Малые тела Солнечной системы

Малые тела Солнечной системы

Введение

В данном реферате будут рассмотрены малые тела Солнечной системы, такие как астероиды, кометы, метеоры и метеориты. Меня очень заинтересовала эта тема, так как раньше я думала, что в Солнечной системе существуют только лишь планеты, но когда на уроке астрономии нам рассказали о других телах, мне захотелось узнать о них больше. Я посмотрела фильм на эту тему, поискала информацию в различных источниках и пришла к выводу, что это не только любопытно и интересно, не ещё и очень полезно знать!

Все эти тела различны и каждое представляет интерес в отдельности. Кометы, их называют ещё «Хвостатые звёзды», запоминаются в первую очередь по своим хвостам, которые могут иметь разную форму. Наиболее известная и знаменитая комета Галлея, её можно увидеть только один раз на протяжении человеческой жизни.

Так же обращают на себя не малое внимание метеоры. Метеором называется световое явление, возникающее на высоте от 130 до 800 км. А раз в год можно наблюдать целые метеорные потоки или как их ещё называют «метеорные дожди».

И самые интересные, на мой взгляд, тела — это астероиды. Астероидами называют малые планеты Солнечной системы, которые на снимках звёздного неба неотличимы от звёзд. Про них много говорят и пишут в газетах. И многие задаются вопросом, правда ли, что астероиды опасны для Земли и, что при столкновении с ним может наступить конец света? Учёные ведут всевозможные исследования и наблюдения. Наука не стоит на месте. И я думаю, что такую науку как астрономия можно назвать наукой будущего! Я считаю, что она необходима и её нужно изучать как можно больше и глубже.

Астероиды С точки зрения физики астероиды или, как их ещё называют, малые планеты — это плотные и прочные тела, которые на снимках звёздного неба неотличимы от звёзд (большие планеты обладают заметными дисками). По составу и свойствам их можно условно разделить на три группы: каменные, железокаменные и железные. Астероид является холодным телом. Но он, как, например, и Луна, отражает солнечный свет, и поэтому мы можем наблюдать его в виде звездообразного объекта. Отсюда и происходит название «астероид», что в переводе с греческого означает звездообразный. Так как астероиды движутся вокруг Солнца, то их положение по отношению к звёздам постоянно и довольно быстро меняется. По этому первоначальному признаку наблюдатели и открывают астероиды.

Открытие астероидов.

