Вопрос о происхождении комет очень сложен. Наших фактических данных о них весьма недостаточно для его решения. Но ученым, как и всем людям, хочется поскорее узнать о том, что так интересно, хотя бы оно и было еще мало изучено. Поэтому строятся разные гипотезы о происхождении комет; эти гипотезы меняются по мере их обсуждения и появления новых данных. Поэтому и мнения существуют различные.
Взять хотя бы открытие астероидов с вытянутыми орбитами, такими же, как орбиты некоторых периодических комет. Эти мелкие астероиды по виду отличаются от таких комет только отсутствием вокруг них туманной оболочки. Таковы астероиды Гидальго, Гермес, Адонис, Аполлон, Икар. В то же время и у некоторых короткопериодических комет, например, у комет Швассмана - Вахмана и Отерма орбиты более близки к окружности, к которой приближаются орбиты большинства планет, чем у названных астероидов. К тому же у некоторых комет туманные оболочки едва видимы. Поэтому еще недавно можно было думать об общем происхождении астероидов и периодических комет, быть может, вследствие дробления астероидов при столкновениях, при которых орбиты осколков меняются. Можно было даже допустить, что астероиды, вроде Гидальго, - это ядра комет, утративших свою газовую оболочку. Однако известные теперь данные о природе и структуре кометных ядер не позволяют считать их каменными, монолитными осколками, и это является затруднением для такой гипотезы.
Советский астроном С.К. Всехсвятский много лет назад нашел убедительные признаки того, что периодические кометы быстро теряют свою яркость, истощаются и перестают наблюдаться. Мы видели примеры и распада комет с их последующим превращением в метеорный поток. Между тем периодические кометы продолжают открываться вновь. Если число их за время существования Солнечной системы не сошло на нет, значит, их состав пополняется рождением новых комет. Но где и как?
С.К. Всехсвятский защищает гипотезу о том, что кометы возникают даже в настоящее время путем выбросов при вулканических извержениях на планетах или их спутниках.
Для того чтобы оторваться от планет-гигантов, а тем более преодолеть сопротивление их атмосферы, выбросы должны приобрести огромные скорости, их энергия должна быть неправдоподобно велика. В то же время и масса совокупности комет должна быть чуть ли не больше массы планет, а тем более их спутников. Поэтому такая гипотеза не имела многих сторонников. Выражались большие сомнения и в том, чтобы на спутниках планет могли быть действующие до сих пор вулканы. Недавно, весной 1979 г., гипотеза Всехсвятского получила мощное подтверждение. Американская космическая станция «Вояджер-1», пролетая вблизи Ио, одного из четырех главных спутников Юпитера, сфотографировала на его поверхности явления (рис. 88), которые описывают как обильные, многоструйные истечения лавы из пяти вулканов, сопровождающихся выбросами пепла и газов на высоту до 500 км. Эти выбросы проектировались на небо на краю планеты. Это, вместе с оправданием предвидения С.К. Всехсвятского об образовании колец вокруг гигантских планет, имеющих крупные спутники, очень усиливает его позиции. Правда, масса возможных вулканических выбросов из спутников известных планет недостаточна для создания всех комет Солнечной системы.
А не может ли быть (это моя личная мысль), что здесь, как и в других случаях, известных науке, разные события порождают сходные результаты. Например, кратеры порождаются и ударами метеоритов и извержениями вулканов. Вероятно, коротко-периодические кометы происходят от извержений со спутников планет, а долгопериодические кометы от процессов на границах Солнечной системы...
Неутомимый энтузиаст С.К. Всехсвятский создал в СССР (впервые в мире) специальную обсерваторию под Киевом для изучения комет. Он организовал также систематическое наблюдение в Советском Союзе всех появляющихся комет и посылает для этого экспедиции своих учеников во все концы Союза. Плоды этих работ ускорят наше лучшее понимание природы и происхождения комет.
Например, Оорт (Голландия) предполагал, что кометы образуются далеко за пределами орбиты Плутона. Быть может, - думал он, - вначале это были малые конденсации, возникшие при образовании планет и выброшенные возмущением последних во внешние области. Теперь же, под действием возмущений со стороны ближайших звезд, некоторые из них по временам вталкиваются обратно и становятся видимыми.
В этих представлениях о кометном облаке у границы Солнечной системы не ясно, почему такие малые тела столь богаты газами.
Во всяком случае, изучение комет, «зловредность» которых наука опровергла, в Советском Союзе стоит высоко. Труды одного из крупнейших ученых мира Ф.А. Бредихина составили в этой области целую эпоху, а советские ученые продолжают изучение комет на основе позднейших открытий и представлений физики.
