небудь царственої особи.

Гіпотези про походження комет, які обговорювалися на цьому науковому форумі, в більшості випадків носили фантастичний характер. Проте були й такі вчені, які вже виступили з новими гіпотезами про природу комет, грунтуючись на спостереженнях Региомонтана, Апіа і Тихо Браге.

Структура комет.

У структурі комет розрізняють голову, що складається з зіркоподібно на вид ядра, оповитого оболонкою або комою, і хвіст. Найяскравішою частиною комети є її ядро, яскравість коми слабшає від ядра до периферії, а найменшу яскравість має хвіст, кінець якого розмитий і губиться на тлі нічного неба.

Діаметр голови комети іноді сягає сотень тисяч кілометрів, а хвости тягнуться на десятки і сотні мільйонів кілометрів.

Кометної ядро ??являє собою крижану брилу, що складається з суміші замерзлої води і заморожених газів з вкрапленнями тугоплавких кам'янистих і металевих частинок. Образно кажучи, воно схоже на «забруднений айсберг». Спочатку комета схожа на кулясту туманність - бліде туманне цятка. З наближенням до Сонця ядро ??поступово нагрівається, кометні «льоди» починають інтенсивно випаровуватися і разом з пилом огортають ядро ??і утворюють кому. Разом з ядром вона становить голову комети. Ядро відбиває сонячне світло, тому його спектр спочатку тотожний сонячного. Але чим ближче комета підходить до Сонця, тим сильніше прогрівається її ядро, і в його спектрі з'являються яскраві лінії парів металів, найчастіше - натрію, кальцію, заліза, магнію, що доводить присутність в ядрах тугоплавких речовин. Ультрафіолетове випромінювання Сонця збуджує гази, що утворюють кому, і викликає флюоресцентної світіння. Тому в спектрі коми присутні яскраві смуги нейтральних газових молекул (азоту, ціану, вуглекислого газу, метану та інші).

Всі ці відомості про комети, одержувані раніше з наземних спостережень, повністю підтверджені дослідженнями комети Галлея, проведеними з прогонових космічних апаратів «Вега-1» і «Вега-2» в 1984 році.

 У процесі досліджень з'ясувалося, що ядро ??комети Галлея є суцільною брилу неправильної форми розмірами 14х7, 5х7, 5 км, схожу в одному перерізі на картоплину, а в іншому - на черевик. Воно обертається з періодом близько 52 годин навколо малої осі. Відбивна здатність поверхні ядра менше 5%, так як ядро ??покрите тонким щільним шаром пилу, але здається яскравим через висвітлення його сонячними променями. У дні дослідження комети (березень 1986 року) поверхня її ядра була нагріта сонячними променями до +100 С і з нього бурхливо виділялися пари води, що повністю підтверджує сучасні уявлення про крижаний природі ядер комет. Разом з водяними парами з ядра викидалися молекули вуглецю, оксидів вуглецю, вуглекислого газу, ціану, гідроксилу, а також дрібні тверді порошинки (масою 10 г і менше), що складаються з вуглецю, натрію, кальцію, магнію, нікелю, заліза з домішкою силікатів. Підраховано, що з обігрівається Сонцем поверхні ядра щомиті випаровується приблизно 40т газу і пилу, в тому числі близько 30т водяної пари. Ці гази і пил, що оточують ядро ??комети, утворюють її кому розмірами до 1,3 млн.км. З іонізованних сонячним випромінюванням газових молекул виникає плазма, що переходить разом з пилом в хвіст, що тягнеться в просторі до 30млн.км.

Хвіст комети виникає з коми під дією тиску сонячних променів і сонячного вітру. У міру наближення комети до Сонця посилюється виділення з ядра газів і пилу, що утворюють кому, зростає і тиск на неї, а тому збільшується довжина хвоста. Хвости комет спрямовані зазвичай в сторону, протилежну Сонцю. Ця обставина вказує на існування особливої ??сили, що виходить від Сонця і відразливою кометної речовина - це тиск сонячного світла на молекули газів і порошинки, що виділяються з кометного ядра.

Форми кометних хвостів.

Форма кометних хвостів залежить від співвідношення гравітаційних сил та сил відштовхування, що впливають на частки хвоста.

Існує кілька докладних класифікацій форм кометних хвостів, але до цих пір користуються найбільш простий, запропонованої російським астрофізиком Ф.О.Бредіхін (1831-1904 рр.) і розвиненою радянським астрофізиком С.В.Орловим (1880-1958 рр.). У ній розрізняється п'ять типів хвостів.

