Кометы. Откуда они?
Появление на небе небесного тела с ярко светящейся головой и длинным хвостом — зрелище удивительное и незабываемое. Но если современный человек знает, что этот объект — одно из небесных тел, называемое кометой, и при виде ее испытывает лишь чувство восторга, то ощущения древнего человека при виде хвостатых объектов были совсем иными.
Поскольку кометы считались предвестниками разного рода несчастий и бед, то и люди, увидев их, испытывали естественный ужас.
Кроме того, что кометы наделены своеобразной красотой, они еще являются и самыми протяженными телами Солнечной системы. Например, у кометы, появившейся на небосводе в 1811 году, только голова по объему в шесть — восемь раз больше Солнца. А у кометы 1882 года хвост достигал Юпитера.
Обычно комета состоит из трех частей: ядра, в котором сконцентрирована основная масса кометы, головы, или «комы», и хвоста. Хвост же, состоящий из плазмы, газа и дыма, настолько разрежен, что в земных условиях такая среда считается вакуумом. И виден хвост, как, впрочем, и голова кометы, лишь тогда, когда она приближается к Солнцу.
Таким образом, комета в некотором приближении представляет собой практически пустое пространство, или видимое ничто. Но в сердце этого «сгустка вакуума» находится небольшое, обычно несколько километров в диаметре, твердое ядро, состоящее из смеси различных льдов, более 80% которых составляет вода. Остальная же часть ядра представлена твердой углекислотой, или «сухим льдом», а также метановым и аммиачным льдами и другими замороженными газами.
Ученые, в частности астробиологи, считают, что вещество ядра требует детального изучения, поскольку в этом гигантском «холодильнике» могут храниться древние органические соединения, то есть те, из которых возникла жизнь на Земле.
В кометном льду находятся также пыль и мелкие каменистые вещества. И когда комета приближается примерно на расстояние в 4,5 а. е. к Солнцу, температура ее наружного слоя поднимается до -140 °С. Это приводит к тому, что лед начинает испаряться, оставляя на поверхности ядра корку из микроскопических пылинок. Причем они настолько мелкие, что их трудно рассмотреть даже в лупу. Правда, встречаются и более крупные частицы: например, песчинки и камешки...
В процессе испарения вещества покидают комету в определенной последовательности. Сначала испаряются метан, аммиак, водород и циан, из которых формируется прозрачная атмосфера кометы — ее голова. Затем возгоняется углекислота. И завершает этот процесс вода, требующая для своего испарения большей температуры.
Далее испарившиеся газы подвергаются новым «испытаниям». Теперь на них воздействуют кванты солнечного света: сталкиваясь с молекулами, они выбивают из атомов электроны, ионизируя их.
Но от Солнца несутся не только потоки фотонов, но и солнечный ветер, представляющий собой поток заряженных частиц, которые несут с собой обрывки солнечного магнитного поля.
Столкнувшись с головой кометы, этот ветер магнитными полями, как сетями, подхватывает ионы кометного газа и со скоростью 500—1000 километров в секунду уносит их прочь от Солнца. В результате возникает длинный и прямой, как луч прожектора, плазменный хвост.
А поскольку на нейтральные частицы газа солнечный ветер не действует, они остаются в пределах ядра, наполняя голову кометы, которая становится все больше и больше...
Проходит еще какое-то время, и комета приступает к демонстрации настоящей феерии: из-под ее коричневой корки вырываются газовые фонтаны-гейзеры, а от головы льется холодное люминесцентное свечение. При этом кометный газ светится точно так же, как разреженный газ в лампах дневного света.
Во время газовых извержений вздымаются ввысь громадные султаны из мельчайших пылинок. Кванты солнечного света налетают на эти микрочастицы, унося их прочь от Солнца. В результате появляется уже другой хвост — не прямой, а изогнутый, который, словно шлейф у невесты, тянется за ней, дугообразно изгибаясь, по орбите.
Благодаря своим хвостам кометы могут иметь различный внешний вид: у одних хвост из ионов, у других — из пыли; некоторые имеют даже два хвоста и чуть ли не настоящие «бороды».
Когда комета залетает внутрь орбиты Земли, она попадает в область относительно высоких температур и начинает сильно нагреваться. По этой причине гейзеры из газа и пыли льются теперь непрерывными струями. Ядро в этот период каждую секунду теряет 30-40 тонн пара. В это же время происходят и подкорковые выбросы, напоминая взрывы глубинных бомб.
Чем ближе комета к Солнцу, тем интенсивнее испаряется с нее лед. А улетучивающийся газ формирует вокруг ядра светящуюся сферу, или кому, поперечник которой может достигать миллиона километров.
Все эти процессы поставили перед астрономами немало вопросов, которые пока остаются без ответа: например, что заставляет вдруг испаряться из глубины кометы объем льда высотой в 8—10-этажное здание, или какие силы выбрасывают огромное количество газа на 20-30 тысяч километров?
Астрономы не сомневаются, что прилетают кометы в Солнечную систему откуда-то издалека. Но вот откуда именно, сказать точно не могут, хотя ответа на этот вопрос ищут уже давно.
К настоящему времени предложено несколько гипотез происхождения комет. И все они имеют свои плюсы и минусы.
