Новости партнеров


GEO приглашает

Бесплатный проезд на городском транспорте и скидки на посещение городских достопримечательностей —  карта Jerusalem City Pass сэкономит вам время и деньги


GEO рекомендует

Бренд Röndell дополнил ассортимент посуды из нержавеющей стали эргономичным набором  Savvy - RDS-940


Новости партнеров

Как поймать комету за хвост

текст: Дмитрий Вибе
Исследования Вселенной

Зимой 2006–2007 годов большинство профессиональных астрономов и астрономов-любителей России смотрели на небо в бессильном отчаянии. Многонедельная, если не сказать многомесячная облачная пелена лишила их возможности наблюдать замечательное природное явление – земные небеса почтила своим присутствием яркая комета, названная по имени первооткрывателя кометой Макнота.

Астроном Роберт Макнот из австралийской обсерватории Сайдинг-Спринг открыл ее 7 августа 2006 года. В то время она была крайне тускла. В сущности, Макнот заметил ее лишь потому, что проводил обзорные наблюдения, искал малые тела Солнечной системы, которые способны сближаться с Землей и представляют потенциальную опасность. По заведенному порядку он отправил все данные в Центр малых планет Международного астрономического союза, где была вычислена орбита кометы.

Траектория оказалась многообещающей: комете предстояло пройти всего в 26 млн км от Солнца – внутри орбиты Меркурия. Это означало, что она будет довольно яркой (из-за близости к Солнцу), хотя и очень трудной для наблюдений (по той же причине). К концу декабря комета Макнота проступила на фоне закатного неба, а к середине января по яркости обогнала Венеру и была видна даже днем! Увы, большинство жителей России из-за зимней облачной оттепели так и не увидели ярчайшей кометы за последние 40 лет. Лишь в конце января небо начало проясняться, но комета к этому времени уже опустилась под горизонт, ушла к жителям Южного полушария…

Косматые звезды

Впрочем, особенно жаловаться не приходится. Кометы посещают земное небо регулярно и, как правило, задерживаются гораздо дольше, чем комета Макнота. Крупные «звезды с хвостами» настолько разительно отличаются от обычных «точечных» звезд и планет, что человек издревле вкладывал в их появление особый смысл. И, как это часто бывает с непонятными явлениями, смысл недобрый. Само название «комета» происходит от греческого «кома» – волосы, но кроме волос в кометах людям мерещились мечи, кровь…

Справедливости ради отметим, что космичес-кие странницы не всегда вызывали отрицательные ассоциации. Самый известный положительный образ – Вифлеемская звезда. Именно в виде кометы изобразил ее итальянский художник Джотто на знаменитой фреске «Поклонение волхвов» капеллы дель Арена в Падуе. Стилизованное изображение кометы часто можно видеть на рождественских открытках. А известная строка из «Евгения Онегина»: «Вина кометы брызнул ток» – посвящена шампанскому из винограда урожая 1811 года. Считалось, будто своими особыми качествами вино этого года обязано комете, появившейся в тот год на небосводе.

И все же конец суеверным страхам положил XVIII век. Еще Ньютон предположил, что кометы – равноправные жители Солнечной системы и потому, подобно планетам, движутся вокруг Солнца. Правда, в отличие от почти круговых планетных орбит, орбиты комет сильно вытянуты. В 1705 году соратник Ньютона Эдмунд Галлей вычислил траектории 24 комет, наблюдавшихся с 1337 года по конец XVII века, и заметил, что орбиты комет 1531-го, 1607-го и 1682 годов похожи друг на друга. Он заподозрил, что во всех трех случаях это была одна и та же комета и предсказал, что она опять появится в 1758 году. Гипотеза блестяще подтвердилась – на Рождество 1758-го комету заметил Георг Палич, любитель астрономии из Саксонии. Так было положено начало научному изучению комет.

Косматые странницы в то время начали привлекать пристальное внимание ученых. А распространение телескопов превратило их поиски в своеобразный спорт. Французский астроном Шарль Мессье в конце XVIII века составил даже специальный каталог «не-комет» – туманных объектов, постоянно присутствующих на небе (и потому не являющихся кометами). В него вошли, как мы теперь знаем, газовые туманности, звездные скопления, галактики… Целые миры были свалены в одну кучу ради единственной цели – чтобы не путались под ногами во время охоты за кометами!

