Министерство транспорта Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации

Реферат: Астрономия

Тема: Основные понятия и характеристики кометы

План

Введение

1. Ядро и хвост кометы

2. Происхождение комет

3. Кометные орбиты

4. Точность определения кометных орбит

5 Причина свечения комет и их химический состав

Заключение

Литература

Введение

Вокруг сияющего света,

Что вечно льет источник дня,

Кружатся легкие кометы,

Как мотыльки среди огня.

Н.А. Морозов

На ночном небе, среди привычных фигур созвездий вдруг появляется яркая новая звезда, окруженная туманной оболочкой и украшенная длинным серебристым хвостом. От ночи к ночи она медленно движется, меняет свой внешний вид. Просияв, несколько недель или дней, слабеет и пропадает среди звезд или исчезает в лучах Солнца.

Это конечно не звезда, а яркая комета. Люди замечали их с незапамятных времен - летописи, исторические хроники, устные сказания донесли до нас сведения об их появлении на небе в самых разных странах света. Яркие кометы - это редкое событие - они появляются три-четыре раза в столетие.

Древние летописцы передают лишь состояние ужаса, которое охватывало наших далеких пращуров перед непонятным явлением. Более спокойные и детальные описания комет, даже некоторые измерения их дошли до нас в записях древних и средневековых астрономов. Но там нет никаких объяснений природы этого явления. Предполагалось, что кометы появлялись неспроста, они предшествовали различным бедствиям, которые обрушивались на людей: войнам, голоду, наводнениям, засухе и т. п. Поскольку в человеческой истории такие испытания не были редкостью, то зачастую, действительно в год, когда появлялась какая-нибудь комета, происходили памятные события. Это еще больше укрепляло в людях убеждение, что кометы проходят достаточно близко от места бедствия.

Современные астрономы и даже любители астрономии, занимающиеся исследованием этих небесных тел, могут рассказать о природе и поведении комет уже довольно много: откуда появляются кометы, чем объясняется их необычный облик и даже предскажут, когда и где можно будет наблюдать какую-нибудь из них.

1. Ядро и хвост кометы

В отличие от мерцающих звезд и четко очерченных планет комета выглядит как туманное светящееся пятнышко. Это пятнышко называют головой кометы. Если кометы очень яркие и их без труда можно наблюдать невооруженным глазом, то они всегда имеют светящиеся длинные хвосты. Именно поэтому их назвали «кометы», что в переводе с греческого языка означает «хвостатые звезды».

Как выглядят слабые кометы, едва различимые глазом или практически невидимые, можно установить, анализируя их фотографии, полученные с помощью больших телескопов. Эти кометы также имеют едва заметные короткие хвостики. Однако все кометы, и яркие, и слабые, когда уходят очень далеко от Солнца, выглядят как едва заметные туманные пятнышки с размытыми краями. Хвосты на таких огромных расстояниях не удается различить даже на фотографиях.

Голова или, как еще называют, кома - самая яркая часть кометы. Внутри ее предполагается твердое ядро.

«Основа» любой кометы - ее ядро - огромный ком космической пыли, камней, замерзших газов и сложных химических соединений, накрепко спаянных космическим холодом. Его размеры по космическим масштабам просто ничтожны - километры или десятки километров. Массы комет невелики: они не превышают одной миллионной доли массы Земли.

Предполагается, что на больших расстояниях от Солнца, кометы представляют собой голые ядра, т.е. глыбы твердого вещества, состоящего из обыкновенного водяного льда и льда из метана и аммиака. В лед вморожены каменные и металлические пылинки и песчинки. При приближении к Солнцу этот очень грязный лед начинает испаряться, создавая вокруг ядра огромную газопылевую оболочку. Под действием давления солнечного света часть газов оболочки отталкивается в сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост. У некоторых комет эти процессы протекают настолько интенсивно, что оболочка и хвост достигают чудовищных размеров. Так, например, диаметр оболочки сверх гигантской кометы Холмса в 1882 году был равен 1,5 миллиона километров, а длина ее хвоста достигала 300 миллионов километров!

Плотность и комы, и особенно хвоста, чрезвычайно мала. Хвост у кометы бывает прямой или изогнутый и направлен от ядра в сторону, противоположную Солнцу. Поэтому когда комета из межпланетного пространства приближается к нашему светилу, то движется она головой вперед, как всякое создание имеющее голову и хвост. А вот когда, обогнув Солнце, комета удаляется от него, то хвост движется впереди головы. Голова и хвост кометы светятся: пылевые частицы просто отражают свет Солнца, а атомы молекул и газов переизлучают поглощенные ими кванты солнечного света. Кометное ядро «превращается» в доступную для наблюдений комету.

