Кометы - блуждающие льды космоса - Физика в школе
Главное меню:
статьи
Кометы
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. Изучает кометы наука астрофизика.
Анатомия кометы
Всякая комета состоит из твердой части, именуемой ядром, и газово-пылевого облака. 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 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 преде лами орбит Нептуна и Плутона, ядро кометы практически лишено атмосферной оболочки, и в этой космической дали обнаружить комету невозможно. Зато с приближжением 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 ядра кометы не может удержать стабильную атмосферу. Когда кометное ядро приближается к Солнцу, его возгоняются, но вылетевшие из ядра молекулы навсегда улетают, 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 непостоянны 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.
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 имеют, например, газовой головы. Другие по ряду признаков сильно напоминали астероиды, и лишь небольшие нестабильные газовые оболочки заставляли астрономов относить эти объекты к кометам.
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. Где находится и что представляет собой источник пополнения комет?
Существуют два ответа на этот вопрос, две точки зрения. По гипотезе голландского астронома Орта, 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 выдвинул известный советский исследователь комет С.К. Всехсвятский. По его мнению, ядра комет - это 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.
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 проходит сквозь него так же легко, как пуля сквозь облако табачного дыма.
Детальное изучение спектров комет при спектральном анализе (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.
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 ускорения частиц (они характеризуют отталкивание частиц солнечным излучением) превосходят ускорение солнечного тяготения 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.
К хвостам III типа относятся почти прямолинейные и сравнительно короткие хвосты, отклоняющиеся в сторону, обратную движению кометы, еще больше, чем хвосты II типа. Хвосты I типа — газовые, состоящие из ионизованных молекул СО4-, СО2+ и N2+ выделенных ядром кометы. К этому типу 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 СО2+ и ускорения достигают в них колоссальных величин, в несколько тысяч раз превышающих солнечные. 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 ускорения в хвостах комет I типа.
Кроме этих основных типов кометных хвостов, наблюдаются, правда, редко, хвосты аномальные, вытянутые в сторону Солнца. Они состоят из сравнительно круглых, твердых частиц, на которые солнечное тяготение действует сильнее, чем отталкивающие силы солнечных лучей.
Можно ли поймать комету? Случаи такие встречались. Иногда на земле находят странный зеленоватый лед, при таянии издающий резкий, неприятный запах, напоминающий запах сероводорода, аммиака или метана. Судя по всему, упавшее тело было небольшим ледяным метеоритом.
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 0,9х0,9х0,6 метра, весившая около 500 килограммов. Совпадение дат для Яготинского и Венгерского ледяных метеоритов профессор И. С. Астапович не считает случайным. Быть может, 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
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