Правда, поначалу представления о кометах были, мягко говоря, расплывчатыми. Их считали большими и, следовательно, очень массивными объектами. В 1749 году французский ученый Жорж-Луи Бюффон предположил даже, что вся Солнечная система образовалась из вещества, которое было «вырвано» из Солнца гигантской кометой. На смену былым суевериям пришли страхи, так сказать, научно обоснованные. Люди начали опасаться, что Земля столкнется с какой-нибудь кометой. Предполагали, что даже сближение с этим небесным телом якобы может сбросить нашу планету с орбиты и направить на Солнце. Однако все попытки обнаружить хоть какое-то гравитационное воздействие комет на Землю и Луну ни к чему не привели. Стало очевидно, что массы комет, несмотря на внушительные видимые размеры, по космическим меркам ничтожно малы.

Но страх перед кометами все не проходил. В 60-е годы XIX века начали проводить спектроскопические наблюдения, которые пролили первый свет на химический состав кометных хвостов. Среди прочих молекул там обнаружили циан и оксид углерода (угарный газ), ставшие причиной появления новых страхов. В 1910 году Земля прошла сквозь хвост кометы Галлея. Газеты того времени полнились сообщениями о ядовитом газе, который, попав на Землю, убьет все живое… Но Земля, к счастью, в очередной раз уцелела. Плотность хвос-та кометы Галлея оказалась настолько низкой, что никаких изменений в химическом составе атмо-сферы нашей планеты не произошло. Попутно выяснилось, что и большими размерами кометы похвастаться не могут: попытки увидеть комету Галлея во время ее прохождения по диску Солнца также не увенчались успехом. С учетом мощи телескопов начала XX века это означало, что твердое (непрозрачное) ядро кометы в поперечнике не может превышать 50 км.

Пыль в глаза

Наши сегодняшние знания о кометах далеки от тех представлений, которые владели умами всего каких-то сто лет назад. Теперь мы знаем, что по сути комета – просто разновидность астероида. Большую часть жизни она проводит вдали от Солнца, представляя собой ледяную глыбу поперечником 10–20 км – размер даже для астероида весьма скромный. Ее поверхность почти черная, похожа на корку, которая покрывает весной тающие сугробы, поэтому увидеть ее издалека практически невозможно – слишком темна. Но проходит время, и комета, достигнув самой далекой от Солнца точки орбиты, поворачивает и начинает сначала медленно, а потом все быстрее двигаться к центру Солнечной системы.

Черная поверхность хорошо прогревается, и скрытый под нею лед начинает испаряться. Само ядро мы при этом, конечно, не видим, но чем ближе комета к Солнцу, тем более мощной оболочкой выброшенного вещества она себя окутывает. Газо-пылевая «атмосфера» кометы рассеивает и переизлучает солнечный свет. Она становится видна с Земли, образуя так называемую кому, которую в совокупности с ядром называют еще головой кометы. Обычно это происходит, когда комета подлетает к Солнцу на 3–4 астрономических единицы (одна астрономическая единица – это среднее расстояние от Земли до Солнца).

Именно кому мы и наблюдаем с Земли. Внешне она действительно кажется космическим объектом колоссальных размеров: ее поперечник иног-да достигает миллиона километров, что сравнимо с диаметром Солнца! Но на самом деле этот «объект» представляет собой облако исчезающе малой плотности. В окрестностях Солнца вещество, испаряющееся с поверхности кометы, увлекается потоком солнечного ветра и излучения, вытягиваясь в длинный хвост, точнее, несколько хвостов. Один – плазменный, или ионный, – состоит из газа, ионизованного излучением Солнца и столкновениями с частицами солнечного ветра. Он почти прямой и име-ет красивый голубоватый цвет благодаря излучению иона CO+. Второй хвост, немного изогнутый, состоит из пылинок, разогнанных давлением солнечного излучения. Поскольку излучение пылевого хвоста – это рассеянное излучение Солнца, оно имеет тот же самый желтоватый цвет. Хвост третьего типа, натриевый, идущий параллельно плазменному, был впервые обнаружен в 1997 году у кометы Хейла-Боппа.