В первую ночь XIX столетия (1 января 1801 г.) Пиацци в Палермо трудолюбиво производил свои систематические измерения координат звезд для составления каталога звездных положений. В следующую ночь, производя для проверки повторные наблюдения, Пиацци заметил, что одна из наблюдавшихся им слабых звездочек (7-й величины) имеет не те координаты, которые он отметил для нее накануне. На третью ночь обнаружилось, что тут нет никакой ошибки, а что эта звездочка медленно движется. Пиацци решил, что он открыл новую комету. Шесть недель тщательно следил он за своим светилом, пока болезнь не свалила его с ног и не прервала наблюдений, из которых сам Пиацци не мог вывести орбиту открытого им светила в пространстве. После болезни Пиацци снова стал просиживать ночами у телескопа, но он уже не мог больше найти свое светило. Так и не завершив до конца свое открытие, Пиацци вынужден был разослать письма другим астрономам с описанием своих наблюдений и с просьбой поискать найденное и утерянное им светило. Наблюдателям помог математик Гаусс. Гаусс тотчас же принялся за вычисления и в ноябре опубликовал уже элементы орбиты планеты, а также и ее положения на небе в будущем, — где планета должна была быть видна с Земли. Вычисления Гаусса показали, что Пиацци открыл не комету, а планету, обращающуюся около Солнца как раз между Марсом и Юпитером. Кому, как не Пиацци, принадлежало первое слово в вопросе о том, как назвать новооткрытого члена семьи планет? И Пиацци пожелал назвать ее Церерой, богиней-покровительницей острова Сицилии во времена римлян. Этим Пиацци отдал дань местности, в которой он успешно вел свою научную работу, и вместе с тем «выдержал стиль», так как взял название планеты из того же сонма богов римской мифологии, из которого в древности были почерпнуты имена других планет. (Астероидам сначала давали имена героев римской и греческой мифологии, а потом открыватель получал право назвать его как угодно, хоть своим именем. Поначалу, имена давали только женские. Лишь астероиды, имеющие необычные орбиты, получали мужские (к примеру, Икар, приближающийся к Солнцу ближе Меркурия). После, и это правило перестало соблюдаться. Получить имена могут не все астероиды, а только те, для которых имеются более или менее надежно высчитанные орбиты. Бывали случаи, когда астероид получал имя спустя десятки лет после открытия. До тех пор, пока орбита не рассчитана, астероиду приписывается порядковый номер, отражающий дату его открытия, например, 1950 DA. Цифры означают год. Первая буква — номер полумесяца в году, в котором был открыт астероид, всего их, следовательно, 24. В приведенном примере, это вторая половина февраля. Вторая буква обозначает порядковый номер астероида в указанном полумесяце, в нашем примере, астероид был открыт первым. В обозначении не используются буквы I и Z, так как полумесяцев 24, а букв — 26. Буква I не используется из-за сходства с единицей. Если же количество астероидов, открытых в течение полумесяца, превысит 24, вновь возвращаются к началу алфавита, приписывая второй букве индекс 2, при следующем возвращении — 3, и т. д. Астероиды иногда открываются сотнями в год. Сведения о ярких астероидах и об условиях их наблюдения можно найти в астрономических календарях.)

Церера была предметом постоянного внимания, и, наблюдая ее путь, астрономы хорошо изучили расположение слабых звезд в окрестностях этого пути. 28 марта 1802 г., недалеко от места, где незадолго перед тем среди звезд виднелась Церера, Ольберс заметил новую звездочку и уже через два часа убедился в ее движении относительно ее соседок. Дело пахло открытием еще одной планеты, и Гаусс снова показал, что это действительно так и есть. Особенно удивительно то, что орбита второй, слабо светящейся планеты оказалась весьма близкой к орбите Цереры. Вторую планету назвали Палладой (эпитет Афины — богини войны, победы, мудрости и науки у греков). На этом открытие астероидов не заканчиваются. После долгих раздумий Ольберс высказал смелую мысль, что-то место Солнечной системы, которое некоторыми предоставлялось для одной лишь планеты, действительно когда-то было занято единственной планетой. Две из них, обнаруженные тут, — по мысли Ольберса, — это ее осколки, образованные некогда какой-то катастрофой. Этих осколков, наверно, даже не два, а много, и есть смысл поискать остальные. Если некогда планета, помещавшаяся между Марсом и Юпитером, разорвалась на куски, то через ту точку пространства, где произошел взрыв, должны пройти орбиты всех полученных осколков. Это — известный закон механики, который должен быть справедлив и тут. Раз так, то чем шарить по большой области неба в поисках новых планет, проще подстерегать их, когда они будут проходить через те точки, где пересеклись орбиты Цереры и Паллады. Три года Ольберс сам терпеливо подстерегал новые планеты в созвездии Девы, где была видна с Земли точка пересечения орбит Цереры и Паллады. Его труд был вознагражден в 1807 г. открытием Весты. Но еще в 1804 г. Гардинг открыл планетку, названную Юноной, в созвездии Кита, где находилась вторая точка пересечения орбит. Таким образом получилось, что орбиты четырех найденных осколков пересеклись почти в одних и тех же точках.

