Светлой памяти главного кометчика Украины Клима Ивановича Чурюмова

14 октября 2016 г. ушёл из жизни главный кометчик Украины, выдающийся украинский астроном, детский писатель, автор свыше 800 публикаций, 4-х монографий и 4-х учебников, первооткрыватель двух комет (Чурюмова – Герасименко и Чурюмова – Солодовникова), член-корреспондент Национальной академии наук Украины Клим Иванович Чурюмов (1937–2016).

Ему посчастливилось стать не только открывателем двух комет, он был свидетелем и участником миссии человека на открытую им комету и первой в истории человечества посадки космического аппарата на поверхность кометы.

Слово «комета» – греческого происхождения. Это название связано с тем, что комета, как правило, обладает очень длинным «хвостом», который, при определённой доле фантазии, можно представить, как длинный клок волос.

Главная часть кометы – это её ядро. Исследования с помощью космических аппаратов (дальше КА) кометы Галлея и кометы Чурюмова – Герасименко (дальше Ч.-Г.) показали, что ядра этих комет – это не сплошной ледяной монолит, а, возможно, некий хрупкий конгломерат плотностью около 0,5 г/(куб. см), что в два раза меньше плотности воды и напоминает смесь грязи (твердых частиц и пыли разных минералов и металлов) со снегом.

Размеры ядер комет – от сотен метров до километров, а массы – до триллионов тонн и более.

Общей особенностью для всех комет является большая вытянутость их орбит, вследствие чего они появляются возле Солнца на сравнительно короткое время, а потом надолго или навсегда исчезают в глубинах космоса.

Из-за вытянутости орбиты (в математике она характеризуется величиной, которая называется эксцентриситетом), кометы условно делятся на короткопериодические с периодом обращения от 3,3 года (комета Энке) до 200 лет, и длиннопериодические с периодом обращения больше 200 лет.

За всю историю человеческой цивилизации зафиксировано около 2000 появлений комет, из них периодических (регулярно приближающихся к Солнцу) по каталогу Б. Марсдена (2003 г.) – 377.

Кометное вещество представляет собой остаток первоначального (протопланетного, протосолнечного) вещества, в отличие от вещества планет и спутников, где оно неоднократно подвергалось расплавлению, сжатию и ударным процессам. Поэтому изучение комет может дать ответ на многие вопросы, связанные с процессом формирования Солнца и планет, что имеет фундаментальное научное и философское значение

Как будет показано ниже, кометы имеют ограниченный срок существования. Поскольку они не исчезли до нашего времени, то должен быть какой-то источник их пополнения. Откуда же берутся эти огромные айсберги или снежные глыбы, которые при приближении к Солнцу стают кометами?

В соответствии с нынешними научными данными поставщиками комет являются два гигантских резервуара космических тел на задворках Солнечной системы – это так называемые пояс Койпера и облако Оорта.

Названия этих резервуаров происходят от фамилий голландских астрономов Дж. Койпера (1905–1973) Я. Оорта (1900–1992), которые в 50-х годах прошлого столетия предположили о существовании этих образований. Сначала это были просто гипотезы, но потом, уже в ХХI столетии, были открыты космические тела из пояса Койпера.

Пояс Койпера находится за самой отдалённой планетой Нептун на расстоянии 30–55 астрономических единиц (1 а. е. – расстояние от Земли до Солнца – 150 млн. км). Как и пояс астероидов, он состоит главным образом из небольших тел, т. е. остатков материи, из которой в своё время образовалась Солнечная система. Однако он шире пояса астероидов примерно в 20 раз и массивнее, по разным оценкам, в 20–200 раз.

Кроме того, он существенно отличается от пояса астероидов по химическому составу. Если астероидный пояс состоит, главным образом, из горных пород и металлов, то пояс Койпера представлен в основном летучими соединениями или льдами – это вода, аммиак, метан и пр.