Благодаря отталкивающему действию Солнца хвосты всех типов всегда направлены прочь от дневного светила, так что на возвратном участке своей траектории комета летит задом наперед! Как и комы, хвосты представляют собою образования ничтожной плотности, но громадных размеров – они вытягиваются на десятки миллионов километров.

 

Яркость кометы зависит от трех факторов: она тем ярче, чем больше ее ядро, чем ближе она подходит к Солнцу и чем ближе проходит от Земли. По-видимому, самой грандиозной кометой нового времени была Большая сентябрьская комета 1882 года. По некоторым оценкам, «на пике славы» ее блеск превышал блеск полной луны, а хвост протянулся через все небо на многие десятки градусов. Разумеется, не менее, а может быть, даже более выразительные кометы посещали земное небо и раньше, однако наших предков больше занимало сходство кометы с крестом или ятаганом и его астрологическое толкование, нежели количественные оценки яркости и длины хвоста.

Рекордсменкой ХХ века стала комета Икейя-Секи, появившаяся в 1965 году. Ее максимальный блеск до полной луны, правда, не дотянул, но совсем немного. Нам, живущим на рубеже ХХ и ХХI веков, тоже грех жаловаться. Помимо недавней гостьи, кометы Макнота, последние годы принесли нам встречу еще с двумя замечательными кометами – Хиякутаке и Хейла-Боппа. При этом Хиякутаке стала первой кометой, которую удалось наблюдать в рентгеновском диапазоне. Да-да, эти холодные ледяные глыбы (точнее, их оболочки-комы) являются источниками жесткого излучения!

Испарение не только делает комету видимой. Оно еще «съедает» ее ядро – ведь каждую секунду комета выбрасывает в космос тонны вещества. Это, естественно, не проходит для нее бесследно. Время активной жизни типичной кометы не превышает сотни тысяч лет. После этого она либо окончательно «окаменевает», либо попросту разваливается – впервые «на научной памяти» это произошло с кометой Биелы. В 1845 году, когда астрономы ожидали ее очередного пришествия, оказалось, что вмес-то одной кометы к Солнцу прилетели сразу две – на одной орбите, на расстоянии около 300 тыс. км друг от друга. В следующий прилет (1852 г.) осколки разошлись уже на 2 млн км, а после этого комета и вовсе пропала, зато вместо нее в 1872 г. земляне увидели мощный метеорный поток, орбита которого совпала с орбитой пропавшей кометы.

По-видимому, превращение в облако пыли – участь многих комет. Некоторые из них «подкармливают» метеорные потоки еще при жизни. Одним из первых об этом догадался в 1866 году итальянский астроном Джованни Скиапарелли, установивший связь между кометой Темпеля-Туттля и знаменитым метеорным потоком Леонид, через который Земля проходит каждый год примерно 18–19 ноября.

Гости из провинции

Время активной жизни кометы существенно уступает возрасту Солнечной системы. Это значит, что запасы комет непрерывно пополняются – иначе они бы уже давно иссякли. В центре Солнечной сис-темы они пришельцы, на это указывают их вытянутые орбиты – у постоянных обитателей «метрополии» (планет и большинства астероидов) орбиты почти круговые. Ученые считают, что местом постоянного обитания комет является дальняя периферия Солнечной системы, откуда их время от времени вбрасывают в центр гравитационные возмущения.

Кометы разделяют на две группы – короткопериодические и долгопериодические. В первую входят кометы, которые на протяжении истории человечества наблюдались неоднократно. Самым коротким периодом (чуть больше 3 лет) обладает комета Энке, ее возвращения к Солнцу наблюдались уже 60 раз. Комета Галлея совершает один оборот за 76 лет. Это, пожалуй, самая известная комета всех времен и народов – первые упоминания о ней относятся к 239 г. до н. э.! Афелии, самые удаленные от Солнца точки орбит короткопериодических комет, часто располагаются за орбитой Нептуна. Логично предположить, что их родина именно там, в поясе Койпера. Считается, что короткопериодические кометы – это маломассивные объекты пояса Койпера, вытолкнутые в центр Солнечной системы в результате гравитационного взаимодействия с планетами-гигантами или с крупными «койпероидами».

