Появление на земном небе яркой, большой кометы — событие сравнительно редкое, случается оно не чаще чем 6—7 раз в столетие. Хотя кометы наблюдают уже много веков, природа этих космических тел таит в себе еще немало загадок. Сейчас, когда яркая комета Когоутека, обогнув Солнце, снова удаляется к границам Солнечной системы, воспользуемся очередной вспышкой всеобщего интереса к кометам и напомним читателям, что знает о них современная астрофизика.
Анатомия кометы
Всякая комета состоит из твердой части, именуемой ядром, и газово-пылевой меняющейся атмосферы. Ядра комет — тела, небольшие по диаметру — не более 1-2 километров. В телескоп они не видны, и лишь косвенные данные позволяют сделать вывод, что масса рядовой кометы вряд ли превышает миллиард (109) тонн. По космическим масштабам это, конечно, очень малая величина.
Кометное ядро вовсе не похоже на исполинский железный или каменный метеорит. Ядра комет — образования рыхлые, представляющие собой смесь различных «льдов» (обычного, водяного льда, а также затвердевших аммиака, метана) и мелких твердых частиц, напоминающих метеорные тела. В сущности, кометное ядро — это огромная загрязненная ледяная глыба, на поверхности которой твердых частиц значительно больше, чем внутри. Эти частицы образуют своеобразный теплозащитный пылевой слой, предохраняющий ядро от быстрого испарения.
Впрочем, термин «испарение» в данном случае не вполне точен. В условиях космического вакуума льды кометного ядра, нагреваемые солнечными лучами, переходят в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Происходит сублимация, или возгонка,— явление, хорошо нам знакомое по испарению сухого льда, которым пользуются продавцы мороженого.
Вдалеке от Солнца, где-нибудь за пределами орбит Нептуна и Плутона, ядро кометы практически лишено атмосферной оболочки, и в этой космической дали обнаружить комету невозможно. Зато с приближением к Солнцу кометное ядро обзаводится атмосферой, правда, совсем непохожей на атмосферу Земли или других планет.
Кометное ядро очень мало, тяготение, им создаваемое, ничтожно, и потому ядро кометы не может удержать стабильную атмосферу. Когда кометное ядро приближается к Солнцу, его льды возгоняются, но вылетевшие из ядра молекулы навсегда покидают комету, устремляясь в сторону, противоположную Солнцу. Так возникают газовые хвосты комет, постоянно обновляемые новыми выбросами из ядра. Иногда эти газовые струи увлекают за собой пылевые частицы из поверхностной, пылевой оболочки ядра. Тогда у кометы образуются пылевые хвосты, столь же непостоянные образования, как и хвосты газовые.
Вдалеке от Солнца ядро приближающейся к нему кометы начинает обволакиваться газовым облачком — комой. Позже кома развивается в газовую голову кометы, у одних комет имеющую параболоидные, а у других — сферические очертания. В головах комет много молекул углерода С2 и циана CN. Замечательно, что, кроме этих молекул, головы комет содержат свободные радикалы, образования, совершенно нестабильные в земных условиях. Ко всему этому примешивается и некоторое количество мелкой твердой пыли, выброшенной ядром.
И еще одна деталь: нередко в головах комет наблюдаются параболические оболочки, окаймляющие ядро, а изредка видны галосы — сферические облака, медленно расширяющиеся от ядра.
Бывают, конечно, и отступления от этого правила. Некоторые из комет не имели, например, газовой головы. Другие по ряду признаков сильно напоминали астероиды, и лишь небольшие нестабильные газовые оболочки заставляли астрономов относить эти объекты к кометам.
Генератор комет: две гипотезы
Кометы — тела недолговечные. С каждым пролетом вблизи Солнца они безвозвратно теряют вещество своего ядра. Подсчитано, что в среднем до своего полного «истощения» комета может совершить не более 100—150 оборотов вокруг Солнца. Иногда комета гибнет, сталкиваясь со встречным метеоритом или распадаясь вблизи Солнца под воздействием его испепеляющего жара. Распавшаяся комета образует метеорный поток — облако мелких твердых частиц, которые при встрече с Землей порождают эффектное зрелище — звездный дождь.
