Комета (от др.-греч. , komtes - волосатый, косматый) - небольшое небесное тело, имеющее туманный вид, обращающееся вокруг Солнца обычно по вытянутым орбитам. При приближении к Солнцу комета образует кому и иногда хвост из газа и пыли.

Предположительно, долгопериодические кометы залетают к нам из Облака Оорта, в котором находится огромное количество кометных ядер. Тела, находящиеся на окраинах Солнечной системы, как правило, состоят из летучих веществ (водяных, метановых и других льдов), испаряющихся при подлёте к Солнцу.

На данный момент обнаружено более 400 короткопериодических комет. Из них около 200 наблюдалось в более чем одном прохождении перигелия. 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).

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 «большими (великими) кометами».

Библиографическое описание: Фальковская В. Д., Косарева В. Н. Кометы и их исследования с помощью космических аппаратов // Юный ученый. — 2015. — №3. — С. 132-134..02.2019).



В данной работе я расскажу вам о кометах и их исследованиях с помощью космических аппаратов. Для начала обратимся к самому определению кометы. Комета представляет собой небольшое небесное тело, которое имеет туманный вид, обращается вокруг Солнца по коническому сечению с растянутой орбитой. При приближении к Солнцу комета образует кому и иногда хвост из газа и пыли. Предполагают, что кометы прилетают в Солнечную систему из облака Оорта, в котором находится огромное количество кометных ядер. Тела, как правило, состоят из летучих веществ, испаряющихся при подлёте к Солнцу.

Кометы делятся на короткопериодические и долгопериодические.На данный момент обнаружено более 400 короткопериодических комет. 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. Кометы выглядят как туманные объекты, за которыми тянется хвост, иногда достигающий в длину нескольких миллионов километров. Ядро кометы представляет собой тело из твёрдых частиц, 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 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. Строение кометы . Комета состоит из ядра, комы и хвоста. Ядро кометы представляет собой твердую часть, в которой сосредоточена почти вся её масса.Наиболее распространенной является модель Уиппла. Согласно этой модели ядро - смесь льдов с вкраплением частиц метеорного вещества. При таком строении слои замороженных газов чередуются с пылевыми слоями. По мере нагревания газы увлекают за собой облака пыли. Это позволяет объяснить образование газовых и пылевых хвостов у комет.Однако согласно исследованиям, которые были проведены с помощью американской автоматической станции ‘Deep Impact’, ядро состоит из рыхлого материала и представляет собой ком пыли с порами.

Кома представляет собой окружающую ядро светлую туманную оболочку, состоящую из газов и пыли. Она обычно тянется от 100 тысяч до 1,4 миллиона километров от ядра. Кома вместе с ядром составляет голову кометы. Кома состоит из трёх основных частей:

а) Внутренняя кома, где происходят наиболее интенсивные физико-химически процессы.

б) Видимая кома.

в) Ультрафиолетовая (атомная) кома.

У ярких комет с приближением к Солнцу образуется ‘хвост’ - светящаяся полоса, которая в результате солнечного ветра направлена в противоположную от Солнца сторону. Хвосты комет различаются длиной и формой. Например, хвост кометы 1944 года был длиной 20 млн км. «Большая комета» 1680 года имела хвост длинной 240 млн км. Также были случаи отделения хвоста от кометы (комета Лулинь).Хвосты комет не имеют резких очертаний и практически прозрачны, так как образованы из разрежённого вещества. Состав хвоста разнообразен: газ или пылинки, или же смесь того и другого.

Теорию хвостов и форм комет разработал русский астроном Фёдор Бредихин. Ему же принадлежит и классификация кометных хвостов. Бредихин предложил три типа хвостов комет:

а) прямые и узкие, направленные прямо от Солнца;

б) широкие и искривлённые, уклоняющиеся от Солнца;

в) короткие, сильно уклонённые от центрального светила.

Частицы, из которых состоят кометы, обладают неодинаковым составом и свойствами и по-разному отзываются на солнечное излучение. Таким образом, пути этих частиц в пространстве «расходятся», и хвосты космических путешественниц приобретают разные формы.Скорость частицы складывается из скорости кометы и приобретённой в результате действия Солнца. Насколько хвост кометы будет отличаться от направления от Солнца к комете, зависит от массы частиц и действия Солнца.