Хвости Iо типу прямолінійні, сили відштовхування майже в 1000 разів перевищують силу сонячної гравітації, складаються з легких іонізованних газів і утворюються, головним чином, під впливом магнітного поля сонячного вітру. Сонячний вітер - це струмені плазми, безперервно минає з сонячної корони в міжпланетний простір. Відкрито цей вітер був уже в наш час за допомогою космічних апаратів, але першими засвідчили його комети. Стрімкі потоки корпускул сонячної речовини, наштовхуючись на гази і пари в голові комети, іонізують їх - створюють плазму - і забирають кометну плазму на великих швидкостях геть від Сонця. І чим сильніше дме вітер, тим пряміше і довше у комети хвіст.

Хвости I типу майже прямолінійні і злегка відхилені назад (в сторону, протилежну напрямку руху комети), сили відштовхування в 10-100 разів перевищують силу сонячної гравітації, складаються з ионизованного і нейтральних газів і спостерігаються найбільш часто.

Хвости II типу значно вигнуті назад, сили відштовхування не набагато перевищують силу тяжіння, складаються з дрібного пилу з домішкою газів.

Хвости IIо типу прямі, але сильно відхилені назад, сили відштовхування майже рівні сили тяжіння; утворені пиловими частинками.

Хвости аномальні направлені до Сонця і складаються з більш великих пилових частинок, на яких відразливе дію сонячних променів і сонячного вітру не позначається. Основна дія на такі частки надає сила гравітації. Прямуючи під її впливом до Сонця, вони утворюють у комети незвичайний, аномальний хвіст.

Як виняток зустрічаються комети, що мають одночасно кілька хвостів різних типів.

Такий незвичайний хвіст спостерігав в 1835 році німецький астроном Фрідріх Бессель (1784-1846гг) у комети Галлея: крім хвоста, спрямованого від Сонця, був ще один прямий хвіст, звернений до світила.

Також у комети Аренда-Ролана в 1957 році теж спостерігалося два хвости - звичайний і аномальний. Але найбільш виразний аномальний хвіст був у комети Когоутека в 1973 році.

Походження комет.

З далеких космічних глибин до нас постійно наближаються хвостаті «зірки» і стають доступними для спостережень із Землі.

У 1987 році було відкрито, наприклад, 17 нових комет, а всього протягом року спостерігалося 52 комети - рекордне число!

За всю історію людської цивілізації спостерігалося близько 2000 появ комет (за даними на 2003 рік). Відомості про 551 кометі обмежуються лише описом зовнішнього вигляду і яскравості. Для інших були визначені орбіти.

У каталозі кометних орбіт доктора Марсдена, виданому в 2003 році, містяться дані про 1679 різних кометах. Їх них 377 - періодичні, тобто регулярно повертаються до Сонця. Їх періоди звернень становлять від 3,3 року до 200 років. Деякі з періодичних комет спостерігалися вже десятки разів, як, наприклад, сама знаменита комета Галлея. Але є і такі комети (довгоперіодичні), період обертання яких вимірюється тисячами і навіть мільйонами років.

Звідки ж приходять до нас все нові і нові комети? Де вони зароджуються: в міжзоряних просторах або в самій Сонячній системі?

Видатний французький астроном і математик П'єр Лаплас (1747-1827) в кінці XVIII століття висловив припущення, що комети «приходять до Сонця ззовні, утворюючись з речовини, що становить туманності». Але будь комети дійсно міжзоряними небесними тілами, вони повинні були б рухатися щодо Сонця з дуже великими - гіперболічними швидкостями. Між тим ще жодного разу не було помічено, щоб комета рухалася по явно вираженої гіперболічної орбіті. А якщо інша комета і описувала шлях, схожий на гіперболу, то тільки під впливом гравітаційних збурень великих планет, поблизу яких вона пролітала. Оскільки ж комети до проходження через планетну систему рухаються переважно по еліптичних орбітах, ми приходимо до висновку, що вони є членами Сонячної системи. Постійно летять з усіх боків до Сонця комети навели естонського астронома Ернста Епіка на думку, що на відстані приблизно одного світлового року від нас знаходиться хмара кометних тіл, утримуваних притяганням Сонця.

