Кометы

Доклад на тему: «КОМЕТЫ»

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Великие кометы прошлого…………………………………………………….4

2. Строение комет. Физические характеристики и химические свойства…….7

Заключение……………………………………………………………………...11

Список использованной литературы………………………………………..12

Введение

В Солнечной системе есть несколько видов небесных тел. Самое главное – это наша звезда Солнце, кроме нее еще есть восемь планет, вращающихся вокруг светила по своим орбитам, а также имеются и малые тела. К таким телам относятся малые планеты и астероиды, кометы, метеорные тела и межпланетная пыль.

Трудно найти другой такой астрономический объект, как комета, который вызвал бы всеобщий неподдельный интерес. Вид кометы, особенно в телескоп или бинокль, представляет собой удивительное по красоте и в то же время пугающее зрелище.

Кометы – это своеобразные космические айсберги, состоящие из замороженных газов сложного химического состава, водяного льда и тугоплавкого минерального вещества в виде пыли и более крупных фрагментов. Ежегодно открывают 5-7 новых комет и довольно часто один раз в 2-3 года вблизи Земли и Солнца проходит яркая комета с большим хвостом. Кометы интересуют не только астрономов, но и многих других учёных: физиков, химиков, биологов, историков. Постоянно проводятся достаточно сложные и дорогостоящие исследования. Такой живой интерес к этому явлению можно объяснить тем, что кометы – ёмкий и ещё далеко не полностью исследованный источник полезной науке информации.1

Сегодня, исследование малых тел солнечной системы, в том числе комет, является одним из основных научных направлений обсерваторий всего мира.

1. Великие кометы прошлого

Первое письменное упоминание о появлении кометы датируется 2296 годом до нашей эры. Движение кометы по созвездиям тщательно наблюдалось китайскими астрономами. Древним китайцам небо представлялось огромной страной, где яркие планеты были правителями, а звезды - органами власти. Поэтому постоянно перемещающуюся комету древние астрономы считали гонцом, курьером, доставляющим депеши. Считалось, что любое событие на звёздном небе предварялось указом небесного императора, доставляемым кометой-гонцом. Древние люди панически боялись комет, предписывая им многие земные катаклизмы и несчастья: мор, голод, стихийные бедствия.

Что касается «великих» комет, то первой, конечно, следует упомянуть комету 1811 года, о которой писал Лев Толстой в знаменитой эпопее «Война и мир» и появление которой на небе предшествовало началу вторжения Наполеона в Россию. Когда эта комета достигла перигелия (∼1 а.е.), она находилась в околополюсной зоне и была видна от сумерек до рассвета. В течение сентября и октября блеск кометы был сравним с яркостью звезд нулевой и первой величины. В то время комета двигалась по дуге от созвездия Большой Медведицы к созвездию Геркулеса. Комета имела два ярких хвоста: один прямой, а другой сильно изогнутый. Длина хвостов составляла 25°, а ширина изогнутого пылевого хвоста составляла 7°. Комета была видна невооруженным глазом почти девять месяцев.

Другой великой была комета, получившая название Великой кометы марта 1843 года (Great March Comet of 1843). Ее особенность состояла в том, что она прошла буквально по солнечной поверхности, на расстоянии в 120 000 км, что составляет примерно одну десятую диаметра Солнца. Вследствие возбуждения под действием излучения Солнца и отражения солнечного света комета в течение нескольких часов 28 февраля 1843 года была ярче любой кометы, появлявшейся в течение предшествующих семи столетий. Ее яркость в тот момент была более чем в 60 раз больше яркости полной Луны. История свидетельствует, что так близко к Солнцу комета проходила только в 1106 году после Рождества Христова.

К числу других великих комет XIX века относят также комету Донати (C/1858VI) 1858 года, комету 1861 года и комету 1882 года, которая была открыта только вблизи своего перигелия и проникла в глубь солнечной короны на расстояние 430 000 км от солнечной поверхности.2

Список великих комет XX века открывает комета 1910 года, которая была хорошо видна при своем обнаружении на раннем рассвете. Именно поэтому в ее названии сохраняется определение «видимая при дневном свете» – Daylight Comet of 1910 (рисунок 1).

Рисунок 1 – Комета 1910 года по рисунку Сермаси в Мансуре, в Египте. Налево от нее Венера и налево от Венеры — зодиакальный свет.

Интересно, что она была открыта независимо многими наблюдателями, поэтому никому персонально нельзя приписать честь ее открытия. История астрономии сохранила свидетельство, что первыми увидели эту комету шахтеры, работавшие в алмазной шахте в Южной Африке. Первым же астрономом, зафиксировавшим ее появление 17 января 1910 года, был Роберт Иннес из Капской обсерватории Южно-Африканской Республики. В тот момент она находилась на расстоянии в 18 млн км от Солнца. Многие наблюдатели полагали, что эта комета была ярче, чем Венера, то есть имела блеск по крайней мере −5. Комета появилась на южном небе и только впоследствии, когда яркость ее упала, переместилась в северное полушарие.