Открытые впоследствии планеты (все там же, между Юпитером и Марсом) совсем не проходят через места, где пересеклись орбиты первых четырех открытых планет. Первоначальное впечатление о правильности предположения Ольберса оказалось основанным на случайном совпадении… Все это выяснилось, впрочем, уже значительно позже, чем Ольберс нашел четвертую планету. Когда уже все, принимавшие участие в открытии этих планет, скончались, пятая планета все еще не попадалась наблюдателям. Только в 1845 г., почти через 40 лет, она была открыта. Открыл ее отставной почтовый чиновник Генке, терпению которого поистине можно изумляться. 15 долгих лет, из вечера в вечер, он разыскивал попутчиков Цереры и ее товарок, и каждый новый вечер, приносивший разочарование, не ослаблял его энтузиазма. Через два года после первого успеха он открыл еще планету, и вскоре затем открытия подобных планет стали производиться непрерывно. Все планеты, обнаруженные между орбитами Марса и Юпитера, получили общее название малых планет или астероидов, что в переводе с греческого означает «звездоподобные». Действительно, даже в самые сильные телескопы эти планеты выглядят как звездочки, так они малы.

Самый большой — Церера имеет около 1000 км в поперечнике и по объему во столько раз меньше Луны, во сколько раз Луна меньше Земли. У Паллады диаметр около 600 км, у Юноны около 250 км и у Весты около 540 км. Только у них, и то с помощью величайших в мире рефракторов, можно заметить крошечный диск. Их поперечники можно измерить, но никаких подробностей на них рассмотреть нельзя.

Чем меньше астероиды по размерам и чем меньше их блеск, тем больше оказывается их число, и потому с течением времени открывают астероиды все менее и менее яркие. Например, наибольшее число открытых в 1930 г. астероидов падает на 14-ю звездную величину, а в 1938 г. оно приблизилось уже к 15-й звездной величине.

Размер и масса астероидов в той или иной мере пропорциональны их блеску (приведенному к условиям одинакового расстояния от Земли и Солнца), поэтому распределение астероидов по их, как говорят, «абсолютному блеску» (т. е. блеску, который имел бы астероид на расстоянии одной астрономической единицы от Земли и от Солнца) характеризует распределение их и по массе (если принять, что их отражательная способность одинакова).

Изучая астероиды, ученые надеются побольше узнать о том материале, из которого образовались планеты. Из всех небесных тел только астероиды и кометы способны воздействовать на Землю, грозя ей катастрофой. Однако вероятность того, что подобная вещь может действительно случиться, очень мала. Значительная часть человечества подвергается гораздо большему риску из-за землетрясений, извержений вулканов, болезней и голода.

Главный пояс астероидов Когда формировался протопланетный диск, он имел неравномерную плотность. Ближе к центру он был разреженным, потом шёл плотный участок, а край снова был разреженный. Поэтому расстояния между планетами получились разными: чем ближе к Солнцу, тем теснее расположены планеты. Эту закономерность ещё в 18 в. обнаружили немецкие астрономы И. Д. Тициус и И. Э. Боде. Вскоре после этого был открыт Уран, расположение которого согласовывалось с их правилом. Единственное, с чем правило не сходилось, — слишком большое пустое пространство между Марсом и Юпитером. Там должна была находиться ещё одна планета, а её не было.

И вот в 1801 г. Итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746−1826) открыл в этом пустом поясе небольшое тело, которое назвали астероидом, то есть «звёздоподобным». Астероиду дали имя Церера. Орбита его отвечала соотношению Тициуса-Боде. В 1802 г. немецкий астроном Г. В. Ольберс открыл примерно на том же расстоянии от Солнца ещё один астероид — Палладу, а дальше открытия посыпались, как из рога изобилия. Оказалось, что между Марсом и Юпитером расположился целый пояс малых планет. Сейчас их известно несколько тысяч. Кроме крупных обломков пояс астероидов содержит много мелких, от десятков метров до миллиметра. Орбиты астероидов не такие правильные, как планетные, они значительно выходят за плоскость эклиптики, многие сильно вытянуты, так что время от времени астероиды пролетают довольно близко от Земли.