Изучение комет. Мы все знаем, что люди всегда проявляли особый интерес к кометам. Их необычный вид и неожиданность появления служили источником суеверий. Древние связывали появление в небе этих космических тел с предстоящими бедами и наступлением тяжёлых времён.Исчерпывающее представление о кометах астрономы получили благодаря «визитам» в 1986г. к комете «Галлея» космических аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» и европейского «Джотто». Многочисленные приборы этих аппаратов передали на Землю изображения ядра кометы и сведения о её оболочке. Оказалось, ядро кометы Галлея состоит изо льда, а также пылевых частиц. Они образуют оболочку кометы, а с приближением её к Солнцу часть из них переходит в хвост.Ядро кометы Галлея имеет неправильную форму и вращается вокруг оси, которая почти перпендикулярна плоскости орбиты кометы.

В настоящее время изучение кометы «Чурюмова - Герасименко» осуществляется с помощью космического аппарата «Розетта». Познакомимся поближе с космическим аппаратом «Розетта». Аппарат «Розетта» разработан и изготовлен Европейским космическим агентством в сотрудничестве с NASA. Состоит из двух частей: зонд «Розетта» и спускаемый аппарат «Филы».Космический аппарат запущен 2 марта 2004 года к комете «Чурюмова - Герасименко». «Розетта» является первым космическим аппаратом, который вышел на орбиту кометы.

Работа аппарата близ кометы. Виюле 2014 «Розетта» получила первые данные о состоянии кометы «Чурюмова - Герасименко». Аппарат определил, что ядро кометы ежесекундно выпускает в окружающее пространство около 300 миллилитров воды. 3 августа 2014 года с расстояния в 285 км было получено изображение с разрешением 5,3 метра/пиксель.Изображения поверхности кометы получены при помощи системы OSIRIS (научной системы обработки изображений, установленной на «Розетте»). В начале сентября 2014 года была составлена карта поверхности с выделением нескольких областей, каждая из которых характеризуется особой морфологией. Зафиксировано наличие водорода и кислорода в коме кометы.

12 ноября ЕКА сообщило об отстыковке аппарата «Филы» от зонда «Розетта» и спуске на поверхность ядра кометы. Он занял около семи часов. На протяжении этого времени аппарат делал снимки как самой кометы, так и зонда ‘Розетта’. Таким образом 12 ноября 2014 года произошла первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность кометы. На 14 ноября спускаемый аппарат «Филы» выполнил свои основные научные задачи и передал через «Розетту» на Землю все результаты от научных приборов.

15 ноября «Филы» переключился в режим энергосбережения. Освещённость солнечных батарей была слишком мала для зарядки аккумуляторов и выполнения сеансов связи с аппаратом. По предположению ученых, по мере приближения кометы к Солнцу количество вырабатываемой энергии должно было возрасти до величин, достаточных для включения аппарата.

13 июня 2015 года «Филы» вышел из режима пониженного энергопотребления, была установлена связь с аппаратом.13 августа 2015 года, комета «Чурюмова - Герасименко» достигла перигелия - точки своего максимального сближения с Солнцем. Данное событие имеет символичное значение, поскольку впервые в истории изучения космоса вместе с кометой перигелий прошла созданная человеком автоматическая станция.В точке максимального сближения с Солнцем комета и станция «Розетта» оказались на удалении около 186 млн. км от нашего светила. В этой области космический объект оказывается раз в шесть с половиной лет - именно столько длится период обращения кометы вокруг Солнца.Сейчас комета «Чурюмова-Герасименко» и «Розетта» движутся со скоростью приблизительно 34,2 км/с. Пара находится на расстоянии около 265,1 млн. км от Земли.Научная программа «Розетта» продлится ещё около года - до сентября 2016-го. Это позволит собрать массу важной научной информации в дополнение к той, которая уже получена. Европейское космическое агентство заявило, что на комете «Чурюмова - Герасименко» найдены условия, необходимые для возникновения жизни.