Форма и протяженность хвостов различны. У кометы 1843 года хвост имел длину не менее 300 млн. км. (диаметр головы ее составлял 1,5 млн. км., т. е. несколько превышал диаметр Солнца). У большой кометы 1744 года было шесть ярких хвостов. Неоднократно наблюдались кометы, у которых хвост даже не развился с приближением их к Солнцу. Например, «бесхвостой» была довольно странная комета, открытая в 1881 году английским астрономом Деннингом. Она выглядела как дискообразное пятнышко со светящимися точками в центре. Приблизившись к Юпитеру на 24 млн., к Марсу на 9 млн., и к Земле на 6 млн. км., комета подошла на 3 млн. км. к орбите Венеры, а затем повернула назад, уходя к границам Солнечной системы. Комета 1807 года имела два хвоста: один узкий и прямой, направленный в противоположную сторону от Солнца, а второй - расширяющийся веерообразный и изогнутый в начальной части.

Классификацию кометных хвостов предложил в XIX в. замечательный русский астроном Ф.А. Бредихин. Хвосты I типа - прямые, направленные от Солнца. По современным представлениям они образованы ионизированными молекулами кометной атмосферы, которые солнечным ветром уносятся прочь от ядра. Хвосты II типа изогнуты и по отношению к орбите кометы отклоняются назад. Образуются они непрерывно истекающими из ядра частичками пыли. Хвосты III типа - короткие, почти прямые, заметно отклоняющиеся от линии «Солнце - ядро кометы». Такие хвосты образуются при единовременных «извержениях» из ядра целого облака пылинок различных размеров, растягивающихся поэтому в полоску под действием светового давления.

Иногда в хвостах I типа наблюдаются «облачные образования» голубого цвета, покидающие ядро кометы со скоростью около

200 км/с. Бывают «аномальные хвосты », направленные в сторону Солнца. Особенно любопытна в этом отношении непериодическая комета Аренда - Ролана 1957 года: после прохождения через перигелий у нее появился узкий и длинный «аномальный хвост» диаметром около 13 тыс. км. и длиной в миллионы километров. Из него исходило радиоизлучение на волне около 11 м., центр которого находился в нескольких миллионах километров от ядра кометы. Когда по удалении от Солнца хвосты стали уменьшаться, источник радиоизлучения «сошел» с кометной орбиты и стал двигаться радиально от Солнца. Этот вызвавший большие споры «антихвост» или «выброс к Солнцу», кометы Аренда - Ролана был объяснен как видимый с ребра широкий веер пылевых частиц, истекающих из головы кометы.

Интерес ученых к кометам связан главным образом с желанием изучить их состав. Многие полагают, что это - своеобразный “строительный мусор”, оставшийся после образования планет Солнечной системы из первоначального газо-пылевого облака.

Наблюдение комет может дать представление о первичной материи, из которой сформировались их тела, причем эта материя дошла до нас в «законсервированном » виде, сохраняется без изменений, возможно, около 10 миллиардров лет! Благодаря космическому эксперименту ученые впервые увидели кометное ядро, которое оказалось очень похожим на спутники Марса Фобос и Деймос, а также на малые спутники Сатурна и Урана. А это свидетельствует о том, что на заре формирования Солнечной системы кометные ядра могли образовываться в сравнительной близости от Солнца приблизительно в районе между орбитами планет-гигантов Юпитера и Нептуна. В дальнейшем ядра будущих комет могли быть выброшены гравитационным полем планет на окраины Солнечной системы.

Советская астрофизическая станция «Астрон» вела космические наблюдения кометы Галлея (комета названа по имени английского астронома, дипломата и переводчика Эдмунда Галлея) почти восемь месяцев с декабря 1985года по июль 1986 года. Был исследован газовый состав головы кометы, сфотографировано несколько спектров, был получен ответ на вопрос, как быстро теряет свою массу кометное ядро в зависимости от расстояния до Солнца. Оказалось, что каждый раз, когда комета сближается с Солнцем (через каждые 75 лет), ядро кометы теряет 370 миллионов тонн своей массы. Это не так уж много, если учесть, что по современным оценкам масса ядра кометы Галлея составляет примерно 10 миллиардов тонн.

Однако через несколько десятков сближений кометы с Солнцем ее ядро полностью потеряет запас льда и превратится в «высохшую комету», похожую на астероид. Тогда ядро уже не будет иметь светящейся головы и хвоста, а будет выглядеть как очень слабенькая звездочка, найти которую на небе можно будет в очень мощный телескоп.

Комету Веста открыли в 1975 году, когда она была чрезвычайно слаба и абсолютно не представляла интереса для астрономов-любителей. Ее просто не было видно. А когда к марту следующего она «разгорелась» почти до яркости Венеры, выяснилось, что вездесущие средства массовой информации просто «прохлопали» такой лакомый кусочек.

Главными виновниками оказались, конечно, астрономы, не давшие своевременно «пищи для пера» журналистам, умеющим оповестить мир о действительных и мнимых чудесах.

Если триумф кометы Веста прошел так сказать в тени общественного мнения, то одной из ее предшественниц достались и огонь, и вода, и медные трубы, правда, в обратном порядке.