Комета Галлея, появившаяся несколько месяцев спустя, хотя и более известна мировой общественности, не входит в список великих комет.

Следует только отметить, что комета Икеи–Секи была одной из самых ярких в XX столетии (рисунок 2). Она была видна невооруженным глазом при полном дневном свете, ее яркость в 60 раз больше, чем яркость полной Луны.

Рисунок 2 – Комета Икея-Секи

Хорошим подарком для любителей астрономии явилось появление яркой кометы Хаякутаке в 1996 году. Когда она впервые была обнаружена как объект 10-й звездной величины, никто и не подозревал, что она станет одной из самых ярких комет столетия. Расчет ее орбиты показал, что она должна была подойти очень близко к Земле – на расстояние всего в 15 млн км. С 24 по 26 марта комета двигалась вблизи ручки Ковша (Большой Медведицы) и яркость ее достигла нулевой звездной величины.3

2. Строение комет. Физические характеристики и химические свойства

Кометы состоят из ядра, атмосферы (комы) и хвоста (рисунок 3).  «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.

Рисунок 3 – Строение кометы

Массы комет невелики: они не превышают одной миллионной доли массы Земли. Предполагается, что на больших расстояниях от Солнца, кометы представляют собой голые ядра, точнее 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.

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.4

В последнее десятилетие наши знания о кометах и о процессах, происходящих на них, значительно расширились. Резкому повышению интереса к кометам способствовали подготовка и проведение международного космического эксперимента — полета космических аппаратов к комете Галлея. Целая флотилия космических станций — советские «Вега-1» и «Вега-2», западноевропейская «Джотто», японская «Суисей» (Планета-А) – исследовала комету Галлея. В ходе этих исследований были получены уникальные данные о составе и физических процессах, происходящих на поверхности ядра кометы, впервые с близкого расстояния было сфотографировано ядро кометы. Данные, полученные с космических станций, в основном подтвердили ледяную модель кометного ядра, разрабатываемую Ф. Уипплом с 1950 г. В книге [Comets II, 2005] обсуждаются четыре модели кометного ядра (рисунок 4).

Рисунок 4 – Модели кометных ядер [Comets II, 2005]: а) «конгломерат льдов» [Weissman and Kieffer, 1981]; б) «агрегат фракталов» [Donn and Hughes, 1986]; в) «изначально смерзшийся щебень» [Weissman, 1986]; г) «склеенные льды» [Gombosi and Houpis, 1986]

Общепринятой моделью ядра кометы в настоящее время является ледяная модель. При приближении ядра кометы к Солнцу ледяное ядро нагревается и начинается испарение газов. Процесс сублимации вещества играет большую роль в определении как физических, так и динамических характеристик ядра. В результате сублимации вещества, как уже отмечалось, возникает достаточно плотная газовая и пылевая атмосфера (кома) кометы. Наличие у комет газовой оболочки позволяет изучать химический состав ядер комет спектроскопическим способом. Уже первые спектроскопические наблюдения показали, что спектры комет состоят из непрерывного фона и эмиссионных молекулярных полос. Непрерывный спектр наблюдается, главным образом, в центральной части головы кометы и в пылевых хвостах. Непрерывный спектр обусловлен рассеянием солнечного света частицами пыли на поверхности ядра и в кометной атмосфере.

В моменты сближений комет с Солнцем в спектрах комет отождествлены некоторые металлы: железо Fe, хром Cr, марганец Mn, никель Ni, кобальт Co и ряд других. В работе Дельземме [Delsemme and Miller, 1971] указан примерный процентный химический состав ядра кометы, который воспроизведен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав ядра кометы

Как видно из таблицы 1, кометы состоят из четырех основных элементов: водорода, углерода, азота и кислорода. Для некоторых из них сюда можно добавить серу, обнаруженную в форме молекул S2 в кометах ИРАС — Араки — Олкока, Черниса и Галлея, и в форме сульфида водорода H2S в кометах Остина и Леви.

В 1995 г. была открыта комета Хейла — Боппа. Ее особенностью было достаточно большое, более 40 км в диаметре, ядро. Это обусловило большую газопроизводительность и возможность наблюдения кометы в радиоспектре. Во время наблюдений кометы в радиоспектре были обнаружены восемь новых молекул, ранее не наблюдавшихся в кометах: SO, SO2, H2CS, HC3N, HNCO, NCONH2.

В зависимости от химического состава сублимирующего вещества устанавливаются равновесная температура на поверхности ядра и величина потока сублиманта. В таблице 2 приведены газопроизводительность кометы для различных веществ, определяющих процесс сублимации.