Словом, кометы — тела эфемерные. И в то же время известно, что количество комет в Солнечной системе очень велико. Откуда же на смену распавшимся кометам приходят новые, молодые? Где находится и что представляет собой источник пополнения комет?
Существуют два ответа на этот вопрос, две точки зрения. По гипотезе голландского астронома Оорта, ядра комет — это остаток того протопланетного облака, из которого когда-то возникла планетная система. Их, этих ядер, этих потенциальных комет, особенно много за орбитой Плутона. Под действием возмущений со стороны ближайших звезд они переходят на вытянутые, типичные кометные орбиты. Тогда «потенциальная комета» становится наблюдаемой, и мы фиксируем открытие новой, хвостатой звезды.
Иную гипотезу уже много десятилетий защищает известный советский исследователь комет С. К. Всехсвятский. По его мнению, ядра комет — своеобразные вулканические бомбы, выброшенные при извержениях с поверхности главным образом планет-гигантов и их спутников. Действительно, афелии, то есть самые далекие от Солнца точки орбит, некоторых комет группируются вблизи орбит Юпитера и других планет. Кроме того, есть немало фактов, говорящих о высокой вулканической активности на различных телах Солнечной системы. Все это делает правдоподобной гипотезу извержения, хотя проблему происхождения комет пока отнюдь нельзя считать решенной.
«Видимое ничто»
Именно так часто называют кометы, и в этом в общем-то шутливом названии большая доля правды. Головы кометы по размерам сравнимы с Солнцем, а их хвосты нередко вытягиваются на десятки и сотни миллионов километров. Но средняя плотность кометных атмосфер в миллиарды раз меньше плотности комнатного воздуха. Поэтому при столкновениях с кометным хвостом, что, кстати, было уже не один раз, Земля проходила сквозь него так же легко, как пуля сквозь облако табачного дыма.
Детальное изучение спектров комет привело к выводу, что их свечение вызвано процессами люминесценции (для газовых частей кометы) и отражением солнечного света (для пылевых хвостов и ядра). Явление люминесценции газов широко известно. В частности, свечение стеклянных трубок уличных реклам и ламп дневного света вызвано люминесценцией находящихся в них газов. В трубках и лампах холодное свечение молекул газа порождается ударами электронов, разгоняемых электрическим полем. Что же касается люминесценции комет, то она порождена излучением Солнца — молекулы газов, входящих в состав кометы, поглощают энергию солнечных лучей и тотчас же излучают ее сами без изменения длины световых волн. Такой процесс холодного свечения называется резонансным излучением, или флюоресценцией.
Как показывают наблюдения, газы начинают выделяться из ядра кометы уже на расстоянии 100—300 миллионов километров от Солнца, то есть при сравнительно низких температурах. Молекулы газов под действием солнечного излучения распадаются на более простые и химически неустойчивые молекулы. Этот процесс, объясняющий появление радикалов в головах комет, носит название фотодиссоциации. Так, например, «родительская» молекула дициана (CN)2, вылетевшая из кометного ядра, распадается благодаря фотодиссоциации на две молекулы циана CN. Все эти превращения в итоге сказываются на характере свечения комет, на его спектре.
Немного о хвостах
Хвосты комет можно разделить на три основных типа.
К типу I относят прямолинейные длинные хвосты, иногда искривленные в сторону, обратную движению кометы. В них отталкивательные ускорения частиц (они характеризуют отталкивание частиц солнечным излучением) превосходят ускорение солнечного тяготения α
в десятки и сотни раз.
Хвосты типа II более широкие и яркие, в них иногда наблюдаются поперечные полоски (концевые синхроны), и они значительно искривлены в сторону, обратную движению кометы. В хвостах этого типа частицы движутся в сторону от Солнца значительно спокойнее — их отталкивательное ускорение лежит в пределах от 0,6 · α до 2,2 · α . (Знак рядом с буквой α означает, что данная величина относится к Солнцу.)
К хвостам III типа относятся почти прямолинейные и сравнительно короткие хвосты, отклоненные в сторону, обратную движению кометы, еще больше, чем хвосты II типа. Отталкивательное ускорение в хвостах III типа совсем уже мало — оно лежит в пределах от 0 до 0,3 α .