Зонд «Филы» нашел на поверхности кометы 16 органических соединений, насыщенных углеродом и азотом, в том числе четыре соединения, которые прежде не обнаруживались на кометах. Как отмечается в заявлении ЕКА, некоторые из этих соединений «играют ключевую роль в синтезе аминокислот, сахаров и нуклеинов», являющихся необходимыми компонентами для зарождения жизни. Формальдегид, например, задействован в формировании рибозы, производная от которой является компонентом ДНК», - указали в агентстве.

Как полагают ученые, наличие таких сложных молекул в комете, свидетельствует о том, что химические процессы могли сыграть ключевую роль в содействии формированию условий для возникновения жизни. Была выдвинута гипотеза, согласно которой на комете могут присутствовать микробы инопланетного происхождения. Именно присутствие живых организмов подо льдом позволяет объяснить богатую органическими соединениями черную кору. Подтвердить теорию невозможно, поскольку ни «Розетта», ни «Филы» не были оборудованы приборами, позволяющими искать следы жизни.

Участники миссии «Розетта» пришли к выводу, что у кометы «Чурюмова - Герасименко» отсутствует собственное магнитное поле.

Изучение свойств комет должно помочь исследователям пролить свет на процессы, протекавшие при формировании объектов Солнечной системы. В частности, наличие магнитного поля у комет может являться свидетельством того, что именно благодаря магнитному взаимодействию происходило объединение мельчайших частиц друг с другом. Между тем, отсутствие собственного магнитного поля может заставить учёных несколько пересмотреть принятую теорию формирования объектов Солнечной системы.

Литература:

1. Комета. https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %9A %D0 %BE %D0 %BC %D0 %B5 %D1 %82 %D0 %B0#.D0.98.D0.B7.D1.83.D1.87.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5_.D0.BA.D0.BE.D0.BC.D0.B5.D1.82
2. Комета Чурюмова-Герасименко достигла перигелия http://www.3dnews.ru/918592?from=related-block
3. Работа аппарата близ кометы http://tunguska.ru/forum/index.php?topic=1019.0

Комета - небольшое небесное тело,
имеющее туманный вид, обращающееся
вокруг Солнца обычно по вытянутым
орбитам. При приближении к Солнцу комета
образует кому и иногда хвост из газа и пыли.

Содержание статьи

КОМЕТА, небольшое небесное тело, движущееся в межпланетном пространстве и обильно выделяющее газ при сближении с Солнцем. С кометами связаны разнообразные физические процессы, от сублимации (сухое испарение) льда до плазменных явлений. Кометы – это остатки формирования Солнечной системы , переходная ступень к межзвездному веществу. Наблюдение комет и даже их открытие нередко осуществляются любителями астрономии. Иногда кометы бывают столь яркими, что привлекают всеобщее внимание. В прошлом появление ярких комет вызывало у людей страх и служило источником вдохновения для художников и карикатуристов.

Движение и пространственное распределение.

Все или почти все кометы являются составными частями Солнечной системы. Они, как и планеты, подчиняются законам тяготения, но движутся весьма своеобразно. Все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении (которое называют «прямым» в отличие от «обратного») по почти круговым орбитам, лежащим примерно в одной плоскости (эклиптики), а кометы движутся как в прямом, так и обратном направлениях по сильно вытянутым (эксцентричным) орбитам, наклоненным под различными углами к эклиптике. Именно характер движения сразу выдает комету.

Долгопериодические кометы (с орбитальным периодом более 200 лет) прилетают из областей, расположенных в тысячи раз дальше, чем самые удаленные планеты, причем их орбиты бывают наклонены под всевозможными углами. 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.

Структура.

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.

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).

Иногда кометы разрушаются при сближении с планетами. 24 марта 1993 на обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии астрономы К. и Ю.Шумейкеры совместно с Д.Леви открыли недалеко от Юпитера комету с уже разрушенным ядром. Вычисления показали, что 9 июля 1992 комета Шумейкеров – Леви-9 (это уже девятая открытая ими комета) прошла вблизи Юпитера на расстоянии половины радиуса планеты от ее поверхности и была разорвана его притяжением более чем на 20 частей. До разрушения радиус ее ядра составлял ок. 20 км.

