«Комети. Мандрівники Сонячної системи»

Довгий час вчені не могли пояснити, як комети з'являються у Сонячній системі. Проте приблизно з середини XX століття вважається, що більшість цих космічних об'єктів прибуває з хмари Оорта, долаючи величезні відстані від 25 до 250 тисяч астрономічних одиниць від Сонця. . Мандрівники Сонячної системи» (видавництво «Бомбору») астроном Леонід Оленін розповідає, хто за ними полює і що нам сьогодні відомо про комети. Книга увійшла до довгого списку премії «Просвітитель» 2024 року. розмір та щільність.

III. Природа комет.

Я розповів про довгий тисячолітній шлях, який людство пройшло до того, як наблизилося до розуміння природи комет. Що ж вони таке насправді? Про хвости комет люди знають уже тисячі років, тоді як про астероїди лише трохи більше

Перший астероїд - Церера (нині карликова планета), був відкритий італійським астрономом Джузеппе П'яцці у Палермській астрономічній обсерваторії 1 січня 1801 року.

Але комета — це її ядро, а все інше — кома і хвіст — лише наслідок його природи людство побачило ядро ​​комети лише нещодавно. величезний стрибок у вивченні цих тіл, і я розповім про те, що ми знаємо про них сьогодні.Отже, давайте поринемо в глиб газово-пилової оболонки, туди, де від сторонніх очей прихований справжній релікт Сонячної системи - кометне ядро.

Як я вже писав у попередньому розділі, загальне розуміння того, чим є крихітне, порівняно з комою та хвостом, кометне ядро, з'явилося на початку 1950-х років. Так, окремі й загалом вірні ідеї у тому, що є «серце» комети, виникали і раніше. У 1927 році французький астроном Фернан Бальде та його американський колега Ерл

Його брат Весто Слайфер уперше виконав вимірювання променевих швидкостей галактик і першим зв'язав червоне усунення зі швидкістю.

, вивчаючи комету 7P/Pons-Winnecke, висловили припущення, що її ядро ​​- зовсім невеликий, діаметром дві-три милі, монолітний об'єкт. Нагадаю, що на той час активно просувалася теорія «піщаної гори» або «мілини», що описує кометне ядро ​​як хмару або рій гравітаційно пов'язаних між собою дрібних частинок, що містять

Адсорбція — мимовільний процес поглинання твердим тілом чи рідиною різних речовин із довкілля.

гази, а та активність, що ми спостерігаємо у комет, є чимось іншим, як зворотним процесом — десорбцією, тобто їх вивільненням у навколишній простір.

У військовому 1943 молодий радянський астроном Борис Юлійович Левін висловив ідею, що кометні ядра за фізико-хімічною природою схожі на метеоритну речовину і відрізняються лише своїми розмірами і кількістю сорбованих (поглинених) газів.Наступний крок уперед у 1948 році зробив радянський астроном Сергій Костянтинович Всехсвятський, який першим припустив, що кометні ядра можуть утримувати лід, а активність, що спостерігається, пов'язана не з десорбцією поглинених газів, а з їхньою сублімацією (перетворенням твердого тіла безпосередньо на газ) при наближенні до Сонця. Він був близьким до розгадки таємниці, але, на жаль, не став розвивати свою ідею. Через рік Левін у своїй науково-популярній статті, опублікованій у журналі «Природа», також пише про можливу присутність льодів у складі кометних ядер, і знову цей вислів залишається без належного наукового розвитку.

І тільки Фред Лоуренс Віппл об'єднав ідеї, що літали в повітрі. Додавши до них свої революційні думки, в 1950 він висунув концепцію «брудного сніжка», що пояснювала багато особливостей поведінки комет, що спостерігається. І хоча Віппл обійшов питання відсоткового співвідношення метеоритної речовини і льодів, проте він був упевнений, що це кам'янисті тіла з вкрапленнями льодів, а не навпаки. Так що усталена «назва» моделі не зовсім вірна, скоріше це «камені, обліплені снігом». Так, його модель була досить проста: вона не розглядала підповерхневу структуру ядра, але головне, що вона кардинально відрізнялася від гори піску або ядра-рою. Усі подальші дослідження лише доповнювали її. Варто зазначити, що саме Уіппл першим припустив, що в Сонячній системі є комети, що «дрімають» (dormant) — тіла, які повністю вичерпали свої запаси летких речовин, принаймні на поверхні, і ми спостерігаємо їх як звичайні астероїди. Першим кандидатом у такі об'єкти став дивний астероїд на кометній орбіті — (944) Ідальго, виявлений 1920 року німецьким астрономом Вальтером Бааде.Зараз він вважається і першим із відкритих кентаврів, про які ми вже говорили у першому розділі.