Сложнее обстоит дело с долгопериодическими кометами. Их периоды могут измеряться тысячами лет, и в афелии они удаляются от Солнца на десятки и сотни тысяч астрономических единиц. Это заставило нидерландского астронома Яна Оорта предположить, что Солнечная система на дальних подступах окружена еще одним кометным «резервуаром», который называется теперь облаком Оорта. Но что заставляет их уходить оттуда? Несколько лет назад две группы ученых попытались найти в орбитах долгопериодических комет какие-либо закономерности, указывающие на взаимодействие облака Оорта с Планетой Х, таинственным спутником Солнца, слухи о котором время от времени появляются в прессе. Но Планету Х им обнаружить не удалось, по крайней мере, с кометами из облака Оорта она гравитационно никак не взаимодействует. Вероятно, на таком большом расстоянии на движении комет начинают уже сказываться возмущения от звезд – соседок Солнца – и галактических молекулярных облаков.

Находясь на таком большом расстоянии от Солнца – в поясе Койпера и тем более в облаке Оорта, – кометы должны были сохранить свойства протопланетного облака, из которого образовалась Солнечная система. Этим обусловлен интерес, который проявляют к кометам современные ученые. Интерес настолько большой, что он уже не ограничивается телескопическими наблюдениями.

Если комета не летит к Земле…

С началом космической эры наше знакомство с кометами вышло на новый этап. Уже несколько раз к кометам успешно подлетали земные космичес-кие аппараты, передававшие на Землю подробные портреты кометных ядер.

Полет к комете – дело очень и очень непростое. Представьте сложность задачи – прицелиться с расстояния в сотни миллионов километров (наблюдая видимую кому диаметром в десятки и сотни тысяч километров), чтобы подлететь к телу поперечником в десяток километров на расстояние в несколько сотен километров! А когда вы наконец подлетите к комете, то обнаружите, что та самая пыль, которая помогла ее обнаружить, стала вашим злейшим врагом, нещадно бомбардирующим сам зонд и всю научную аппаратуру. Так что, приблизившись к комете, особенно важно суметь затормозить – чтобы снизить убойную силу пылинок и чтобы продлить момент долгожданного свидания. Нужно ведь не просто пролететь мимо, но и успеть что-то изучить, да и фотографировать на большой скорости несподручно.

Людям удалось уже шесть раз справиться с этой задачей, причем постоянно усложняя условия. Первая ласточка – зонд International Cometary Explorer – был запущен в 1978 году для исследования солнечно-земных связей. Вообще-то он назывался по-другому, однако потом его решили перепрофилировать и переименовать. В 1982–1983 гг. аппарат вывели из системы Земля–Луна и направили к комете Джакобини-Циннера, с которой он встретился в сентябре 1985 г., пролетев на расстоянии 7800 км от ее ядра. Никакого специального оборудования для исследования комет на нем установлено не было, поэтому пришлось ограничиться изучением взаимодействия комы с солнечным ветром.

Куда более масштабными были миссии к комете Галлея. Ее последнее появление в 1986 г. трудно было заметить невооруженным глазом, однако в качестве компенсации в тот год к комете Галлея отправилась целая флотилия из пяти межпланетных зондов. Флагманами стали советские космические аппараты «Вега-1» и «Вега-2» (название «Вега» происходило от двух слов – «Венера» и «Галлея»). Создатели этих аппаратов убили сразу двух зайцев: сначала «Веги» занимались исследованием Венеры, а затем направились к комете Галлея. В начале марта 1986 года аппараты пролетели через хвост кометы примерно в 8 тыс. км от ее ядра, передали на Землю его первые фотографии и в рамках международного проекта «Лоцман» снабдили навигационной информацией европейский космический зонд «Джотто». Благодаря своевременной коррекции орбиты «Джотто» смог приблизиться к ядру на 600 км. К сожалению, его свидание с кометой оказалось не безоблачным. За несколько секунд до точки максимального сближения в аппарат попала крупная пылинка (весом около 1 грамма) – это столкновение раскрутило «Джотто», и передача данных на полчаса прекратилась. За это время европейский зонд улетел от кометы на добрую сотню тысяч километров – ведь пролетная скорость составляла почти 80 км/с…