Комета представляет собой небесное тело малых размеров, состоящее изо льда с вкраплениями пыли и каменных обломков. При приближении к солнцу лед начинает испаряться, потому за кометой остается хвост, растягивающийся порой на миллионы километров. Хвост кометы состоит из пыли и газа.
Орбита кометы
Как правило, орбита большей части комет представляет собой эллипс. Однако достаточно редко встречаются также круговые и гиперболические траектории, по которым двигаются ледяные тела в космическом пространстве.
Кометы, проходящие через Солнечную систему
Через Солнечную систему проходит немало комет. Остановим внимание на наиболее известных космических странницах.
Комета Аренда-Роланда была впервые обнаружена астрономами в 1957 году.
Комета Галлея проходит недалеко от нашей планеты раз в 75,5 лет. Названа по имени британского астронома Эдмунда Галлея. Первые упоминания об этом небесном теле встречаются в Китайских древних текстах. Пожалуй, наиболее известная комета в истории цивилизации.
Комета Донати была открыта в 1858 году итальянским астрономом Донати.
Комета Икея-Секи была замечена японскими астрономами-любителями в 1965 году. Отличалась яркостью.
Комета Лекселя была обнаружена в 1770 году французским астрономом Шарлем Мессье.
Комета Морхауза была открыта американскими учеными в 1908 году. Примечательно, что в ее изучении впервые использовалась фотография. Отличалась наличием трех хвостов.
Комета Хейла-Боппа была видна в 1997 году невооруженным глазом.
Комета Хиякутаке наблюдалась учеными в 1996 году на небольшом удалении от Земли.
Комета Швассмана-Вахмана впервые была замечена немецкими астрономами в 1927 году.
«Молодые» кометы имеют голубоватый оттенок. Это связано с наличием большого количества льда. По мере вращения кометы вокруг солнца лед тает, и комета приобретает желтоватый оттенок.
Большая часть комет вылетает из пояса Койпера, представляющего собой скопление замороженных тел, которые находятся неподалеку от Нептуна.
Если хвост кометы голубого оттенка и повернут от Солнца – это свидетельство того, что он состоит из газов. Если же хвост желтоватый и повернут к Солнцу, то в нем много пыли и других примесей, притягивающихся к светилу.
Изучение комет
Ученые получают информацию о кометах визуально через мощные телескопы. Однако в ближайшем будущем (в 2014) году запланирован пуск космического аппарата ЕКА «Розетта» для изучения одной из комет. Предполагается, что аппарат будет находиться рядом с кометой на протяжении длительного времени, сопровождая космическую странницу в ее пути вокруг Солнца.
Заметим, что ранее НАСА запустило космический аппарат «Дип Импакт» для столкновения с одной из комет Солнечной системы. В настоящее время аппарат находится в исправном состоянии и используется НАСА для изучения ледяных космических тел.
Среди небесных тел Солнечной системы особый интерес представляют кометы. Двигаясь вокруг Солнца по вытянутым (эллиптическим) орбитам, они то сближаются с Солнцем, то опять уходят от него на миллиарды километров. Законы природы, некогда открытые Ньютоном и Кеплером, определили в космическом пространстве для каждой из них по две точки, которые признано называть фокусами орбит. В одном из этих фокусов всегда находится Солнце. Так и движутся кометы, огибая по очереди то один, то другой фокус своих орбит. Многие годы требуются для отдельных комет, чтобы завершить один оборот вокруг Солнца. Например, для кометы Галлея этот период составляет около 75 лет, а для других и того больше.
Всякий раз, сближаясь с Солнцем, кометы вдруг оживают. Одновременно с увеличением орбитальных скоростей пропорционально увеличивается и длина хвостов комет. При этом хвосты комет всегда направлены в противоположную от Солнца сторону.
Ниже приводится фотография одной из комет, получившей название Беннета.
Много версий существует по поводу происхождения хвоста комет , однако все они, на мой взгляд, не дают исчерпывающего ответа. Согласно последней из этих версий хвосты комет — увлечение так называемым солнечным ветром (солнечными корпускулами) мельчайших частиц и ионизированных молекул кометы. Нельзя согласиться с этим предположением по следующим причинам.
Во-первых, как видно из приведенной фотографии, хвост кометы образуется именно там, где нет солнечного света, а стало быть и заряженных солнечных корпускул. Этот хвост всегда примыкает к ядру кометы только с противоположной от Солнца стороны, то есть к затененной его части. А при отсутствии «солнечного ветра» не должно было быть и хвоста. Но, к сожалению, все наоборот — хвост имеется.