У 1971 році бельгійський астроном Арман Дельсемм розвинув модель сублімації водяного льоду та інших летких речовин, що містяться в кометному ядрі. На основі цієї теорії американський астроном англійського походження

Брайан Джеффрі Марсден (англ. Brian Geoffrey Marsden; 1937-2010) - англійський та американський астроном, першовідкривач астероїдів, творець теорії руху комет з урахуванням впливу на них негравітаційних сил. З 1978 до 2006 року керував Центром малих планет.

про який я ще не раз згадаю на сторінках цієї книги, 1973 року створив фундаментальну теорію негравітаційних обурень у русі комет, спричинених їхньою активністю, по суті — реактивними силами. У 1986 році космічні апарати "Вега-1", "Вега-2" та "Giotto" ("Джотто") отримали перші в історії знімки ядра комети, які остаточно підтвердили правильність моделі Уіппла.

Тепер ми знаємо, що є кометним ядром, але як воно утворилося? Із цього приводу, як прийнято у вчених, є кілька думок (моделей). Першим, 1985 року, свою теорію «пухнастої сукупності» (fluffy-aggregate) опублікував американський астроном Бертрам Донн, а через рік він розвинув цю ідею у спільній статті з британським колегою Девідом Хьюзом. Вчені представили модель утворення кометного ядра як сукупності невеликих крижаних планетезималей, до об'єднання яких привели хаотичні низькоенергетичні зіткнення (зіткнення з малою відносною швидкістю). Тому кометні ядра мають виглядати як дуже пористі тіла неправильної форми. Нагадаю, що це припущення висловили ще до появи перших знімків кометного ядра.

Цього ж року інший американський астроном — Пол Вайсман — опублікував модель «первісної купи щебеню» (primordial rubble pile), яка загалом підтверджувала концепцію колег, але мала й суттєву відмінність. Вайсман зазначив, що гравітаційне стиснення ядра комети діаметром близько 5 кілометрів не зможе забезпечити підвищення температури всередині більш ніж на один градус, а отже, крижані брили, що становлять ядро, не «сплавлені» воєдино, але стикаються, складаючи, хоч і тендітне, пов'язане слабкими гравітаційними силами, але все ж таки єдине ціле. Слово «первісний» застосовано тут невипадково і як посилення літературного ефекту. Цим прикметником Вайсман хотів наголосити, що вважає кометні ядра конгломератом первозданної речовини протопланетного диска, з якого були сформовані планети та малі тіла Сонячної системи. Він вважав, що кометні ядра що неспроможні формуватися з уламків раніше зруйнованих крижаних планетезималей. Тепер ми знаємо, що це було помилкою. У наші дні зіткнувальна еволюція вважається одним із найважливіших механізмів формування різних тіл Сонячної системи.

Вже після отримання знімків ядра комети Галлея угорський астроном Тамас Гомбосі та його колега Гаррі Хупіс запропонували свою модель крижаного клею (icy-glue). На їхню думку, ядра комет є великими пористими об'єктами, схожими за своїми параметрами з астероїдами зовнішньої області Головного поясу і скріпленими, можна сказати, зцементованими, між собою льодом в єдиний конгломерат. Ця модель непогано пояснювала природу джетів речовини, що б'ють із світлих областей між двох великих «кам'яних» брил. Вона пояснювала деякі особливості, вперше помічені вченими на знімках з космічних апаратів.Але все ж таки ця модель не отримала широкої підтримки в науковому середовищі. Наприклад, висловлювалися думки, що якщо ядро ​​комети скріплює лише лід, то ми повинні спостерігати фрагменти старих комет, що розпалися, які вичерпали запаси сполучної речовини, що мало призвести до неминучого розпаду колись єдиного об'єкта на компактний рій «астероїдів». У 1993 році вчені виявили розірвану припливними силами Юпітера комету Шумейкеров - Леві 9 (D/1993 F2). Аналіз даних про неї, що базується, в тому числі, на роботах видного радянського астронома Олега Васильовича Добровольського, показав, що будова ядра цієї комети ближча до двох перших моделей, а міцність ядра на розтягування менше, ніж у снігу, що випав.