Еще два зонда – «Сакигаке» и «Суисей» – запустило к комете Галлея Японское космическое агентство. В их задачу входило изучение плазмы в окрестностях кометы. «Суисей» в марте 1986 года прошел на расстоянии 151 тыс. км от ядра, а «Сакигаке» приблизился к нему всего на 7 млн км.

Часть инструментов «Джотто» во время свидания с кометой Галлея вышла из строя, но создатели не спешили отправлять его на свалку. Аппарат был перенаправлен к комете Григга-Скьеллерупа и в июле 1992 года пролетел на расстоянии 200 км от ее ядра – рекорд, не побитый до сих пор. «Джотто» передал на Землю информацию об атмосфере кометы и магнитном поле вблизи нее, но фотографировать ядро, к сожалению, было уже нечем.

 

Следующего свидания с кометой пришлось ждать почти 10 лет. В 1998 году США запустили космический аппарат «Дип-Спейс-1». Главной
целью запуска было испытание новых космических технологий, а чтобы потенциал не пропадал зря, аппарат решено было использовать и для астрономических исследований. В частности, в планы экспедиции входили тесные сближения с ядрами двух комет – Вильсона-Харрингтона и Борелли. К сожалению, из-за проблем с навигационным оборудованием первую встречу пришлось отменить. Зато вторая прошла без сучка и задоринки. 20 сентября 2001 года «Дип-Спейс-1» пролетел на расстоянии 2000 км от ядра кометы Борелли и передал на Землю его изображение.

Третьей кометой, ядро которой удалось сфото-графировать крупным планом, стала комета Вильда?2. Американский космический зонд «Стардаст» пролетел мимо нее в январе 2004 года. Сближение было очень тесным и медленным – «Стардаст» прошел в 240 км от ядра со скоростью всего 6 км/с – на порядок медленнее «Джотто» и в 3 раза медленнее «Дип-Спейса-1». Низкая скорость требовалась для выполнения сложной технологической задачи: «Стардасту» предстояло собрать образцы кометной пыли и вернуть их на Землю.

«Стардаст» был оснащен уникальной пылевой ловушкой. Ее предстояло поймать пылинки, летящие навстречу аппарату в 3 раза быстрее пули, выпущенной из автомата Калашникова, и так, чтобы при этом они не разрушались. Проблему решил специальный состав – аэрогель, по сути, вспененное стекло. На протяжении полета «Стардаста» ловушка открывалась трижды: до, после и во время встречи с кометой (исследователи надеялись кроме кометной поймать и межзвездную пыль). Траекторию «Стардаста» проложили так, что в январе 2006 года он снова пролетел мимо Земли. Капсула с ловушкой отделилась от аппарата и приземлилась в пустыне штата Юта.

Последнее космическое свидание с кометой было и самым шумным. В июле 2005 года американский зонд «Дип Импакт» не просто пролетел мимо кометы Темпеля-1, но выстрелил в нее 364-килограммовым снарядом, чтобы выбить из ядра дополнительное вещество для анализа. Это нехитрое действие почему-то настроило некоторых жителей Земли на меланхолический лад. Кто-то из защитников окружающей среды, не разобравшись в деталях, решил, что комету собрались полностью разрушить и таким образом нанести невосполнимый урон Солнечной системе. А некие астрологи даже подали на НАСА в суд, уверяя что уничтожение кометы приведет к весьма плачевным последствиям. Конечно, никакого разрушения не произошло, и комета Темпеля-1 продолжает и ныне свой беззаботный полет. Хотя вспышка получилась действительно яркая! Снаряд врезался в ядро со скоростью 10 км/с. Температура в месте удара превысила
1000°С. Произошел взрыв, выбросивший из ядра кометы около 1 тыс. тонн вещества. За выбросом только на Земле следили 73 телескопа, а сам аппарат фотографировал ядро кометы.