Крупнейшим астероидом является Церера (диаметр 900 км), далее идёт Паллада с диаметром примерно 520 км. Всего известно 26 малых планет с диаметром более 200 км и 73 с диаметром более 150 км. А вообще по данным на 2000 г. всего известно около 10 000 астероидов. При открытии астероидов им сначала присваивают номера: первые четыре цифры — это год открытия, а буквы обозначают класс по химическому составу.

Формы астероидов могут быть различными, крупные астероиды бывают круглыми, сферическими, а иногда и гантелеобразными. Приблизительно 17% астероидов имеют спутники. Современные исследования показали, что астероиды различают по химическому составу, поэтому говорят о каменных, углистых и металлических астероидах.

Большинство астероидов расположено между орбитами планет Марс и Юпитер (в основном на расстоянии от 2,2 до 3,6 а.е. от Солнца) — это Главный пояс астероидов. Но известны и астероиды, орбиты которых выходят далеко за пределы главного пояса, например Гидальго или Икар, последний входит даже внутрь орбиты Меркурия и пролетает между Меркурием и Солнцем (именно за полёт к Солнцу он получил название в честь героя греческого мифа).

Фаэтон.

Уже Ольберс предположил, что астероиды между Марсом и Юпитером представляют собой обломки распавшейся планеты. Гипотетическую планету назвали Фаэтоном — по имени героя древнегреческого мифа, который погиб, попытавшись проехать по небу в колеснице своего отца, Гелиоса-Солнца. Колесница разбилась на множество маленьких кусочков. Согласно гипотезе Ольберса, под действием сил притяжения со стороны Солнца и планет-гигантов или вследствие столкновения с большим небесным телом Фаэтон распался на множество кусочков, продолживших движение по орбите погибшей планеты. Увы, эта красивая гипотеза не выдержала проверку временем и была отвергнута учеными последующих поколений: астероидный пояс — не остатки погибшей, а куски несформировавшейся планеты. По каким-то причинам в период формирования планет Солнечной системы из протопланетного облака они не сошлись вместе, и теперь по орбите, где могла бы находиться пятая от Солнца планета, движется рой астероидов.

На орбите Юпитера.

Наряду с астероидами Главного пояса, в 1907 г. были открыты астероиды, движущиеся вокруг Солнца по орбитам, близким к орбите Юпитера. Причём эти астероиды можно разделить на две группы: двигающиеся впереди Юпитера и за ним. Все астероиды этих групп получили название «троянцы» — в честь героев Троянской войны, описанной в поэмах Гомера. Те, которые опережают Юпитер, получили название «греки» и носят имена героев греческого войска (Ахилл, Патрокл, Нестор, Агамемнон и др.). А двигающиеся позади Юпитера астероиды называются «собственно троянцы» (Гектор, Приам и др.). Юпитер, «греки» и «троянцы» делят орбиту Юпитера на три примерно равные части: расстояние от планеты до группы «греков» равно расстоянию от «греков» до «троянцев» и от «троянцев» до Юпитера. «Греки» никогда не настигнут своих врагов, а «троянцы» никогда не укроются от грозных воинов в спасительной близости Юпитера.

Пояс Койпера и облако Оорта.

В Солнечной системе существует ещё один пояс астероидов, помимо того, который расположен между орбитами Марса и Юпитера. На окраине Солнечной системы, за орбитой Нептуна, находится второй пояс астероидов — так называемый пояс Койпера, получивший имя в честь американского астронома Джерарда Койпера (1905;1973), высказавшего в 1951 г. гипотезу о его существовании. Пояс Койпера, состоящий из астероидов и ядер комет, является источником короткопериодических (с оборотом вокруг Солнца менее 200 лет) комет, он расположен на расстоянии 35 000 — 50 000 а.е. от Солнца.