Речь идет о комете Когоутека (1973 год). Предполагалось, что при подходе к Солнцу она по яркости будет конкурировать с кометой Галлея образца 1910 года. Широкая реклама, предшествовавшая появлению кометы, дала импульс к оживлению любительских наблюдений во многих странах.

Но главным было предположение, что комета Когоутека должна столкнуться с Солнцем, К сожалению, многое из того, что ожидалось, не подтвердилось в действительности. Столкновения не произошло, хотя комета сблизилась с Солнцем на очень опасное для себя расстояние, да и прогнозы о яркости оказались слишком оптимистическими. Среди астрономов-любителей и просто людей, возбужденных разговорами о комете Когоутека, наблюдалось полнейшее разочарование.

Однако с точки зрения профессиональных астрономов комета дала неоценимые сведения. Это произошло, прежде всего, благодаря тому, что впервые комету исследовали не только с помощью наземных средств, но и с привлечением космических методов. Была открыта огромная внешняя оболочка кометы, состоящая из нейтрального водорода, размеры которой превышали диаметр Солнца! Трудно себе вообразить, что крошечное кометное ядро способно сформировать такую огромную атмосферу, однако совершенно невидимую с поверхности Земли. Поперечники кометных ядер не превышают десятка километров, а поперечник Солнца составляет 1400 000 километров!

Расположение кометы Когоутека в пространстве было таково, что видна она была лишь вблизи горизонта, да и то очень быстро скрывалась из поля зрения. Решено было наблюдать ее по цепочке: каждая более западная обсерватория вела наблюдения вслед за своей восточной соседкой. Совершенно ясно, что такая цепочка была бы неполной, поэтому программа носила международный характер. В итоге результаты последовательных единичных наблюдений были смонтированы в одну киноленту, просмотр которой выявил динамическую картину «взаимоотношений» головы и хвоста кометы.

2. Происхождение комет

За обозримое прошлое человечества было открыто много комет. Каждая из них имеет свои особенности. На первых порах серьезного изучения комет никому не приходила в голову мысль, что они принадлежат Солнечной системе.

Раньше предполагалось, что таинственные небесные странницы приходят к нам из далеких безвестных глубин межзвездного пространства, совершая удивительное «паломничество». Они подходят к Солнцу на расстояние в несколько десятков или сотен миллионов километров, «приветствуют» его и затем пускаются в обратный путь. При этом, чем дальше кометы уходили от Солнца, тем сильнее ослабевал их блеск, пока совсем не пропадал. Так заканчивался каждый вояж.

Куда направлялись таинственные визитеры: искать ли другие солнца, или возвращались в какой-то давно обжитый «дом», скрытый от нашего взора далекими километрами космических расстояний? Долгое время это оставалось загадкой. Большинство астрономов предполагали, что каждая комета приходит к Солнцу лишь один раз и затем навсегда покидает его окрестности.

Однако эта мысль утвердилась не сазу. Еще Аристотель - могучий авторитет среди научного мира, задумываясь о природе комет, выдвинул гипотезу, что кометы имеют земное происхождение. Они, якобы, порождаются в атмосфере Земли, «висят» на сравнительно небольшой высоте, медленно проплывая по небу.

Удивительно, что точка зрения Аристотеля господствовала около двух тысячелетий, и никакие попытки поколебать ее не давали положительного результата. Хотя некоторые ученые склонны были думать, что кометы все-таки приходят из каких-то далеких, неведомых нам глубин космического пространства. Только в конце XVI века идея Аристотеля была опровергнута.

В конце XVI века астрономы наблюдали яркую комету с двух наблюдательных пунктов, очень удаленных друг от друга. Если бы комета находилась в атмосфере, т.е. недалеко от наблюдателей, то должен был бы наблюдаться параллакс: с одного пункта комета должна быть видна на фоне одних звезд, а с другого - на фоне других. Однако наблюдения показали, что никакого параллакса не было, и, значит, комета находилась гораздо дальше, чем Луна. Земная природа комет была опровергнута, что сделало их еще более таинственными. Одна тайна сменилась другой, еще более заманчивой и недоступной.

У многих астрономов сложилось мнение, что кометы приходят к нам из межзвездных глубин, т.е. не являются членами Солнечной системы. В какой-то момент даже предполагалось, что кометы приходят к Солнцу по прямолинейным траекториям и по таким же прямолинейным траекториям уходят от него.

Трудно сказать, сколько времени продолжалось бы такое положение, если бы не одно важнейшее событие в истории человечества.

Гениальный естествоиспытатель, великий физик и математик Исаак Ньютон завершил выдающийся научный труд, связанный с анализом движения планет вокруг Солнца, и сформулировал закон всемирного тяготения: сила взаимного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату между ними.