У середині XX століття видатний голландський астроном Ян Оорт (1900-1992) розвинув ідею Епіка: він виступив з гіпотезою про існування на околицях Сонячної системи гігантського сферичного хмари кометної речовини. Як вважав учений, воно тягнеться на відстань до 150000.а.е. від Сонця, а його маса дорівнює приблизно 0,1 маси земної кулі.

Фахівцями-кометологамі були обчислені початкові орбіти майже параболічних комет. Результати показали, периферійні Сонячної системи дійсно насичена кометними ядрами - хмара Оорта реально існує. Як же воно виникло?

В даний час загальноприйнятою є гіпотеза про походження Сонячної системи первинного газопилового хмари, що мав такий же хімічний склад, що і Сонце. Відповідно до цієї гіпотези планети-гіганти Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун сконденсувалися в холодній частині протопланетного хмари. Мабуть, залишки реліктового протопланетного речовини як раз і спостерігаються зараз у районі планет-гігантів у вигляді кілець. Наявність таких кілець у Сатурна, Урана і Юпітера було чітко встановлено із спостережень із Землі і за допомогою космічних апаратів, а про спостереження кільця Нептуна повідомляв у XIX столітті Лассель. Планети-гіганти, увібравши в себе всі найбільш поширені хімічні елементи протопланетного хмари, збільшували свою масу настільки, що стали легко захоплювати не тільки пилові частинки протопланетного хмари, а й легкі гази. У тій же холодній зоні утворилися і крижані ядра комет, які частково пішли на формування планет-гігантів, а частково, у міру зростання мас планет-гігантів, стали відкидатися гравітаційними полями останніх на периферію Сонячної системи, де в результаті грандіозний джерело комет - хмару Епіка -Оорта.

Далі, як вже говорилося, трансформація орбіт привела до появи кометних ядер всередині планетної системи, де й починається одна з найбільш бурхливих стадій в їхньому житті. Саме тут-то вони і стають по-справжньому кометами: з «крихітного» ядра розвивається величезна кома (кометна атмосфера) і утворюються гігантські різного типу хвости. Безперервне відновлення та підтримання у величезному обсязі газопилової кометної атмосфери протягом досить тривалого часу (іноді протягом декількох років) є основною властивістю ядра комети.

Так можуть виникати довгоперіодичні комети з дуже великим періодом обертання, що досягає тисяч і навіть мільйонів років. Наприклад, комета Делаван, що спостерігалася в 1914 році, повернеться до Сонця лише через 24 млн. років!

Якщо долгоперіодіческая комета пройде поблизу комети, то тяжіння останньої може перевести її на менш витягнуту орбіту, і тоді вона стане короткоперіодичної. Цим, мабуть, пояснюється наявність численного сімейства короткоперіодичних комет у Юпітера, а також існування родин, прив'язаних до Сатурну, Урану і Нептуну. До родини Нептуна відноситься і знаменита комета Галлея.

Особливо радикальна перебудова кометних орбіт відбувається при тісних зближеннях комет з планетами-гігантами. Найпотужнішим «трансформатором» є Юпітер. Вчені інституту теоретичної астрономії Е.І.Казімірчак-Полонська і І.А.Беляев на конкретних прикладах показали, що Юпітер може не тільки захопити довгоперіодичних комету, а й перекинути її з одного сімейства в інше, а в окремих випадках видалити на околиці Сонячної системи і викинути в міжзоряний простір. Комета Веста, наприклад, під час свого зближення з Сонцем в 1976 році придбала таку велику енергію, що перейшла на параболічну (розімкнений) орбіту і тому повинна назавжди покинути Сонячну систему - полетіти до інших зоряним світам.

Особливості орбіт короткоперіодичних комет привели професора С.К.Всехсвятского (1905-1984) до думки, що джерелом кометних фрагментів служать Галілеєві супутники Юпітера - Іо, Європа, Ганімед і Каллісто. Польоти американських космічних апаратів «Вояджер» дійсно виявили виверження на Іо висотою до 280 км. Але це ще не означає, що вулкани Іо здатні викидати в міжпланетний простір крижані брили - ядра майбутніх комет масою в мільйони і мільярди тонн.

Зате комети можуть народжуватися в результаті астероіднометеорітной бомбардування крижаних поверхонь супутників планет-гігантів. Ця гіпотеза добре пояснює постійне виникнення в Сонячній системі нових короткоперіодичних комет, їх зв'язок з орбітами планет-гігантів, хімічний склад кометних льодів і механізм викиду бжно це і є один із закономірних процесів утворення нових комет, який поки недоступний безпосереднім спостереженням.