Виходячи з уявлень про процес формування комет можна припустити, що це дуже пористі тіла з малою об'ємною щільністю. Оцінка значення щільності займала уми вчених кілька десятиліть. Проблема в тому, що ядро ​​комети — це, як правило, компактний і маломасивний об'єкт, який не має суттєвого гравітаційного впливу на оточуючі його тіла, навіть на космічний апарат, що пролітає повз. До того ж, для обчислення щільності крім маси потрібно знати об'єм, тобто розміри апроксимуючого еліпсоїда по двох осях, а точні дані про це можна отримати, лише спостерігаючи ядро in situтобто безпосередньо на місці подій.

Невже немає жодних методів дистанційного визначення розмірів кометного ядра? Є навіть два. Перший – радіолокація. На жаль, цей метод дуже обмежений у дальності. На сьогоднішній день астрономам вдалося зафіксувати впевнений відбитий радіосигнал лише від двох кометних ядер у момент їхнього максимального зближення із Землею.У 1983 році це було успішно пророблено з ядром комети C/1983 H1 (IRAS-Araki-Alcock), яка пройшла всього за 4,5 мільйона кілометрів від Землі, і в 1996 році ядро ​​комети Хякутаке (C/1996 B2) вдалося успішно пролоцювати протягом кількох днів з рекордної відстані 15 мільйонів кілометрів!

Ще одним способом визначення розмірів ядер комет служить спостереження покриттів ними зірок. Якщо ядро ​​комети закриває собою зірку, то, спостерігаючи це у різних обсерваторіях, можна отримати оцінку розмірів проекції кометного ядра на небесну сферу. На жаль, цей метод набагато гірше застосовується до кометних ядрів, ніж до астероїдів, щодо яких він демонструє хороші результати. Вся справа, як ви, напевно, вже здогадалися, у щільній газово-пиловій оболонці, особливо внутрішній комі, яка має помітну оптичну товщину, тобто, швидше за все, сприймається як непрозора частина самого ядра, безумовно не є ним. Тому нічого краще, ніж спостереження ядра поблизу безпосередньо з допомогою камер космічного апарату.

То що можна сказати про щільність кометних ядер? Не перераховуватиму десятки оцінок їх середньої об'ємної щільності (не щільності окремих твердих частинок, що становлять ядро, а загальної щільності ядра з урахуванням підповерхневих порожнин), опублікованих за останні 40 років. Скажу лише, що вони коливаються від 0,1 до 1,2 г на кубічний сантиметр (нагадаю, що середня щільність прісної води дорівнює 0,998 г/см 3 ).Аналіз розпаду комети D/1993 F2 (Shoemaker-Levy 9) дає більш вузьку оцінку середньої об'ємної щільності в 0,5-0,6 г/см 3 , що близько до значення, яке використовують астрономи в сучасних наукових статтях: зазвичай це 0, 6 г/см 3 . Як бачимо, якщо помістити ядро ​​комети в велетенський басейн, воно плаватиме на поверхні води.

Ще один складний ядра — його відбивна здатність, альбедо. Це важливий показник: на його основі можна оцінити фізичний розмір ядра за його фотометричними спостереженнями (виміром видимого блиску), за якими обчислюється абсолютна зіркова величина кометного ядра. І знову проблема в тому, що для визначення цього параметра дистанційно потрібно вимірювати неактивне ядро ​​— поки його навіть слабка розріджена кома не вноситиме спотворення у вимірювання. Як буде сказано далі, комети можуть бути слабкими навіть на досить великих геліоцентричних відстанях, а значить, подібний вплив потрібно враховувати.

У цілому нині можна стверджувати, що це кометні ядра дуже темні, тобто слабко відбивають світло. Як же так, адже ми знаємо, що на їх поверхні мають бути поклади льоду? Так, але треба мати на увазі, що цей лід похований під товстим шаром пилу, а частково відкриті ділянки займають лише малу частку площі. Найбільш «темним» кометним ядром на даний момент вважається ядро ​​комети 9P/Borrelly - його геометричне альбедо становить всього 0,029, тобто його поверхня в середньому відображає лише 2,9 відсотка падаючого на нього світла - менше, ніж у темного асфальту, і в 10-20 разів менше, ніж у водяного льоду. Середнє значення альбедо поверхні ядер за вибіркою з кількох десятків добре вивчених комет вважається рівним 0,04, тобто 4%.Загалом ми вже добре уявляємо собі, чим фізично є кометне ядро. Настав час переходити до питання про його хімічний склад: з чого складаються його льоди і що за леткі речовини заповнюють його незліченні порожнини. І з цим, як ви розумієте, також виникли проблеми. Начебто все просто - отримати спектр і розшифрувати його. Вперше спектр комети було отримано ще далекого 1864 року італійським астрономом Джованні Баттіста Донаті, про що я вже розповідав у попередньому розділі. Але цей спектр містив лише «підпис» самого Сонця, світло якого відбивалося від атмосфери голови комети, і три широкі емісійні лінії, тобто лінії випромінювання речовини самої коми. І це виявився найпоширеніший елемент кометних атмосфер – молекула дівуглецю C₂. Пізніше ці лінії назвуть смугами Свана, на ім'я шотландського вченого Вільяма Свана, який займався дослідженнями спектра вуглецю.