Согласно этому закону природы все планеты движутся вокруг Солнца не произвольным образом, а строго по определенным орбитам. Орбиты эти представляют собой замкнутые линии.

Галлей обратился к Ньютону с предложением рассмотреть, как должны двигаться кометы в соответствии с законами всемирного тяготения.

Даже сейчас обработка данных, полученных в результате космического эксперимента и наземных наблюдений, продолжается.

Кометы, которые нам удается наблюдать, приходят к нам с далеких окраин Солнечной системы. По сегодняшним представлениям более 100 миллиардов кометных ядер населяют эти окраины, которые отстоят от Земли в 10 тысяч раз дальше, чем Солнце.

Есть предположение, что кометные ядра образовались в одно время со всей Солнечной системой и поэтому могут являть собой образцы того первичного вещества, из которого впоследствии образовались планеты и их спутники. Свои первозданные свойства ядра могли сохранить благодаря своему «постоянному месту» вдали от Солнца и больших планет, оказывающих огромное влияние на ближайшее окружение.

Гипотезы захвата комет из межзвездного пространства и их вулканического происхождения весьма немирно сосуществовали рядом, не желая уступить друг другу пальму первенства. Однако в 1950 году они были сильно потеснены одной старой идеей в новом оформлении.

Еще в 1932 году один из выдающихся астрономов, Эрнст Эпик, высказал идею о возможной концентрации большого количества облаков кометных и метеоритных тел, «подчиняющихся» Солнцу, несмотря на то, что размещались они на расстоянии четырех световых дней от него.

В 1950 году голландский астроном Ян Оорт, исследуя ряд долгопериодических комет, обнаружил, что их афелии (наиболее удаленные от Солнца точки орбит) концентрируются вблизи границы Солнечной системы. Можно было бы посчитать этот результат малопримечательным, тем более, что количество комет было совсем небольшим - 19. Однако Оорт увидел за этим явление большого масштаба. Он возродил к жизни идею Эпика о хранилище кометных ядер на «задворках» Солнечной системы. Из его исследований вытекало, что зона, оккупированная кометами, простирается в поясе от 30 до 100 тыс. а. е. от Солнца.

Сам Оорт полагал на первых порах, что кометы образовались в процессе взрыва Фаэтона. Взрыв, по его мнению, был настолько силен, что большая часть мелких осколков была заброшена так далеко, что попала под косвенное влияние соседних звезд, да так и осталась на окраинах Солнечной системы.

И хотя красивая гипотеза о Фаэтоне оказалась несостоятельной, идея забрасывания вещества из внутренних областей Солнечной системы во внешние, в дальнейшем получила подтверждение.

Сегодня механизм образования облака Эпика - Оорта выглядит приблизительно так. В эпоху гравитационного «склеивания» планет из газопылевого облака формировалось большое количество сгустков вещества или так называемых зародышей. Однако не все зародыши обрастали веществом с одинаковой скоростью. Некоторые значительно опережали своих ближайших и дальних соседей. Так, будущие планеты-гиганты, не набрав еще массы Земли и Марса, начали проявлять свой агрессивный «характер». Все, что эти планеты не в силах были поглотить, они выталкивали своим гравитационным полем далеко от своих «участков». Главной помехой в этой выталкивающей деятельности было Солнце, старавшееся удержать даже любую мелочь на ее исконных орбитах. Но чем дальше от Солнца формировалась планета-гигант, тем легче ей было проявлять самостоятельность и по-своему вершить судьбы более мелких тел. Поэтому основным поставщиком кометных ядер в облако Эпика - Оорта был Нептун. Поскольку Нептун расположен очень далеко от Солнца, то все его окружение живет в состоянии вечного холода и, следовательно, содержит большое количество летучих веществ, которые не могли удержаться в более близких Солнцу телах. Именно содержание таких веществ и характерно для планет, которые удалось выудить из далекого облака.

Тело, заброшенное Нептуном в облако, существует там до тех пор, пока что-нибудь не уменьшит его скорость обращения вокруг Солнца. Этим «что-нибудь» могли быть возмущения со стороны соседних звезд. Конечно, если возмущение не уменьшит, а увеличит скорость кометного ядра, то ядро может покинуть Солнечную систему навсегда.

Итак, планеты забросали всю периферию Солнечной системы кометными ядрами. Приближаясь к Солнцу, ядра начинают испаряться, обрастают кометами, формируют хвосты.

Описанная вкратце модель Оорта, - разумеется, не окончательно решает вопрос о происхождении комет и, особенно о способах забрасывания их внутрь планетной системы.

3. Кометные орбиты

Согласно результатам исследований Ньютона, кометы движутся либо по эллиптическим, либо по параболическим, либо по гиперболическим орбитам, причем в фокусе каждой орбиты находится Солнце. Фокус кривой - это некоторая точка F , лежащая в плоскости этой кривой. Фокусы у парабол, гипербол и эллипсов расположены вблизи закруглений этих кривых. Очевидно, что у параболы и гиперболы имеется по одной такой точке, в ней и находится Солнце, а у эллипса таких точек две, и Солнце находится в одной из них.