Растянувшись в цепочку, осколки кометы удалились от Юпитера по вытянутой орбите, а затем в июле 1994 вновь приблизились к нему и столкнулись с облачной поверхностью Юпитера.

Происхождение.

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.

Газовый состав.

В табл. 1 перечислены основные газовые составляющие комет в порядке убывания их содержания. Движение газа в хвостах комет показывает, что на него сильно влияют негравитационные силы. Свечение газа возбуждается солнечным излучением.

ОРБИТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Чтобы лучше понять этот раздел, советуем познакомиться со статьями:НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА; КОНИЧЕСКИЕ СЕЧЕНИЯ; ОРБИТА; СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА.

Орбита и скорость.

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 (v c ) на расстоянии a . Скорость ухода из гравитационного поля Солнца по параболической орбите (v p ) в раз больше круговой скорости на этом расстоянии. Если скорость кометы меньше v p , то она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите и никогда не покидает Солнечной системы. Но если скорость превосходит v p , то комета один раз проходит мимо Солнца и навсегда покидает его, двигаясь по гиперболической орбите.

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.

Классификация кометных орбит.

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. Принято делить эллиптические орбиты комет на два основных типа: короткопериодические и долгопериодические (почти параболические). Пограничным считается орбитальный период в 200 лет.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ И ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Почти параболические кометы.

К этому классу относятся многие кометы. Поскольку их периоды обращения составляют миллионы лет, в течение века в окрестности Солнца появляется лишь одна десятитысячная их часть. В 20 в. наблюдалось ок. 250 таких комет; следовательно, всего их миллионы. К тому же далеко не все кометы приближаются к Солнцу настолько, чтобы стать видимыми: если перигелий (ближайшая к Солнцу точка) орбиты кометы лежит за орбитой Юпитера, то заметить ее практически невозможно.

Учитывая это, в 1950 Ян Оорт предположил, что пространство вокруг Солнца на расстоянии 20–100 тыс. а.е. (астрономических единиц: 1 а.е. = 150 млн. км, расстояние от Земли до Солнца) заполнено ядрами комет, численность которых оценивается в 10 12 , а полная масса – в 1–100 масс Земли. Внешняя граница «кометного облака» Оорта определяется тем, что на этом расстоянии от Солнца на движение комет существенно влияет притяжение соседних звезд и других массивных объектов (см . ниже ). Звезды перемещаются относительно Солнца, их возмущающее влияние на кометы изменяется, и это приводит к эволюции кометных орбит. Так, случайно комета может оказаться на орбите, проходящей вблизи Солнца, но на следующем обороте ее орбита немного изменится, и комета пройдет вдали от Солнца. Однако вместо нее из облака Оорта в окрестность Солнца будут постоянно попадать «новые» кометы.

Короткопериодические кометы.

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.

Негравитационные силы.

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.

Кометы, задевающие Солнце.

Особую группу короткопериодических комет составляют кометы, «задевающие» Солнце. Вероятно, они образовались тысячелетия назад в результате приливного разрушения крупного, не менее 100 км в диаметре, ядра. После первого катастрофического сближения с Солнцем фрагменты ядра совершили ок. 150 оборотов, продолжая распадаться на части. Двенадцать членов этого семейства комет Крейца наблюдались между 1843 и 1984. Возможно, их происхождение связано с большой кометой, которую видел Аристотель в 371 до н.э.

Комета Галлея.

Это самая знаменитая из всех комет. Она наблюдалась 30 раз с 239 до н.э. Названа в честь Э.Галлея, который после появления кометы в 1682 рассчитал ее орбиту и предсказал ее возвращение в 1758. Орбитальный период кометы Галлея – 76 лет; последний раз она появилась в 1986 и в следующий раз будет наблюдаться в 2061. В 1986 ее изучали с близкого расстояния 5 межпланетных зондов – два японских («Сакигаке» и «Суйсей»), два советских («Вега-1» и «Вега-2») и один европейский («Джотто»). Оказалось, что ядро кометы имеет картофелеобразную форму длиной ок. 15 км и шириной ок. 8 км, а его поверхность «чернее угля».Возможно, оно покрыто слоем органических соединений, например полимеризованного формальдегида. Количество пыли вблизи ядра оказалось значительно выше ожидаемого.