Во-вторых, по своей природе солнечные корпускулы имеют очень большие скорости (около 300 тыс. км в секунду), а этого было бы достаточно, чтобы увлечь за собой все имеющиеся около кометы мельчайшие частицы и ионизированные молекулы в считанные секунды. В результате от кометы осталось бы только ядро. Однако с кометами этого не происходит.
Например, сколько бы не возвращалась комета Галлея со своего апогея к Солнцу, она имеет почти одинаковую форму, в том числе и длину хвоста. Значит, не «солнечный ветер» управляет хвостами комет, а есть на то другие причины. Остановлюсь на этом более подробно.
Итак, «хвостатые» или «волосатые» небесные светила (кометы) еще с древних времен привлекали на себя внимание астрономов своим быстрым перемещением среди звезд по небу. Из маленького размытого туманного облачка постоянно развивается у этого небесного тела хвост.
Что представляет собой это маленькое облачко? На мой взгляд, это газово-пылевое образование, имеющее внутри очень большой плотности ядро, которое и удерживает своей самогравитацией вокруг себя газово-пылевую оболочку. Облачка, как и все звезды, движутся в Галактике по своим орбитам вокруг ее центра. Нередко они сближаются с Солнцем на такое расстояние, при котором легко захватываются гравитационным его притяжением и становятся спутниками Солнца, как и все планеты Солнечной системы. Дальше срабатывают законы природы, которые были открыты Кеплером. Захваченное солнечной гравитацией облачко начинает двигаться вокруг Солнца по эллипсу. При этом скорости этого облачка постоянно меняются в зависимости от расстояния его от Солнца. Максимальное их значение имеет место вблизи Солнца, а минимальное — в апогее. При этом в апогее сила взаимного тяготения Солнца и облачка уравновешивается центробежной силой, которую создает комета, обращаясь вокруг Солнца. Наступает состояние невесомости, при котором все газово-пылевое вещество располагается вокруг ядра кометы равномерно. При движении же облачка в сторону перигея орбитальная скорость его согласно второму закону Кеплера постоянно возрастает, а следовательно возрастает и центробежная сила, которая в несколько раз превышает силу тяготения. Избыток центробежной силы и приводит к отливным явлениям газово- пылевой оболочки кометы. Появляется хвост. С этого момента небесное тело, которое мы называем облачком, превращается в комету. Избыток центробежной силы полностью совпадает с направлением хвоста и пропорционален его длине. Поэтому хвост кометы возникает не в результате увлечения «солнечным ветром» мельчайших частиц и ионизированных молекул, а в результате действия на них избытка центробежных сил и появления приливо-отливных явлений в газово-пыле- вой оболочке кометы.
Схема движения кометы с отражением направления и размеров хвоста приводится ниже.
Комета уникальна не только своим хвостом, но и ее способностью удерживать вокруг своего ядра газово-пылевое облако. Такими свойствами обладают, как известно, только крупные планеты солнечной системы (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Все малые планеты (астероиды), в том числе и Церера, диаметр которой составляет около 780 км, а также метеоры, метеориты и наша Луна такими свойствами не обладают. Значит, комета имеет твердое ядро, состоящее из вещества большой плотности, обладающее большой самогравитацией.
Ранее существовавшее предположение о том, что кометы состояли полностью из очень разреженной массы пылевых частиц полностью опровергается. Это опровергает также эксперимент, проведенный несколько лет тому назад автоматическими станциями, запущенными в сторону пролетевшей около Солнца кометы Галлея. При этом было установлено, что комета имеет очень крупное по своим размерам ядро (около 50 км в поперечнике), а также плотную массу. Столкновение такой кометы с Землей могло бы привести к трагическим последствиям и особенно в густонаселенной местности.
Версия о том, что падения комет на Землю имели уже место и что эти падения сопровождались выпадением огненного дождя не соответствует самой логике. Если в природе и было что-то подобное, то это, на мой взгляд, было падение частиц, оторванных атмосферой Земли из хвоста кометы. Ядро же кометы, имея большую скорость, плотность и массу, улетело дальше по своей эллиптической орбите.
Подробный анализ данных, собранных кораблем Rosetta, показывает, что кометы – это те космические объекты, оставшиеся со времен зарождения Солнечной системы, сформированы не из малых фрагментов, возникших вследствие предыдущих столкновений между другими, большими телами.
Понимание, как и когда объекты, подобные комете 67Р/Чурюмова-Герасименко, сформировались, имеет первостепенное значение для определения их роли в раннем развитии Солнечной системы. Если подобные объекты остались нетронутыми, то они могли предоставить материал из той протопланетной туманности, из которой образовались все небесные тела Солнечной системы 4,6 млрд. лет назад, а также помочь познать те процессы, преобразившие нашу планетарную систему в современный вид.