Астрономам достаточно вычислить орбиту кометы, и эта орбита сама «скажет», вернется ли комета к Солнцу, или навсегда покинет его. Если комета окажется параболической или гиперболической, т.е. незамкнутой, то комета, имеющая такую орбиту, уже никогда не вернется. Каждая из них имеет фокус, в котором расположено Солнце, но у них нет конечных значений величины а (большая полуось эллиптической орбиты). Поэтому вместо значения а в случаях параболических и гиперболических кометных орбит используют величину q - расстояние перигелия от Солнца.

Как полагают многие ученые, ядра комет, имеющих параболическую или гиперболическую орбиту, удаляясь от Солнца с все уменьшающейся скоростью, на расстоянии порядка 150 тысяч астрономических единиц от него почти останавливаются. Постепенно там образовался огромный рой, миллиарды кометных ядер - так называемое облако Оорта (по имени голландского ученого А.Оорта, который выдвинул эту гипотезу). Поскольку тяготение Солнца на столь больших расстояниях ничтожно, ядра могут оставаться там почти без движения бесконечно долго. Лишь изредка, испытав гравитационное возмущение, к примеру, от проходящей недалеко звезды, часть ядер в облаке начинает перемещаться, некоторые из них, возможно, в сторону Солнца.

Совсем другое дело, если орбита окажется эллиптической. Поскольку эллипс - линия замкнутая, комета должна обязательно вернуться в ту точку пространства, в которой ее уже наблюдали с Земли.

Сколько же времени нужно комете, движущейся по эллипсу, чтобы сделать один оборот? Это зависит от различных параметров эллипса, в частности от расстояния между его фокусами. Чем меньше это расстояние, тем быстрее комета совершит оборот вокруг Солнца.

Точная форма любого эллипса однозначно определяется величиной а большой его полуоси и значением некоторой величины е - эксцентриситета, характеризующего «степень сплюснутости» эллипса. Эксцентриситет е=0 для окружности, а для эллипса 0<е<1. И чем ближе значение е к 0, тем больше эллипс походит на окружность, а чем ближе его значение к единице, тем больше эллипс сплюснут и вытянут вдоль большой оси. Например, для планетных орбит Солнечной системы е=0,1, и поэтому эти орбиты почти круговые. А для большинства эллиптических кометных орбит е=1 (т. е. эти орбиты представляют собой очень вытянутые эллипсы). Кометы, движущиеся по таким орбитам, в точке наибольшего сближения с Солнцем (перигелии) могут оказываться даже внутри орбиты Меркурия - ближайшей к Солнцу планеты, а в точке наибольшего удаления от Солнца (афелии) - находиться далеко за орбитами планет Солнечной системы.

В астрономии величину а полуоси эллиптической орбиты тела Солнечной системы принято выражать в астрономических единицах (а. е.). Кометы, движущиеся по эллипсам с большими полуосями до 20 а. е., имеют периоды обращения Т<100 (короткопериодиодические кометы). У долгопериодических комет (Т>100 лет) большие полуоси орбит измеряются тысячами астрономических единиц.

В соответствии с одним из законов Кеплера, открытых в начале XVII в., кометы движутся быстрее всего в перигелии, а медленнее - в афелии. Например, для кометы с а=20 000 а. е. скорость в перигелии может составить 600 км./с, а в афелии - 1 см./с.

Для таких комет период обращения вокруг Солнца может составлять миллионы и десятки миллионов лет.

На большой оси эллипса по обе стороны от ее центра симметрично располагаются две точки - фокусы эллипса. В одном из фокусов эллиптической кометной орбиты находится Солнце, под действием притяжения которого движется комета. Расположение кометной орбиты в пространстве определяется прежде всего наклонением i орбиты, т. е. величиной угла наклона плоскости орбиты кометы к плоскости орбиты Земли, или к плоскости эклиптики. При этом говорят, что комета имеет прямое движение, если 0⁰ < i < 90⁰ и обратное, если 90⁰ < i < 180⁰ . Ясно, что при i не равном 0 одна часть кометной орбиты располагается над плоскостью эклиптики, другая - под этой плоскостью, если всю картину рассматривать из северного эклиптикального полупространства (т. е. наблюдать перемещение Земли вокруг Солнца происходящим против часовой стрелки).

Кометная орбита пересекает плоскость эклиптики в точках, называемых узлами орбиты: в одном из них - восходящем - комета из полупространства под плоскостью орбиты Земли «восходит» в полупространство над ней, а в другом - нисходящем - «нисходит» из полупространства над плоскостью эклиптики в полупространство под нею. Прямая, проходящая через Солнце и через узлы орбиты В плоскости эклиптики есть фиксированная прямая линия, проходящая через Солнце и соединяющая так называемые точки весеннего и осеннего равноденствий. Величина одного из углов между этой прямой и пересекающейся с ней в Солнце линией узлов называется долготой восходящего узла орбиты.