Сердца четырех

Пожалуй, главным результатом всех этих исследований можно считать разнообразие изученных комет. Ядра всех четырех (практически черные) имеют поперечник в несколько километров и плотность меньше плотности воды. Испарение вещества идет примерно с 10% поверхности, причем газ и пыль вырываются в виде мощных струй, которые иногда тянутся на десятки километров. Помимо пыли основным составным элементом кометных ядер, как и ожидали, оказался водяной лед, смешанный с другими летучими соединениями.

Однако обнаружились и различия. Ядра комет Галлея и Борелли имеют вытянутую форму и довольно гладкую поверхность, а комета Вильда-2 слегка сплюснута и обладает богатым рельефом. Ее ядро покрыто округлыми впадинами, и по крайней мере некоторые из них являются ударными кратерами. Почти отвесные склоны обрывов без следов осыпания свидетельствуют, что вещество ядра обладает высокой механической прочностью.

У ядра кометы Темпеля-1 есть и гладкие, и довольно изрезанные участки поверхности. Исследователи даже предположили, что оно состоит из нескольких независимых фрагментов с разной историей и химическим составом. Например, в ядре этой кометы разделены струи испаряющегося водяного пара и углекислого газа. В струях водяного пара отсутствует пыль, зато в струях углекислого газа ее много. Половина поверхности покрыта кратерами (как на комете Вильда-2), на другой половине их нет и т. д.

Неожиданные результаты дал анализ пылинок, доставленных на Землю спускаемым аппаратом «Стардаста» – практически все они оказались кристаллическими. Но в межзвездной среде пылинки аморфны. Чтобы кристаллизоваться, они перед попаданием в комету должны были испытать сильный нагрев. Но как сумели объединиться в одно тело прокаленные пылинки и замерзшие газы?

По мнению ученых это доказывает, что перед образованием планет область Солнечной системы (до 50 а. е.) была охвачена бурным перемешиванием. В любом случае, представление о кометах как остатках «первовещества» Солнечной системы уже не кажется таким бесспорным.

 

О наличии в кометах кристаллической пыли ученые знали давно, но трудно было предположить, что в них окажется только кристалличес-кая пыль… Правда, анализ пылинок пока далек от завершения. Исследование кометных ядер со столь близкого расстояния поставило больше вопросов, чем разрешило. Исследования комет безусловно будут продолжены. «Стардаст» перехватил цель у «Дип Импакта»: в 2011 году ему тоже предстоит свидание с кометой Темпеля?1. Ученые рассчитывают увидеть, как изменится за это время рукотворный кратер. А сам «Дип Импакт» летит сейчас к комете Бетина, с которой встретится в 2008 году.

Но самый амбициозный кометный проект современности – космический зонд «Розетта». Он отправился в путь три года назад, чтобы в 2014 году подлететь к комете Чурюмова-Герасименко. В отличие от всех предыдущих миссий, задача «Розетты» – не пролететь мимо, а стать первым искусственным спутником кометы. Кроме того, с «Розет-ты» на комету будет направлен спускаемый аппарат, который определит химический состав и структуру поверхности ядра, а орбитальный модуль построит подробную карту его поверхности.

В конце рассказа стоит упомянуть об аппарате, который для исследования комет не предназначался, но с его помощью их открыто больше, чем каким-либо иным способом. Это космическая гелио-сферная обсерватория SOHO.

Большинство комет, открытых SOHO, – «одноразовые». Аппарат осуществляет непрерывный мониторинг близких окрестностей Солнца и довольно часто отлавливает кометы, которые подлетели к светилу слишком близко. SOHO, можно сказать, регистрирует их умирание. Такие кометы называют «задевающими Солнце». До SOHO их было известно всего несколько штук, и в их число входили рекордсмены яркости – Большая сентябрьская комета 1882 года и комета Икейя-Секи. Теперь благодаря SOHO количество «задевающих» комет перевалило за тысячу. Большая их часть движется примерно по одной и той же орбите. Они называются кометами семейства Кройца и, вероятно, являются остатками разрушившейся большой кометы.

07.01.2009