Комета Энке.

Эта тусклая комета была первой включена в семейство комет Юпитера. Ее период 3,29 года – наиболее короткий среди комет. Орбиту впервые вычислил в 1819 немецкий астроном И.Энке (1791–1865), отождествивший ее с кометами, наблюдавшимися в 1786, 1795 и 1805. Комета Энке ответственна за метеорный поток Тауриды, наблюдающийся ежегодно в октябре и ноябре.

Комета Джакобини – Циннера.

Эту комету открыл М.Джакобини в 1900 и переоткрыл Э.Циннер в 1913. Ее период 6,59 лет. Именно с ней 11 сентября 1985 впервые сблизился космический зонд «International Cometary Explorer», который прошел через хвост кометы на расстоянии 7800 км от ядра, благодаря чему были получены данные о плазменной компоненте хвоста. С этой кометой связан метеорный поток Джакобиниды (Дракониды).

ФИЗИКА КОМЕТ

Ядро.

Все проявления кометы так или иначе связаны с ядром. Уиппл предположил, что ядро кометы является сплошным телом, состоящим в основном из водяного льда с частицами пыли. Такая модель «грязного снежка» легко объясняет многократные пролеты комет вблизи Солнца: при каждом пролете испаряется тонкий поверхностный слой (0,1–1% полной массы) и сохраняется внутренняя часть ядра. Возможно, ядро является конгломератом нескольких «кометезималей», каждая не более километра в диаметре. Такая структура могла бы объяснить распад ядер на части, как это наблюдалось у кометы Биелы в1845 или у кометы Веста в 1976.

Блеск.

Наблюдаемый блеск освещенного Солнцем небесного тела с неизменной поверхностью меняется обратно пропорционально квадратам его расстояний от наблюдателя и от Солнца. Однако солнечный свет рассеивается в основном газопылевой оболочкой кометы, эффективная площадь которой зависит от скорости сублимации льда, а та, в свою очередь, – от теплового потока, падающего на ядро, который сам изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния до Солнца. Поэтому блеск кометы должен меняться обратно пропорционально четвертой степени расстояния до Солнца, что и подтверждают наблюдения.

Размер ядра.

Размер ядра кометы можно оценить из наблюдений в то время, когда оно далеко от Солнца и не окутано газопылевой оболочкой. В этом случае свет отражается только твердой поверхностью ядра, и его видимый блеск зависит от площади сечения и коэффициента отражения (альбедо). У ядра кометы Галлея альбедо оказалось очень низким – ок. 3%. Если это характерно и для других ядер, то диаметры большинства из них лежат в диапазоне от 0,5 до 25 км.

Сублимация.

Переход вещества из твердого состояния в газообразное важен для физики комет. Измерения яркости и спектров излучения комет показали, что плавление основных льдов начинается на расстоянии 2,5–3,0 а.е., как должно быть, если лед в основном водяной. Это подтвердилось при изучении комет Галлея и Джакобини – Циннера. Газы, наблюдающиеся первыми при сближении кометы с Солнцем (CN, C 2), вероятно, растворены в водяном льде и образуют газовые гидраты (клатраты). Каким образом этот «составной» лед будет сублимироваться, в значительной степени зависит от термодинамических свойств водяного льда. Сублимация пыле-ледяной смеси происходит в несколько этапов. Потоки газа и подхваченные ими мелкие и пушистые пылинки покидают ядро, поскольку притяжение у его поверхности крайне слабое. Но плотные или скрепленные между собой тяжелые пылинки газовый поток не уносит, и формируется пылевая кора. Затем солнечные лучи нагревают пылевой слой, тепло проходит внутрь, лед сублимируется, и газовые потоки прорываются, ломая пылевую кору. Эти эффекты проявились при наблюдении кометы Галлея в 1986: сублимация и отток газа происходили лишь в нескольких областях ядра кометы, освещенных Солнцем. Вероятно, в этих областях обнажился лед, тогда как остальная поверхность была закрыта корой. Вырвавшиеся на свободу газ и пыль формируют наблюдаемые структуры вокруг ядра кометы.