Наклонение орбиты i, долгота восходящего узла орбиты ??и долгота перигелия, т.е. величина угла между направлениями от Солнца на восходящий узел и на перигелий, однозначно определяют положение орбиты в пространстве.

Пять элементов орбиты - полностью определяют как форму эллиптической кометной орбиты, так и ее расположение относительно земной орбиты.

4. Точность определения кометных орбит

Для вычисления точного положения кометы в пространстве кроме параметров, описывающих форму орбиты и ее расположение, необходим еще момент Т₀ времени прохождения кометы через перигелий.

Элементы орбиты можно определить, если есть не менее трех наблюдений кометы. И без учета возмущающего действия на комету притяжения со стороны других тел Солнечной системы, задача нахождения этих элементов, в общем, кажется не столь сложной. Если же на практике по нескольким наблюдениям определить орбиту кометы и предвычислить ее эфемериду(т. е. положение ее на небе на период видимости), в следующее возвращение кометы к Солнцу ее можно либо вообще не найти, либо, случайно «переоткрыв» ее, увидеть, что элементы орбиты значительно изменились под влиянием гравитационных возмущений со стороны больших планет Солнечной системы. Дело в том, что вычисленная по нескольким наблюдениям комета без учета возмущений со стороны планет эллиптическая, параболическая или гиперболическая орбита - это так называемая оскулирующая орбита кометы, подчас значительно отличающаяся от реальной, по которой комета движется среди планет Солнечной системы. На практике оскулирующая орбита кометы пересчитывается на все более отдаленные в прошлое моменты времени с постоянным учетом гравитационных возмущений. Процедура пересчета элементов кометной орбиты производится до того момента, когда орбита окажется не подверженной влиянию со стороны больших планет. Такая орбита называется первичной. Первичная орбита кометы, будучи одной из кривых конического сечения (окружность, эллипс, парабола или гипербола), позволяет судить о принадлежности кометы к Солнечной системе. Большинство первичных кометных орбит - эллиптические, т. е. большинство комет - члены нашей Солнечной системы. Но стали ли они членами Солнечной системы, придя из межзвездных пространств, или всегда принадлежали к семейству планет Солнца? В каждом конкретном случае нужно специальное исследование.

Согласно теории движения комет, и среди комет, имеющих гиперболические первичные орбиты, лишь незначительное количество может оказаться «небесными гостьями» из межзвездных глубин: большая часть таких орбит возникла в результате гравитационных возмущений со стороны больших планет Солнечной системы.

Говоря об эллиптических, гиперболических и параболических орбитах, следует иметь в виду два момента.

Во-первых, поскольку эксцентриситет е для эллиптических орбит может принимать любые значения в пределах 0 < е < 1, а для гиперболических - любые больше 1, очевидно, что теоретически допустимо существование бесчисленного количества таких орбит с различными значениями эксцентриситета е^<_>1. Так как для всех параболических орбит е=1, т. е. эксцентриситет е может принимать единственное значение, вероятность возникновения параболической кометной орбиты должна быть исчезающе малой. Тогда можно допустить, что в большинстве случаев установленные для комет параболические орбиты, скорее всего либо очень вытянутые эллипсы, либо гиперболы со значениями эксцентриситета близким к 1.

Во-вторых, элементы кометной орбиты обычно определяются лишь по ничтожно малому отрезку траектории движения кометы в непосредственной близости от Солнца. Поэтому при небольшом количестве наблюдений степень достоверности установления формы орбиты может оказаться невысокой, хотя вычисленная орбита и является наилучшим образом соответствующей наблюдениям среди всех других возможных орбит кометы. В 1976 году польский ученый К. Рудницкий открыл новую комету. Орбита ее, вычисленная американскими специалистами по наблюдениям с 15 по 22 октября 1976 года, была определена как параболическая. По 14 наблюдениям кометы Рудницкого в период с 15 октября по 26 октября того же года польские ученые определили ее орбиту как эллиптическую с периодом обращения, равным 15 годам. Позже по мере присоединения новых наблюдений кометы ее орбита принята опять параболической с новыми значениями элементов, затем - гиперболической, а потом - еще раз параболической. Наконец, по 42 наблюдениям за период с 15 октября по 5 декабря 1976 года орбита кометы Рудницкого окончательно была определена как гиперболическая.

Этот пример может служить иллюстрацией трудностей, с которыми ученые сталкиваются при определении кометной орбиты по малому количеству наблюдений.

5. Причина свечения комет и их химический состав

Во времена Ломоносова еще ничего не было известно о законе изменения блеска комет и тем более об их спектрах. Однако Михаил Васильевич Ломоносов со свойственной ему научной проницательностью охарактеризовал свечение комет с точки зрения, близкой к современной. Он писал: «Комет бледного сияния и хвостов причина недовольно еще изведана, которую я без сомнения в электрической силе полагаю...»