Хвосты I типа — газовые, состоящие из ионизованных молекул СО+, СО2+ и N2+. выделенных ядром кометы. К этому тип) хвостов и относят особые образования, называемые лучами. Это длинные прямолинейные концы оболочек головы кометы, быстро «запахивающиеся» и сейчас же заменяющиеся другими. Они состоят из молекул СО+, и отталкивательные ускорения достигают в них колоссальных величин, в несколько тысяч раз превышающих α . Такие ускорения одним световым давлением объяснить не удается, и приходится искать иной механизм.
В Межпланетном пространстве с огромными скоростями, достигающими многих тысяч километров в секунду, движутся потоки частиц, выброшенных Солнцем. Эти своеобразные корпускулярные облака в основном состоят из протонов, альфа-частиц и электронов и имеют «вмороженное» в них слабое магнитное поле. Именно взаимодействием с этим магнитным полем можно объяснить огромные отталкивательные ускорения в хвостах комет I типа.
Хвосты II типа в основном состоят из мелких твердых пылинок разного размера и, возможно, отчасти из нейтральных молекул С2 и CN. Расчеты показывают, что в состав хвостов II типа входят пылинки с поперечником порядка 10-5 см и массой (при средней плотности 3,6 г/см3) порядка 10-13 г.
Хвосты III типа (полные синхроны) включают в себя пылинки и осколки диаметром более 10-5 см.
Кроме этих основных типов кометных хвостов, наблюдаются, правда, редко, хвосты аномальные, вытянутые в сторону Солнца. Они состоят из сравнительно крупных твердых частиц, на которые солнечное тяготение действует сильнее, чем отталкивающие силы солнечных лучей.
Существуют ли микрокометы?
В современных кометных каталогах зарегистрированы орбиты и физические параметры сотен комет, но общее количество комет в Солнечной системе, разумеется, несравнимо больше. Очень многие кометы странствуют вдалеке от Земли и Солнца, оставаясь невидимыми для земных наблюдателей. Другие кометы столь малы, что свечение их атмосфер не может быть зафиксировано земными телескопами. Есть основания полагать, что наряду с крупными кометами существуют мелкие и даже мельчайшие, причем чем меньше комета по размерам, тем больше общее количество таких комет. Но тогда получается, что столкновение Земли с микрокометами — событие весьма возможное, тогда как падение на Землю крупного кометного ядра — событие крайне маловероятное. Подтверждают ли факты эти рассуждения?
Утром 8 мая 1970 года в городе Яготине (Киевская область) при спокойной, ясной погоде с неба упала крупная глыба льда. Очевидцы рассказывают, что падение сопровождалось сильным шумом. Врезавшись в черноземную почву переулка имени Артема, глыба раздробилась на зеленоватые осколки, общим весом около 15 килограммов. Местные жители А. И. Ивахно и А. К. Романова собрали часть осколков в стеклянные банки. Оставшийся на земле лед вскоре растаял, а на его месте образовался белый налет, внешне напоминающий поваренную соль. Впоследствии этот след был затоптан прохожими и размыт дождями.
К счастью, судьба подобранных осколков оказалась иной. Зеленоватый лед в банках постепенно таял, издавая резкий, неприятный запах, напоминающий запах сероводорода, аммиака или метана. До конца мая А. И. Ивахно хранила свою находку, а затем не выдержала и выбросила странный лед. А. К. Романова оказалась более терпеливой. Она сохранила в банке примерно 0,1 литра серовато-зеленоватой жидкости, пахнущей стоячим болотом. Когда в начале июня профессор И. С. Астапович, узнав о необыкновенном событии, прибыл в Яготин, А. К. Романова вручила ему сохраненную ею жидкость.
Судя по всему, упавшее тело было небольшим ледяным метеоритом, то есть ядром микрокометы. Предположение о необычно крупной градине отпадает — никакой грозы или грозовой тучи при падении замечено не было. Все очевидцы отмечают, что в это время над городом не пролетал ни один самолет. Значит, ледяная глыба не могла оторваться от самолета, как это случилось несколько лет назад над Домодедовом. Да и состав Яготинской льдины отлично сочетался с современными представлениями о ледяных ядрах комет.