Кома.

Пылинки и газ из нейтральных молекул (табл. 1) 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.

Водородная корона.

Поскольку льды ядра в основном водяные, то и кома в основном содержит молекулы H 2 O. Фотодиссоциация разрушает H 2 O на H и OH, а затем OH – на O и H. Быстрые атомы водорода улетают далеко от ядра прежде чем оказываются ионизованными, и образуют корону, видимый размер которой часто превосходит солнечный диск.

Хвост и сопутствующие явления.

Хвост кометы может состоять из молекулярной плазмы или пыли. Некоторые кометы имеют хвосты обоих типов.

Пылевой хвост обычно однородный и тянется на миллионы и десятки миллионов километров. Он образован пылинками, отброшенными давлением солнечного света от ядра в антисолнечном направлении, и имеет желтоватый цвет, поскольку пылинки просто рассеивают солнечный свет. Структуры пылевого хвоста могут объясняться неравномерным извержением пыли из ядра или разрушением пылинок.

Плазменный хвост в десятки и даже сотни миллионов километров длиной – это видимое проявление сложного взаимодействия между кометой и солнечным ветром. Некоторые покинувшие ядро молекулы ионизуются солнечным излучением, образуя молекулярные ионы (H 2 O + , OH + , CO + , CO 2 +) и электроны. Эта плазма препятствует движению солнечного ветра, пронизанного магнитным полем. Наталкиваясь на комету, силовые линии поля оборачиваются вокруг нее, принимая форму шпильки для волос и образуя две области противоположной полярности. Молекулярные ионы захватываются в эту магнитную структуру и образуют в центральной, наиболее плотной ее части видимый плазменный хвост, имеющий голубой цвет из-за спектральных полос CO + . Роль солнечного ветра в формировании плазменных хвостов установили Л.Бирман и Х.Альвен в 1950-х годах. Их расчеты подтвердили измерения с космических аппаратов, пролетевших через хвосты комет Джакобини – Циннера и Галлея в 1985 и 1986.

В плазменном хвосте происходят и другие явления взаимодействия с солнечным ветром, налетающим на комету со скоростью ок. 400 км/с и образующим перед ней ударную волну, в которой уплотняется вещество ветра и головы кометы. Существенную роль играет процесс «захвата»; суть его в том, что нейтральные молекулы кометы свободно проникают в поток солнечного ветра, но сразу после ионизации начинают активно взаимодействовать с магнитным полем и ускоряются до значительных энергий. Правда, иногда наблюдаются весьма энергичные молекулярные ионы, необъяснимые с точки зрения указанного механизма. Процесс захвата возбуждает также плазменные волны в гигантском объеме пространства вокруг ядра. Наблюдение этих явлений имеет фундаментальный интерес для физики плазмы.

Замечательное зрелище представляет «обрыв хвоста». Как известно, в нормальном состоянии плазменный хвост связан с головой кометы магнитным полем. Однако нередко хвост отрывается от головы и отстает, а на его месте образуется новый. Это случается, когда комета проходит через границу областей солнечного ветра с противоположно направленным магнитным полем. В этот момент магнитная структура хвоста перестраивается, что выглядит как обрыв и формирование нового хвоста. Сложная топология магнитного поля приводит к ускорению заряженных частиц; возможно, этим объясняется появление упомянутых выше быстрых ионов.

Столкновения в Солнечной системе.

Из наблюдаемого количества и орбитальных параметров комет Э.Эпик вычислил вероятность столкновения с ядрами комет различного размера (табл. 2). В среднем 1 раз за 1,5 млрд. лет Земля имеет шанс столкнуться с ядром диаметром 17 км, а это может полностью уничтожить жизнь на территории, равной площади Северной Америки. За 4,5 млрд. лет истории Земли такое могло случаться неоднократно. Гораздо чаще происходят катастрофы меньшего масштаба: в 1908 над Сибирью, вероятно, вошло в атмосферу и взорвалось ядро небольшой кометы, вызвав полегание леса на большой территории.