Докладніше читайте:
Оленін, Леонід Володимирович. Комети. Мандрівники Сонячної системи / Леонід Єленін. - Москва: Ексмо, 2024. - 304 с.: Іл. - (Підпишись на науку. Книги російських популяризаторів науки).

Незабаром ми побачимо комету, яка наступного разу прилетить лише за 80 000 років: як дивитися

У нашому небі ось-ось з'явиться яскравий об'єкт, який, очевидно, зможе позмагатися з Полярною зіркою, якщо не буде зруйнований Сонцем раніше. Це комета C/2023 A3, яку відкрили вчені китайської обсерваторії Цучиньшань у січні 2023 року, а за кілька тижнів підтвердили за допомогою телескопа ATLAS у Південній Африці.

З того часу вчені та астрономи-аматори з усього світу спостерігають за нею в телескопи, але ці інструменти, ймовірно, не знадобляться, коли вона досягне найближчої точки до Землі 12 жовтня. Цілком можливо, що цього дня комета A3, як її називають для стислості, стане найяскравішою кометою року, пише Gizmodo.

Як це буде

Існує кілька дат, які варто записати у календарі, якщо ви хочете побачити комету:

• 27 вересня комета досягне перигелія - ​​крапки на своїй орбіті, в якій вона перебуватиме найближче до Сонця. Коли це станеться, відстань A3 до зірки складатиме менше половини відстані між Землею та Сонцем. За даними виробника телескопів Celestron, у цей час комета матиме зіркову величину 3,4 і її можна буде побачити неозброєним оком.
• Через кілька тижнів вона досягне найближчої відстані вже до нашої планети і має стати ще яскравішою, з можливою зірковою величиною 1,9 (чим менше число, тим більша світність). За іншими даними, наданими Британською астрономічною асоціацією, вона становитиме 2,8. Хто з них має рацію ми, судячи з усього, дізнаємося лише в момент появи комети.

Як дивитися

Щоб здобути найкращий досвід, варто втекти подалі від світлового забруднення міст та знайти віддалене місце. Дайте трохи часу вашим очам адаптуватися до темряви.

Хороший бінокль або телескоп забезпечить оптимальний огляд, але щоб отримати найкраще зображення неозброєним оком, Celestron радить не дивитися прямо на A3. Натомість поверніть голову приблизно на 20 градусів від неї, що дозволить найчутливішим частинам вашого ока вловити світло, яке відбивається від A3.

Комета повинна з'явитися в сузір'ї Діви. Програми для спостереження за зірками, такі як Sky Guide, допоможуть вам знайти сузір'я та саму комету.

Сумні новини

Комета A3 демонструє незвичайну поведінку, пов'язану з її зірковою величиною.Інститут SETI стежить за цим небесним об'єктом через свою ініціативу Unistellar Network, що об'єднує в одну дослідницьку мережу звичайних людей, які цікавляться наукою та космосом. Спостереження астрономів-аматорів показали, що комета A3 несподівано потьмяніла у квітні та травні 2024 року, а потім знову стала яскравішою. Яскравість комети зменшувалася, незважаючи на те, що вона наближалася до Сонця і навпаки мала б ставати яскравішою. На думку SETI, це могло статися через зміну кута нахилу комети щодо Сонця та Землі, що призвело до того, що менше світла зірки відбивається від комети.

Іншим можливим поясненням зменшення світності є те, що вона просто розпадається і взагалі може не пережити це зближення із Сонцем. Комети в основному складаються з пилу та льоду, а агресивне випромінювання зірки змушує їх руйнуватися, що створює довгий сяючий хвіст уламків та газу, за який ми так любимо комети.

Якщо обставини складуться не найкращим для нас, спостерігачів, то комета розпадеться і перетвориться на газ ще на підльоті до Сонця, навіть не перейшовши до зближення із Землею.

Комета C/2023 A3 не підійде так близько до Землі ще близько 80 000 роківтак що подивіться на неї, поки є можливість.