Светись комета только отраженным светом, ее блеск с приближением к Солнцу (после учета изменения ее расстояния от Земли) менялся бы обратно пропорционально квадрату расстояния ее от Солнца. Примерно так и ведет себя блеск ее звездообразного ядра, что согласуется с тем, что оно состоит в основном из твердых кусков, попросту отражающих свет Солнца.

Это подтверждается также и характером спектра ядра. Обычно он является копией солнечного спектра, как и полагается спектру отраженного света. Но когда ядро кометы приближается к Солнцу, то в его спектре появляются яркие линии излучения натрия. В спектре ядра кометы 1882 г., подошедшей чрезвычайно близко к Солнцу, были обнаружены даже яркие линии железа и никеля, пропавшие, когда комета от него удалилась. Потом исчезли и линии натрия. Все это нужно объяснить тем, что твердое ядро кометы, когда оно подходит очень близко к Солнцу, нагревается настолько, что начинает испаряться, превращаясь в раскаленный, светящийся пар. Натрий превращается в пар и светится при меньшей температуре, чем железо, .т. е. на большем расстоянии от Солнца; ближе к нему не выдерживает и железо. Распределение яркости в голове кометы вследствие таких процессов подробно исследовал теоретически Д. О. Мохнач (в Ленинграде).

Блеск головы кометы меняется с приближением к Солнцу значительно быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния, чаще всего примерно как его 3-я или 4-я степень. Это показывает, что свечение (блеск) головы кометы зависит от Солнца, но не является просто отраженным. Очевидно, Солнце возбуждает свечение кометы, но свечение холодное; это свечение возникает не вследствие обращения кометы в раскаленный пар, так как комета светится даже будучи далеко от Солнца, где ее температура должна быть много ниже нуля. Пыль не может дать подобного свечения,-- его могут дать только газы.

Поведение блеска комет все же очень прихотливо, и описанная выше зависимость от расстояния до Солнца меняется не только от кометы к комете, но и у одной кометы на ее пути вокруг Солнца. Это говорит безусловно о неустойчивости кометного ядра, о возможности быстрых изменений на его поверхности. Ярким примером этого является история кометы, открытой чешским астрономом Когоутеком ранней весной 1973 г. В это время она была еще очень далеко от Солнца и поэтому была очень слаба (16-й звездной величины). Но вычисленная вскоре ее орбита оказалась имеющей перигелий очень близко к Солнцу, всего 0,14 а. е. или 21.10^е км. Это очень вдохновило наблюдателей, так как, предполагая, что для нее оправдается закон повышения блеска как четвертая или даже более высокая степень расстояния от Солнца, они ожидали, что комета в декабре и январе станет почти столь же яркой, как Венера, и надеялись изучить ее очень подробно. Однако комета увеличивала блеск очень медленно и в декабре была лишь едва видима глазом, тем более, что наблюдать ее мешал свет зари. Лишь в январе 1974 г. она стала примерно 2 зв. величины и удалось ее изучить инструментами средней силы. Шумиха, поднятая журналистами по поводу этой «кометы века», как они ее назвали, оказалась преждевременной.

Некоторые молекулы кометного газа поглощают солнечный свет, и затем снова его же излучают в той же длине волны. Такое излучение физики называют резонансным. Другие молекулы поглощают энергию Солнца в виде ультрафиолетовых лучей, но излучают их в виде лучей с другой длиной волны, видимых глазу. Такое свечение физики называют флуоресценцией. Пример флуоресценции представляют некоторые вещества на Земле, например, сернистый цинк; «освещенные» невидимыми глазу рентгеновскими лучами в темноте, они от этого светятся видимым светом, часто зеленым или голубым. Теория происхождения таким путем кометных спектров, разработанная в Бельгии Свингсом, подтверждается новейшими детальными наблюдениями.

Спектр головы кометы показывает, что она состоит из молекул, т. е. химических соединений, излучающих не узкие яркие линии, а широкие полосы. Химический состав этих газов удалось выяснить подробнее лишь за последние годы. Оказалось, что голова кометы состоит из молекул углерода (Сз), циана (СК), углеводорода (СН). Недавно были обнаружены гидрид азота, гидроксил (ОН) .

В 1970 г. было произведено первое наблюдение кометы с борта искусственного спутника Земли ОАО-2. С него в ультрафиолетовом свете (не доходящем до Земли вследствие его поглощения в ее атмосфере) было обнаружено, что ядро кометы Та-го -- Сато -- Косака 1969 @ было окружено водородным облаком, которое по размерам было больше, чем Солнце. Огромность этого облака сама по себе не удивила уже астрономов, потому что еще тридцатью годами ранее автор этих строк доказал, что у кометы 1943 г. пары циана составляли оболочку, большую чем Солнце.