Когда микрокомета сталкивается с Землей, можно иногда, если сильно повезет, наблюдать падение ледяного метеорита. Упав на Землю, он быстро тает, остающийся после него осадок смывается дождями. Вот почему ледяные метеориты находят очень редко. Только когда метеорит замечен людьми сведущими, есть шансы сохранить его для науки, пусть даже в растаявшем виде. Случай в Яготине не единичен. Еще в летописях времен Карла Великого (VI век) сообщается о падениях с неба кусков льда. А в восточных летописях есть сведения о глыбах размером со слона! В 1843 году, по сообщению очевидцев, во Франции упал кусок льда величиной с мельничный жернов. Его топорами разбили на куски, которые таяли под лучами Солнца около трех суток.
В наше время также наблюдались падения ледяных метеоритов. Особенно любопытен один из них, небольшой по величине, упавший в 1955 году в штате Висконсин (США),— его удалось подвергнуть тщательному исследованию. В конце прошлого века русский ученый Ф. Шведов собрал любопытные сведения о редких случаях появления в атмосфере нашей планеты ледяных метеоритов. По его данным, 8 мая 1802 года в Венгрии упала ледяная глыба размером 0,9x0,9x0,6 метра, весившая около 500 килограммов. Совпадение дат для Яготинского и Венгерского ледяных метеоритов профессор И. С. Астапович не считает случайным. Быть может, именно в начале мая Земля, оказываясь на определенном участке своей околосолнечной орбиты, регулярно встречается с метеорным потоком, включающим в себя крупные ледяные глыбы — остатки распавшегося кометного ядра.
Когда микрокомета (или, что то же самое, ледяной метеорит) влетает в земную атмосферу, процесс ее разрушения идет очень быстро. Подсчитано, что до поверхности Земли долетает масса в десятки раз меньше той, которая вторглась в верхние слои атмосферы. Следовательно, первоначальная масса Яготинского ледяного метеорита была, во всяком случае, не меньше 150 килограммов.
Возможно, что ядра больших комет способны пробить толщу земной атмосферы и образовать на поверхности Земли кратер, подобный метеоритному. Однако достоверно ни одного такого случая никогда не наблюдалось — слишком маловероятно подобное событие.
Комета-индикатор
Кометы — удивительно чуткие индикаторы солнечной активности. Когда на Солнце происходит хромосферная вспышка и при этом из района вспышки «выстреливается» в околосолнечное пространство мощный корпускулярный поток, это сказывается и на кометах. Пронизывая комету, корпускулярный поток увеличивает ее яркость. Колебания яркости, все эти неожиданные с первого взгляда вспышки комет, очень хорошо увязываются с колебаниями солнечной активности.
В годы активного Солнца и комет открывается больше, так как в среднем все они в такие годы становятся более яркими. В принципе возможно по колебаниям блеска комет выяснить интенсивность солнечной радиации в разных, подчас весьма далеких частях Солнечной системы. А это, в свою очередь, означает, что с помощью комет возможно оценить степень радиационной опасности для космонавтов в различных районах околосолнечного пространства.
И в заключение несколько слов о последней из комет, приблизившейся к Земле. Она открыта Л. Когоутеком (иногда пишут — Кохоутек). Недавно, в конце декабря прошлого года, комета Когоутека сблизилась с Солнцем, подошла к нему на расстояние около 20 миллионов километров, а затем начала удаляться к границам Солнечной системы. В прошлом столетии, например, в 1882 году, наблюдались кометы, еще более грандиозные, подлетавшие к Солнцу еще ближе, чем комета Когоутека. Но и этот неожиданный визит новой, неизвестной до сих пор кометы оказался очень полезным для астрономии. Современные средства исследования позволили получить о комете обширную информацию, которая наверняка добавит много ценного к нашим знаниям о процессах в Солнечной системе.
Кометная астрономия зародилась в нашей стране благодаря трудам Ф. А. Бредихина (1831—1904) и его последователей.
Ныне советские исследователи комет С. К. Всехсвятский, О. В. Добровольский, В. Г. Рийвес и другие развивают славные традиции школы Бредихина. Недавно на Украине, где работает С. К. Всехсвятский, создана первая в мире специальная кометная обсерватория.
Кометы прочно заняли место в списке астрофизических объектов, которым исследователи Вселенной уделяют серьезное и постоянное внимание.