Современная гипотеза образования комет гласит, что они возникли из маленьких осколков, которые в свою очередь образовались в результате более ранних столкновений «родительских объектов», такие как ледяные транснептуновые тела TNO. В таком случае они дают представление о составе таких крупных тел, столкновениях, которые разрывали их, процессе формирования новых объектов из остатков старых.
Так или иначе кометы были свидетелями самых важных событий при развитии Солнечной системы и подробные исследования, проведенные Rosetta наряду с наблюдениями других комет, позволяют узнать, какой сценарий более вероятен.
Во время двухлетнего пребывания около 67Р/Ч-Г Rosetta предоставил следующую картину состава кометы: она имела малую плотность, высокую пористость, двухлопастную форму с обширными наслоениями, предполагая, что лопасти накопили материал в течение долгого времени прежде, чем они слились.
Необычно высокая пористость внутреннего ядра сразу указывает, что рост не может происходить через сильные столкновения, поскольку при таком сценарии происходило бы серьезное уплотнение материала.
Структуры и особенности различного размера, наблюдаемые камерами Rosetta, предоставляют дополнительную информацию о том, как этот рост происходил. Более ранние наблюдения показали, что «голова и тело» были первоначально отдельными объектами, но столкновение, которое соединило их, происходило на относительно низкой скорости, что не привело к обоюдному разрушению.
Факт, что у обеих частей есть одинаковые слои также говорит нам, что они претерпели подобные эволюционные изменения и что никогда не испытывали каких-либо катастрофических столкновений с другими объектами на протяжении всего периода своего существования.
Слияние также происходили в меньших масштабах. Например, три сферических «шапки», обнаруженные в регионе Bastet на малой лопасти кометы, являются останками малых объектов, которые частично сохранились в первозданном виде сегодня. Так называемая «гусиная кожа», особенность, наблюдаемая в многочисленных углублениях и наружных стенках склонов в различных местах на комете, говорит об еще меньших масштабах объектов, несколько метров диаметром, которые когда-то с ней слились.
Согласно теории, скорости столкновения объектов и их последующего объединения, изменяются во время процесса роста и достигают пиковых, когда глыбы имеют размеры несколько метров. По этой причине, метровые структуры будут самыми компактными и устойчивыми.
Дальнейшие исследования включали спектральный анализ состава, показывая, что на поверхности не происходило какого-либо серьезного размораживания и замораживания пресной воды, а анализ газов из сублимирующихся льдов, говорит, что комета богата суперлетучими веществами, такими как моноксид углерода, кислород и азот.
Такие выводы подразумевают, что комета, сформировавшаяся в чрезвычайно холодных условиях, не подвергалась воздействию внутреннего тепла на протяжении всей своей жизни. Только постоянно низкие температуры объясняют сохранение в первозданном виде определенных льдов и летучих веществ, которые медленно накапливались на протяжении значительного интервала времени.
В то время как TNO во внешней Солнечной системе нагревались непродолжительным, но все же радиоактивным распадом, кометы не показывают каких-либо признаков подобного. Ученые считают, что большие TNO формировались на протяжении первого миллиона лет после образования солнечной туманности из газов и стремительно увеличивали свои размеры, достигая в диаметре 400 км.
Примерно через 3 млн. лет после начала формирования Солнечной системы, газ исчез из солнечной туманности, и остался исключительно твердый материал. В дальнейшем на протяжении более длительного периода, продлившегося около 400 млн. лет, уже массивные TNO медленно аккумулировали этот оставшийся материал. Некоторым TNO даже удалось вырасти в объекты типа Плутона или Тритона.
Но кометы выбрали иной путь. После быстродействующей начальной фазы роста TNO, оставшиеся мелкие частицы ледяного материала в холодной внешней части солнечной туманности начали объединяться на низкой скорости, что привело к образованию комет диаметром 5 км к тому времени, когда газ исчез из солнечной туманности.
Низкие скорости, при которых накапливался материал на кометах, привели к образованию объектов с хрупкими ядрами, высокой пористостью и низкой плотностью. Такой медленный рост позволил кометам сохранить часть самого старого, летучего материала от солнечной туманности. Более того, так как они не имели энергию, произведенную радиоактивным распадом, это не позволяло им нагреваться слишком сильно и испарить летучие вещества.