На ранней стадии формирования Солнечной системы сила тяжести, действие магнитного поля и главным образом давление солнечных лучей способствовали распределению протопланетного вещества на твердую и газовую (легкую) компоненты. При этом произошла так называемая дифференциация этого вещества. Как следствие данного процесса состоялось разделение планет на планеты земной группы с твердой поверхностью (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и газо-жидкие гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).

В 1992 г. был открыт первый объект пояса Койпера. Сейчас их зарегистрировано свыше 1300, среди которых Эрида, карликовая планета, близка по размерам к Плутону (диаметр около 2,4 тыс. км). Считается, что в поясе Койпера находится не менее 70 тыс. объектов диаметром свыше 100 км. Кстати, открытие Эриды в поясе Койпера (2003 г.) вынудило астрономов принять новую классификацию космических тел.

В 2006 г. 26-я Ассамблея Международного Астрономического Союза внесла предложение классифицировать космические тела по трём категориям:

1) планеты – достаточно большие тела, которые в состоянии своей гравитацией очистить от малых тел окрестности своей орбиты;

2) малые тела или астероиды, сила тяжести которых недостаточна для формирования шарообразной формы;

3) промежуточные между ними, названные карликовыми планетами.

Плутон, согласно этому распределению, попал в группу карликовых планет и потому был «дисквалифицирован», лишён ранга планеты. Кстати, шаровидную форму приобретают астероиды диаметром около 400 км и больше. В таких телах, при наличии в них лунной концентрации радиоактивных веществ, выделяется достаточное количество тепла для расплавления породы и, как следствие, оформление тела в шар под действием его собственной гравитации.

Другим резервуаром комет считается облако Оорта. Если пояс астероидов и пояс Койпера представляют собой кольцевые образования в плоскости вращения планет (эта плоскость называется эклиптикой), то облако Оорта охватывает Солнечную систему гигантской сферой радиусом от 50 тыс. до 100 тыс. а. е. и более.

Наружные пределы этой сферы простираются до расстояний порядка одного светового года (1 св. г. – расстояние, которое свет при скорости 300 тыс.км/сек. проходит за год, равное 10 триллионам км). Пространство за пределами облака Оорта уже не относится к Солнечной системе. Вероятно, облако Оорта представляет собой остаток, реликт протосолнечной туманности из того далёкого времени, когда эта туманность ещё не сжалась в диск по экватору вращения. Кстати, по этому сценарию эволюционируют также и галактики.

На сегодня известно только одно космическое тело, относящееся к облаку Оорта, – это Седна, открытая в 2003 г. Она является самым удалённым из наблюдаемых в пределах Солнечной системы небесных тел.

Другие представители облака Оорта пока не наблюдались, но многочисленные косвенные данные свидетельствуют о его существовании. В частности, рассчитанные первоначальные орбиты почти параболических комет, а также наличие таких комет, плоскости орбит которых существенно удалены от эклиптики, указывают на то, что эти кометы происходят из облака Оорта.

Вследствие огромной удалённости от Солнца орбиты кометных тел в облаке Оорта неустойчивы. Под воздействием притяжения ближайших звёзд (расстояние до самой близкой звезды составляет 4 св. г.) некоторые объекты из облака Оорта могут «покидать» свои исконные орбиты. Некоторые из них навсегда оставляют Солнечную систему, а другие получают направление движения в сторону Солнца.

Часть из этого небольшого числа аномальных в своём движении тел стают долгопериодическими кометами. Так, например, комета Делавана, наблюдавшаяся в 1914 г., вернётся к Солнцу только через 24 млн. лет.

Под влиянием возмущений, вызванных планетами, часть долгопериодических комет переходят на эллиптические орбиты и становятся периодическими. Таковы многочисленные кометы, относящиеся к семействам Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, орбиты которых контролируются этими планетами-гигантами. Комета Ч.-Г. относится к семье Юпитера, а комета Галлея – к семье·Нептуна.

По мере приближения к Солнцу замёрзшие газы и лёд (или снег) начинают испаряться с поверхности ядра кометы. Поверхностный непрочный слой кометы всё время обновляется: частицы пыли, отрывающиеся от ядра, окружают его довольно яркой удлинённой в сторону хвоста «атмосферой», которую называют головой кометы или комой.

