1. Вид, строение и открытие комет. Кроме больших и малых планет, вокруг Солнца движутся кометы. Яркие кометы (хвостатые звезды) своим необычным видом издавна привлекали внимание людей, внушая многим из них суеверный ужас. От других тел Солнечной системы кометы резко отличаются не только своим видом, но и формой орбит, большими размерами, а также сравнительно быстрым, иногда бурным развитием. Вид комет меняется по мере приближения к Солнцу. Вдали от Солнца комета видна как слабое туманное пятнышко, которое перемещается на фоне звездного неба. Постепенно у кометы развивается хвост, почти всегда направленный от Солнца.
Ежегодно обнаруживают в среднем 6—8 комет. Некоторые из них — это периодические кометы, которые в очередной раз возвращаются к Солнцу. Только самые яркие кометы можно наблюдать невооруженным глазом. Часто кометы открывают любители астрономии, регулярно обозревающие звездное небо в небольшие телескопы.
Основные части кометы: голова, ядро (центральное сгущение) и хвост. Ядра комет по размерам близки небольшим астероидам. Диаметр головы кометы иногда достигает сотен тысяч километров, а хвосты простираются на десятки и сотни миллионов километров. После прохождения перигелия комета начинает постепенно ‘угасать’ и перестает быть видимой даже в самые большие телескопы.
2. Орбиты комет. Чтобы рассчитать по формулам небесной механики орбиту кометы, достаточно определить из наблюдений ее экваториальные координаты, по крайней мере для трех моментов времени. Первоначально вычисленную орбиту, по которой комета приближается к Солнцу, в дальнейшем уточняют на основе новых наблюдений, так как притяжение планет изменяет орбиту. В настоящее время для вычисления орбит комет применяют быстродействующие ЭВМ.
Орбиты большинства комет — сильно вытянутые эллипсы, плоскости которых под разными углами наклонены к плоскости эклиптики. Двигаясь по таким орбитам, кометы в перигелии близко подходят к Солнцу (и к Земле), а в афелии удаляются от него на сотни тысяч астрономических единиц, уходя далеко за пределы орбиты Плутона — последней из известных пока планет.
Кометы, эксцентриситеты орбит которых не очень велики, имеют сравнительно небольшие периоды обращения вокруг Солнца. Самый короткий период — у кометы Энке (3,3 года), наблюдающейся уже на протяжении полутора веков. Неоднократно приближалась к Солнцу и комета Галлея (рис. 63), период обращения которой около 76 лет. Последнее прохождение этой кометы через перигелий (на расстоянии менее 0,6 а. е. от Солнца) было 9 февраля1986 г. Комету Галлея удалось хорошо исследовать не только с Земли, но и с помощью нескольких специально запущенных космических аппаратов. На снимках, переданных с борта АМС ‘Вега-1’, хорошо видно ядро кометы (рис. 64). Оно имеет неправильную форму (с размерами осей 14 и 7 км). От шарообразных небесных тел отличаются и другие малые тела Солнечной системы (некоторые спутники планет-гигантов, небольшие астероиды).
3. Массу кометы можно оценить, наблюдая за возмущениями, которые появляются в ее движении при сближении с планетами. Например, при сближении кометы с Юпитером период ее обращения может резко измениться, а период обращения Юпитера практически остается прежним. Значит, масса кометы во много раз меньше массы Юпитера. Сближения комет с Землей позволили уточнить верхний предел массы комет (10-4 массы Земли).
Вещество кометы сосредоточено в основном в ее ядре, которое, по-видимому, состоит из смеси замерзших газов (среди которых есть аммиак, метан, углекислый газ, азот, циан и др.) и пылинок, металлических и каменных частиц разных размеров. Основные сведения о химическом составе ядер получены из анализа спектров газов, окружающих ядра комет, а также при сближении космических аппаратов с кометами.
Когда комета приближается к Солнцу, ядро постепенно прогревается, из него выделяются газы и пыль, которые окутывают ядро и образуют голову и хвост кометы. Хвост кометы состоит из очень разреженного вещества, сквозь которое даже просвечивают звезды.
Ядро кометы и пыль, входящая в состав головы и хвоста, светят отраженным и рассеянным солнечным светом. Холодное свечение газа (флуоресценция) происходит под воздействием солнечного излучения. При сближении космических аппаратов с ядром кометы Галлея удалось определить по инфракрасному излучению его температуру (100 °С). Ученые сравнивают ядро этой кометы с «мартовским сугробом» (лед с примесью тугоплавких частиц). Ежесуточно из ядра кометы Галлея выбрасывается много пыли, водяного пара, диоксида углерода, атомарного водорода и кислорода. Поверхностный слой обновляется примерно за сутки.
Чем ближе комета подходит к Солнцу, тем больше прогревается ее ядро, а следовательно, возрастает выделение газов и пыли, но одновременно усиливается и световое давление на нее. Поэтому хвост кометы увеличивается и становится все более заметным.