Яркость разных полос в спектре у разных комет бывает различна, и в одной и той же комете она меняется с изменением ее расстояния от Солнца, по-видимому, как вследствие изменения пропорции газов, составляющих голову кометы, так и вследствие изменений условий их свечения. Главную роль все же играют всегда углерод и циан, который является, как известно, крайне ядовитым газом и главной составной частью сильного яда -- синильной кислоты.

В спектре головы кометы, кроме ярких полос, присутствует и непрерывный спектр, который, возможно, также принадлежит молекулам газа и не является спектром света, отраженного от Солнца. Однако большинство ученых полагает, что пыль в голове кометы все же должна быть и что из нее же состоят изогнутые хвосты (II типа по классификации Бредихина), так как у них тоже наблюдается непрерывный спектр. Если бы в этом спектре удалось обнаружить и темные линии, имеющиеся в спектре Солнца, наличие пыли в хвостах комет было бы доказанным.

Хвост кометы, когда он широкий и яркий, иногда обнаруживает непрерывный спектр, свидетельствующий о наличии в нем пыли. По большей части, однако, спектр хвоста кометы газовый, обнаруживающий наличие ионизованных углекислоты СО2, окиси углерода СО, молекул азота N2. Как известно, окись углерода СО образуется в печах при неполном сгорании топлива и тоже ядовита, хотя и не так, как циан. Ее называют угарным газом. Вы видите, что на вопрос о химическом составе комет ответить кратко нельзя, так же как, например, на вопрос о содержании большой цирковой программы: состав комет разнообразен, он сложен и в разных частях комет (в ядре, голове и хвосте) различен.

Заключение

В эпоху, когда астрономия как наука переживала период своего младенчества, люди изучали небо невооруженным глазом. Поэтому все открываемые в ту пору «хвостатые звезды» были довольно яркими. Когда на помощь астрономам пришел телескоп (с XVII века), кометы стали открывать чаще. Сначала далекие, слабые кометы обнаруживали случайно, при наблюдении других небесных объектов. Потом появились астрономы, упорно обшаривавшие небо в поисках чего-то нового. Через десятки лет на счету таких наблюдателей оказывалось по 5-10, а иногда и больше открытых ими комет. А после того как телескопы стали доступны большому кругу людей, увлекающихся астрономией, появилась целая армия «охотников за кометами» - бескорыстных и преданных сподвижников науки. Эти любители астрономии внесли огромный вклад в науку о кометах. Так, Ж. Понс, всю свою жизнь прослуживший сторожем на Марсельской обсерватории, открыл за тридцать лет 26 комет (его рекорд держался 165 лет!).

В 1892 году американский ученый Э. Барнард впервые открыл комету на фотопластинке. Это был важный шаг в техническом развитии астрономии, после чего очень скоро фотография окончательно отучила астрономов-профессионалов от визуальных наблюдений. Появившиеся затем новые светосильные фотографические телескопы-фотокамеры оказались очень удобными для поиска слабых небесных объектов. Таким образом, произошло разграничение сфер деятельности между профессионалами и любителями: ученые переключились на фотографический поиск и при этом стали открывать слабые, ранее недоступные для наблюдений объекты. А любители продолжали обшаривать небо с помощью своих скромных телескопов.

Казалось бы, в наше время, когда вводятся в строй все новые и новые фотографические инструменты, любители должны оставаться «не у дел». Но этого не происходит, и число открытий, сделанных любителями, остается весьма значительным. В 1974 году из пяти новых комет две открыты любителями, в 1987 из семнадцати вновь открытых - семь, в 1988 из пятнадцати - четыре, в 1989 из двадцати - шесть, в 1990 из девяти - две, в 1991 «вольные охотники» обнаружили три новых (из девятнадцати). Таким образом, как столетие назад, так и в наши дни, любители по-прежнему обнаруживают 20-40 процентов новых комет. И, по всей видимости, до конца эпохи любительства в астрономии еще далеко.

Литература

Гетман В.С. Внуки солнца: Астероиды, кометы, метеоритные тела. - М.: Наука, 1989.

Емельяненко В.В. Движение почти параболических комет под воздействием малых кометных возмущений // Письма в Астрономический журнал. - 1990. Т.16, №8.

Каймаков Е.А. и др. Кометы на Земле. - Л.: «Знание» РСФСР, 1986.

Ковшун И.Н. И отторгались звезды от неба и падали на землю… - Киев: Наука, 1990.

Кометы и происхождение жизни: сб. статей под ред. С. Понпамперумы; Пер. с англ. Д.Б. Кирпонина, В.В.Рябина - М.: Мир, 1984.

Марочник Л.С. Свидание с кометой. - М.: Наука, 1985.

Мороз О.П. Свидание с кометой. - М.: Сов. Россия, 1983.

Наука и жизнь. - М.: «Пресса», №9, 1992.

9. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о вселенной.-М.:»Наука», 1980