Вследствие пересечения кометных орбит, дополнительный материал, аккумулировался на более высокой скорости в течение последующих 25 млн. лет, образуя внешние слои. Пересечение также позволяло некоторым километровым объектам «мягко» сталкиваться друг с другом, что приводило к образованию би-лопастных комет, подобных 67Р/Ч-Г.
По результатам миссии Rosetta ученые пришли к выводу, что теория, существовавшая до сих пор неправильна. Кометы не показывают характеристик, которые следуют из краха таких больших объектов, как TNO. Скорее всего, они медленно росли без какого-либо участия TNO, оставаясь неповрежденными в течение 4,6 млрд. лет.
Сегодня кометы действительно являются ценными кладами Солнечной системы. Они предоставляют нам уникальную возможность погрузиться в процессы, которые сыграли важную роль в планетарной стройке в те древние времена и которые привели к созданию Солнечной системы, видимую нами сегодня.
Снимки и научные данные с зонда «Розетта» помогли ученым доказать, что кометы возникают в результате гравитационного коллапса небольших облаков, состоящих из мелкой «космической гальки» и льда, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.
«Мы показали, что комета Чурюмова-Герасименко появилась на свет в результате «мягкого» гравитационного коллапса облака из пыли и гальки. К сожалению, мы пока не можем сказать, как возникли половинки ее «гантели» – были ли они отдельными небесными телами, которые столкнулись уже после своего рождения, или же они являются частью единого целого», - рассказывает Юрген Блум (Jurgen Blum) из Института геофизики и внеземной физики в Брауншвейге (Германия).
Мир до начала времен
Сегодня у ученых почти нет сомнений в том, что планеты начинают свое рождение внутри плоского газопылевого диска, заполненного мелкими частицами пыли и плотными клубами газа, а их формирование заканчивается в ходе серий столкновений планетизималей – «зародышей» планет размером с Весту или Цереру, а также крупных комет и астероидов.
«Посередине» между ними зияет теоретическая пустота – пока планетологи не пришли к единому мнению насчет того, что происходит после слепления единичных зерен пыли в относительно небольшие комки размером в сантиметр. Существует несколько разных теорий, проверка которых была невозможна до последнего времени.
Ответ на эту загадку планетологи пытаются найти двумя путями – наблюдая за новорожденными планетными системами при помощи микроволновых телескопов, и изучая зерна пыли, сохранившиеся в недрах комет с времен рождения Солнечной системы. Первые исследования такого рода были проведены три года назад зондом «Розетта» и спускаемым модулем «Фила», который был сброшен на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко в ноябре 2014 года.
Блум и его коллеги использовали данные, собранные «Филой» и «Розеттой», для того, чтобы раскрыть одну из тайн этой «теоретической пустоты» и выяснить, как именно возникла данная комета.
Как объясняет ученый, внутренняя структура кометы, как и размеры и масса пылинок, которые были найдены в ее «хвосте» инструментами «Розетты», напрямую отражают то, в каких условиях она формировалась. К примеру, если бы она родилась в ходе серии столкновений все более и более крупных «зародышей» планет, то тогда бы ее материя была частично переплавлена и имела неоднородный минеральный и химический состав.
Пушистое космическое облако
Этого, как показывают данные с зонда и спускаемого модуля, скорее всего не произошло – многие зерна пыли, найденные на комете Чурюмова-Герасименко, имеют достаточно пушистую и «рыхлую» форму и при этом они обладают большими размерами. Это означает, что ядро кометы родилось в достаточно «спокойной» обстановке и при достаточно низких скоростях движения пыли и газа, породивших его.
Ее прародителями, как показывают замеры зондов и теоретические расчеты ученых, были относительно крупные зерна пыли, чей радиус составлял от одного до шести миллиметров. Эти частицы пыли постепенно скопились в одной из точек на дальних окраинах протопланетного облака, и вызвали миниатюрный аналог гравитационного коллапса, который обычно предшествует рождению звезд и планет.
Как показывают компьютерные модели, этот процесс протекал достаточно медленно, что привело к тому, что частицы пыли были равномерно перемешаны по недрам кометы и «склеены» между собой в почти первозданном виде, а внутри небесного тела возникло множество пустот. С другой стороны, сейчас можно с уверенностью говорить, что комета родилась в «один присест» - никаких промежуточных стадий в ее рождении не было.
Подобные результаты расчетов хорошо согласуются с данными по структуре недр кометы Чурюмова-Герасименко, которые были получены «Филой» во время неудачной посадки и оглашены летом 2015 года. С другой стороны, они к тому же свидетельствуют и о том, что «косматые чудовища» могли формироваться не так, как это предположительно делают планеты, что не предсказывается теорией и является неожиданностью для планетологов.
По материалам reired