Диаметр головы кометы может превосходить диаметр ядра в сотни тысяч раз, иногда он превосходит диаметр орбиты Луны (около 760 тыс. км). Вокруг головы кометы Галлея спектроскопическими наблюдениями обнаружено водородную корону диаметром до 10 млн. км, что почти в 10 раз превосходит диаметр Солнца.

Водород появляется вследствие разложения водяных паров на водород и кислород под действием солнечного ультрафиолетового излучения. Типичный диаметр области свечения головы кометы в видимом диапазоне спектра составляет, по крайней мере, в 100 раз меньше.

Уже на расстоянии от Солнца, равном радиусу орбиты Сатурна (полтора млрд. км), у кометы можно наблюдать признаки хвоста. Детально природу хвостов комет выяснил русский учёный академик Фёдор Александрович  Бредихин (1831–1904).

Он выделил три основных типа хвостов и объяснил их особенности на основании открытого Пётром Николаевичем Лебедевым (1866–1912) давления света на твёрдые тела и газы. При наличии мелкой пыли (размером около микрона и меньше) и газа сила давления солнечного света превышает силу гравитационного притяжения Солнца, и частицы улетают в противоположном от Солнца направлении.

В пятидесятых годах прошлого столетия с началом космической эры была открыта ещё одна сила, отталкивающая частички пыли и газы от Солнца, – солнечный ветер, поток элементарных частиц (электронов, протонов, ядер атомов химических элементов), которые особенно эффективно увлекают заряженные частички хвоста кометы.

Таким образом, небольшая по космическим масштабам глыба льда или снега, запачканная разными примесями, по мере приближения к Солнцу рождает весь комплекс грандиозного по своим размерам и эффектного явления, называемого кометой. Достаточно сказать, что кометные хвосты иногда тянутся на расстояния, достигающие 150 млн. км, что соответствует расстоянию от Земли до Солнца.

Вещество головы и хвоста комет чрезвычайно разрежено (плотность вещества хвоста в миллиарды раз меньше, чем в атмосфере Земли на высоте 150 км) и постепенно рассеивается в космосе. Недаром астрономы называют кометы «видимым ничто».

Имеются данные наблюдений отрыва частей хвостов и постепенного их рассеяния. Наблюдается постепенное уменьшение яркости периодических комет, что свидетельствует о потере их массы. Известны случаи распада кометных ядер на две, три и больше частей вследствие приближения к Солнцу и по другим причинам.

Так, в 1846 г. комета Биэлы разделилась на две части, которые вскоре совсем пропали, а по орбите этой кометы теперь можно наблюдать поток метеоров.

Само явление метеора – это свечение в верхних слоях атмосферы мелких частиц космического вещества, которое с большой скоростью попадает в атмосферу нашей планеты. В народе это явление называется «падающие звезды». Кстати, с кометой Галлея тоже связывают два метеорных потока, представляющие рассеянное вещество этой кометы. От 240 г. до н. э., то есть с момента, до которого удалось проследить появления этой кометы, её диаметр уменьшился на 1 км, а масса – почти в 2,5 раза.

         Другим ярким примером разрушения кометы, на этот раз гравитационным полем Юпитера, является распад кометы Шумейкера – Леви в 1994 году. Она «имела неосторожность» подойти к Юпитеру слишком близко и была буквально разорвана приливными силами на куски.

Огромные куски кометы, растянувшиеся вдоль её орбиты на 1 млн. км, бомбардировали планету. Кометопад продолжался целую неделю – с 16 по 22 июля. Скорость столкновения с атмосферой планеты достигала 64 км/с, температура в месте ударного взрыва в несколько раз превышала температуру поверхности Солнца (около 6 тыс. град.).

Выброс вещества от удара достигал высоты 3200 км (половины земного радиуса!). Нарушения в структуре радиационных поясов (магнитосферы) Юпитера вызвали интенсивные полярные сияния в его ионосфере.

Иван Дычко, кандидат физико-математических наук, г. Полтава