Самая древняя из гипотез была выдвинута еще в Средние века. Тогда астрономы предполагали, что кометы появляются во время извержения вулканов на Юпитере и Сатурне. Между прочим, идея средневековых ученых о вулканической природе комет, хоть и в несколько измененном виде, но сохранилась и по сей день. Причем многие современные астрономы считают, что ядра комет извергают не только сами планеты-гиганты, но и их спутники. А доказательством этой точки зрения может служить факт обнаружения вулканической деятельное™ на ближайшем к Юпитеру спутнике Ио.
Приверженцы другой гипотезы придерживаются той точки зрения, что кометы прилетают в Солнечную систему с ее периферии, где на расстоянии в 50—150 тысяч а. е. находится огромное скопление этих «хвостатых» объектов.
По имени голландского астронома Я. Оорта эта область получила название облака Оорта. Предполагается, что из этой области под действием гравитации звезд, находящихся близко к Солнечной системе, кометы неторопливо перемещаются к Солнцу. Но со временем скорость их движения постепенно возрастает, и через миллионы лет они настолько разгоняются, что вихрем врываются в окрестности нашего светила, огибают его и опять улетают прочь.
Однако иногда случается, что, пролетая близко от одной из больших планет, они подвергаются ее гравитационному воздействию, меняют траекторию полета и, направившись в глубь Солнечной системы, становятся ее постоянными обитателями, или периодическими кометами.
Согласно третьей гипотезе, кометы имеют межзвездное происхождение. Возможно, что облако Оорта, появившись после образования Солнечной системы, по сей день периодически поставляет кометы в межзвездную среду. И уже отсюда их «захватывают» большие планеты: например, Юпитер или Сатурн.
Но и эта гипотеза имеет ряд уязвимых точек. Так, она не в состоянии объяснить частого появления комет в Солнечной системе.
Таким образом, ни одна из приведенных гипотез полной поддержки у астрономов не нашла, поскольку не смогла объяснить многих особенностей строения, состава и движения комет. Именно поэтому вопрос об их происхождении до настоящего времени остается открытым.
В качестве дополнения, видимо, следует назвать и одну экзотическую гипотезу. Те немногие ученые, которые ее поддерживают, считают, что отдельные кометы являются кораблями-разведчиками инопланетных цивилизаций, которые уже более 1000 лет собирают сведения о Солнечной системе и, в частности о Земле.
И некоторые из имеющихся данных вроде бы даже этой идее не противоречат. Например, движение ряда комет нельзя объяснить притяжением известными объектами Солнечной системы: в частности одни кометы демонстрируют вековые ускорения движения, другие, наоборот, замедления. Отсюда и вопрос: как может безжизненное тело в безвоздушном пространстве изменять свою скорость? Более того, каждый раз, находясь рядом с Солнцем, комета значительную часть своего вещества расходует на образование хвоста. Но, исчезнув с небосвода, спустя какое-то время возвращается вновь! Какова причина такого постоянства? Где же закон сохранения вещества? Очевидно, где-то в космической бездне кометы претерпевают неизвестные и непонятные нам сегодня изменения...
Чуть выше, когда шел разговор о гипотезах происхождения комет, как гипотетическая область Солнечной системы, служащая источником этих небесных странниц, упоминалось облако Оорта. В связи с тем, что само облако наблюдать не удается, так как оно очень разреженное, слабо освещено Солнцем, прямые доказательства его существования на сегодняшний день отсутствуют. Но тем не менее многие косвенные факты указывают на то, что такой объект есть.
Впервые мысль о существовании во Вселенной такого своеобразного «заповедника» комет была высказана в 1932 году эстонским астрономом Эрнстом Эпиком. А чуть позже, в 1950-х годах, эта же идея посетила и нидерландского астрофизика Яна Оорта.
Астрономы полагают, что основными объектами облака Оорта являются водяные, аммиачные и метановые льды. Что же касается местоположения облака, то от его внешних границ до Солнца примерно от 50 ООО до 100 ООО а. е., то есть почти световой год.
Считается, что оно состоит из двух отдельных областей: сферического наружного облака, шириной от 20 ООО до 50 000 а.е., и внутреннего — в форме тора, размеры которого от 2000 до 20 000 а.е.
Предполагается, что в сферической части облака Оорта находится несколько триллионов кометных «зародышей» — тел, которые вращаются по различным орбитам и пока ни разу не приближались к Солнцу. Средний их радиус около 1,3 километра, а расстояние между ними несколько десятков миллионов километров. Но имеются там и миллиарды настоящих комет, которые уже побывали в Солнечной системе.
Точную массу наружной сферы облака Оорта ученые назвать не могут, хотя и предполагают, что она примерно в пять раз больше массы Земли. Что же касается массы внутреннего участка — тора, то в настоящее время в отношении нее нет даже каких-то предположительных оценок.
Если же говорить о гипотезах, объясняющих происхождение облака Оорта, то большинство астрономов считают, что оно является остатком протопланетного диска, который сформировался вокруг Солнца около 4,6 миллиарда лет назад. А моделирование эволюции облака Оорта показало, что его масса достигла максимальной величины спустя 800 миллионов лет после того, как оно сформировалось.
|
|
Читайте в рубрике «Кометы»: |