Кроме давления света, на хвосты комет действуют потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем (солнечный ветер). Магнитные поля этих потоков могут сообщать большие ускорения ионам, входящим в состав кометных хвостов и возникающим в них под действием солнечного излучения. От соотношения сил тяготения (притяжение к Солнцу) и отталкивания зависит траектория движения частиц, а значит, и форма кометных хвостов. У массивных частиц силы притяжения преобладают над силами отталкивания. Если силы отталкивания в сотни раз больше сил притяжения, то хвост будет почти точно направлен от Солнца (I тип, по классификации выдающегося русского астрофизика Ф. А. Бредихина, 1831—1904). Небольшая изогнутость кометного хвоста указывает на то, что силы отталкивания лишь в десятки раз превосходят силы притяжения (II тип). Очень изогнутые хвосты (III тип) образуются, когда силы отталкивания примерно равны силам притяжения. Когда силы притяжения больше сил отталкивания (очень крупные пылевые частицы), появляются аномальные хвосты, направленные к Солнцу.
В настоящее время кометы представляют собой уникальные исследовательские объекты в межпланетном пространстве, обеспечивая ценные научные данные о свойствах космической среды на различных расстояниях от Солнца.
Следует подчеркнуть, что столкновение Земли с ядром кометы, а тем более прохождение планеты через хвост кометы, как это имело место в 1910 году, не представляет угрозы для существования нашей планеты. Одной из гипотез является то, что Тунгусский метеорит представлял собой ядро небольшой кометы, столкнувшейся с Землей. Необходимо отметить также событие июля 1994 года, когда произошло столкновение одной из комет с Юпитером (комета Шумейкеров — Леви 9).
В связи с этим, игнорирование потенциальной опасности, связанной с астероидами и кометами, является недопустимым. В настоящее время ученые активно разрабатывают программы по предупреждению опасных сближений и разрабатывают меры защиты от потенциальных угроз.
4. Метеоры и болиды. Метеоры, часто называемые «падающими звездами», привлекают внимание в ясные безлунные ночи. Однако природа этих явлений оставалась загадкой на протяжении веков. Уже давно было известно, что метеоры не имеют ничего общего со звездами.
Если одновременно сфотографировать метеор из двух пунктов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, то из-за параллактического смещения наблюдатели зафиксируют его на фоне различных звезд. Это позволяет определить высоту метеора, зная параллактическое смещение и расстояние между пунктами наблюдения. Также, используя вращающийся сектор перед фотоаппаратом, можно получить на снимке прерывистый след, который помогает определить скорость движущегося тела. Метеор — это вспышка света, вызванная вторжением небольшого космического тела (размером с горошину) в атмосферу Земли со скоростью от 11 до 73 км/с. Высота вспышки (от 120 до 80 км) зависит от массы и скорости метеорного тела. Чем больше эти параметры, тем ярче метеор.
Вторжение крупных метеорных тел вызывает появление очень ярких метеоров, известных как болиды. Они часто имеют вид огненных шаров с светящимися хвостами и даже могут быть видимыми днем.
При движении метеорного тела в атмосфере Земли происходит взаимодействие с молекулами воздуха. Метеор теряет скорость, нагревается, начинает испаряться и, иногда, дробиться. Вокруг него образуется облачко из раскаленных газов. Эти процессы приводят к непрерывному уменьшению массы метеорного тела; практически все метеорные частицы распыляются, не достигая поверхности Земли. Проходя через атмосферу, метеор ионизирует молекулы воздуха, оставляя светящийся след. Ионизированные метеорные следы хорошо реагируют на радиоволны, что позволяет наблюдать метеоры не только визуально, но и с помощью радиолокации.
Ежегодно в определенные ночи можно наблюдать повышенное количество метеоров. Например, в ночи с 12 августа. Если нарисовать видимые пути метеоров на звездную карту, то можно найти маленький участок неба, из которого «вылетают» метеоры. Этот участок называется радиантом. Например, августовские метеоры имеют радиант в созвездии Персея (они также называются Персеидами). Существуют также известные метеорные потоки, например Леониды, которые повторяются каждые 33 года.
Метеоритные потоки возникают, когда Земля пересекается с роем метеорных тел, движущихся примерно по одной орбите. Наблюдения показывают, что эти рои движутся по орбитам уже разрушившихся комет. Таким образом, кометы, распадаясь, порождают метеорные потоки. К примеру, метеорный поток Ориониды порожден кометой Галлея.
Недавние исследования показали, что некоторые астероиды являются ядрами уничтоженных короткопериодических комет.
Молодые любители астрономии активно занимаются наблюдениями метеоров. Они наносят пути метеоров на звездные карты, фотографируют их, определяют высоту и скорость, подсчитывают метеоры в потоках, анализируют спектры и изучают физические свойства. Эти исследования помогают ученым понимать распределение метеорной материи в пространстве и движение атмосферы Земли.