Таблица 2 – Интенсивность сублимации для различных веществ (Z0 – число молекул сублимирующего вещества с единичной площадки, находящейся в подсолнечной точке (местное зенитное расстояние Солнца равно 0°), в единицу времени, T0 – равновесная температура для невращающегося ядра, T1 – средняя эффективная температура для вращающегося ядра, r0 – расстояние, на котором процесс сублимации для данного вещества прекращается)

В работе [Jessberger and Kotthaus, 1991] представлены основные физические характеристики кометного вещества и ядра в целом. Некоторые основные физические характеристики ядра кометы приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Основные физические характеристики кометного ядра

Из­ме­не­ния, про­ис­хо­дя­щие с кометой, в раз­ных точ­ках её ор­би­ты и в те­че­ние жиз­ни, в зна­чительной сте­пе­ни оп­ре­де­ля­ют­ся не­ста­цио­нар­ны­ми про­цес­са­ми те­п­ло­мас­со­пе­ре­но­са в по­рис­том яд­ре и фор­ми­ро­ва­ни­ем не­од­но­род­ной струк­ту­ры по­верх­но­сти, с ко­то­рой про­ис­хо­дит суб­ли­ма­ция.

Ки­не­тическое мо­де­ли­ро­ва­ние этих про­цес­сов по­зво­ли­ло по­лу­чить пред­став­ле­ние о со­стоя­нии га­за в ко­ме. Вбли­зи ядер ак­тив­ных комет те­че­ние га­за в по­лу­сфе­ре, об­ра­щён­ной к Солн­цу, близ­ко к рав­но­вес­но­му, плот­ность га­за бы­ст­ро па­да­ет по ме­ре уда­ле­ния от по­верх­но­сти яд­ра.

Из-за адиа­ба­тического рас­ши­ре­ния га­за в меж­пла­нет­ный ва­ку­ум температура со­став­ля­ет несколько кель­ви­нов на расстоянии от яд­ра около 100 км. В ок­ре­ст­но­сти оси сим­мет­рии об­ра­зу­ет­ся хо­ро­шо вы­ра­жен­ная струя (джет), обусловлен­ная ин­тен­сив­ным вы­но­сом га­за и пы­ли. Та­кую не­рав­но­мер­ность суб­ли­ма­ции с по­верх­но­сти яд­ра мож­но объ­яс­нить те­п­ло­вы­ми де­фор­ма­ция­ми, вы­зы­ваю­щи­ми раз­ло­мы и тре­щи­ны в по­верх­но­ст­ной кор­ке ко­ме­ты.5

Заключение

В отличие от научных миссий на планетах и их спутниках, исследование комет, как кажется на первый взгляд, не несет никакой практической ценности. Колонизировать мечущиеся по солнечной системе ледяные глыбы невозможно. По причине высоких скоростей, эксцентриситета орбит и большого времени обращения добыча полезных ископаемых на кометах, даже если такие ископаемые обнаружатся, пока не представляется возможной.

С другой стороны, кометы – одни из немногих доступных объектов, которые практически не изменились с момента формирования этих небесных тел 4,6 млрд. лет назад. Как астероиды и карликовые планеты, кометы, несмотря на агрессивное воздействие Солнца, являются отличными лабораториями для исследования условий, существовавших в солнечной системе на ранних стадиях ее формирования. Правильное же понимание процессов и хронологии зарождения планетарных систем является фундаментальным для многих разделов астрономии.

Не стоит забывать и то, что кометно-астероидная опасность является одной из актуальных проблем, с которой может столкнуться человечество. Эта тематика также является объектом ряда работ сотрудников обсерваторий. Например, расчеты, проведенные сотрудниками Шамахинской обсерватории, показывают, что частота столкновения комет с Землей составляет около 960 лет. А значит, что изучение комет является важным аспектом космологии.6

Список использованной литературы

1. Добровольский, О. В. Кометы / О. В. Добровольский. М.: Наука, 1966. – С. 13.

2. Bortle J.E. Great Comets in History // Sky and Teleskope. 1997. Vol. 93, № 1. P. 44.

3. Гнедин, Ю. Н. Астрономические наблюдения кометы века: новые, неожиданные результаты // Соросовский образовательный журнал. № 6. 1999. – С. 83.

4. Шустов, Б.М. Астероидно-кометная опасность: мифы и реальность. – М.: Физматлит, 2012. – С. 54-56.

5. Чурюмов, А. И. Фотометрические и структурные особенности кометы Веста / А. И. Чурюмов, А. С. Гулиев. – Киев: Циркуляр, 1981. С. 24-26.

6. Гулиев, А. С. Исследования комет в ШАО за 60 лет // Космология. № 2. 2013. С. 11.