Однако поясом Койпера Солнечная система не кончается. За орбитой Плутона, на внешней границе Солнечной системы, находится обширный пояс некрупных холодных тел, очевидно, так же, как и пояс Койпера, представляющий собой остатки протопланетного облака. Этот пояс называют облаком Оорта — в честь нидерландского астронома Я. Х. Оорта (1900;1992). В 1950 г. он высказал гипотезу о существовании на периферии Солнечной системы большого резервуара кометных тел — облака, простирающегося на расстояние около 150 000 а.е. от Солнца. Возмущения от ближайших к Солнцу звёзд имеют орбиты некоторых комет, заставляя их приблизиться к Солнцу. Эти долгопериодические (обращающиеся вокруг Солнца с периодом более 200 лет) кометы становятся доступными наблюдению. Недавно внутри облака Оорта было обнаружено несколько сравнительно массивных планетоподобных тел, но, поскольку они уступают размерам Плутона, их не стали включать в число планет.

Типы астероидов

Кометы. Свойства комет Особое место среди малых тел Солнечной системы занимают кометы — небесные тела, движущиеся вокруг Солнца по очень вытянутым орбитам. С приближением к Солнцу лёд тает и у комет образуется огромный газовый хвост. Хвост возникает за счёт того, что ядро кометы под действием солнечных лучей начинает кипеть и испаряться, поскольку состоит из водяного льда с примесью пыли. Выкипающее вещество сдувается с ядра солнечным ветром, поэтому хвост направлен от Солнца, а не вдоль траектории движения кометы, так что иногда хвост движется даже перед кометой! Обычно, облетев солнце, кометы возвращаются на границы солнечной системы. Периодические кометы через определённый промежуток времени снова приближаются к Солнцу, их появление можно предсказать — например, знаменитая комета Галлея (названа в честь своего первооткрывателя, английского астронома Э. Галлея), которую наблюдали ещё до нашей эры, появляется раз в 76 лет. Комета Галлея стала первой из класса периодических комет.

Периодические кометы движутся по менее вытянутым эллиптическим орбитам и имеют совсем иные характеристики. Из 40 комет, наблюдавшихся более одного раза, 35 имеют орбиты, наклоненные меньше, чем на 45є к плоскости эклиптики. Только комета Галлея имеет орбиту с наклонением, большим 90є и, следовательно, движется в обратном направлении. Среди короткопериодических (т.е. имеющих периоды 3−10 лет) комет выделяется «семейство Юпитера» большая группа комет, афелии которых удалены от Солнца на такое же расстояние, как отбита Юпитера. Предполагается, что «семейство юпитера» образовалось в результате захвата планетой комет, которые двигались ранее по более вытянутым орбитам. В зависимости от взаимного расположения Юпитера и кометы эксцентриситет кометной орбиты может, как возрастать, так и уменьшаться. В первом случае происходит увеличение периода или даже переход на гиперболическую орбиту и потеря кометы Солнечной системой, во втором — уменьшение периода.

Орбиты периодических комет подвержены очень заметным изменениям. Иногда комета проходит вблизи Земли несколько раз, а потом притяжением планет-гигантов отбрасывается на более удалённую орбиту и становится ненаблюдаемой. В других случаях, наоборот, комета, ранее никогда не наблюдавшаяся, становится видимой из-за того, что она прошла вблизи Юпитера или Сатурна и резко изменила орбиту. Кроме подобных резких изменений, известных лишь для ограниченного числа объектов, орбиты всех комет испытывают постепенные изменения.

Изменения орбит не являются единственной возможной причиной исчезновения комет. Достоверно установлено, что кометы быстро разрушаются. Яркость короткопериодических комет ослабевает со временем, а в некоторых случаях процесс разрушения наблюдался почти непосредственно. Классическим примером является комета Биэли. Она была открыта в 1772 году и наблюдалась в 1813 г., 1826 г., 1832 г. В 1845 году размеры кометы оказались увеличенными, а в январе 1846 года наблюдатели с удивлением обнаружили две очень близкие кометы вместо одной. Били вычислены относительные движения обеих комет, и оказалось, что комета Биэли разделилась на две ещё около года назад, но вначале компоненты проектировались один на другой, и разделение было замечено не сразу. Комета Биэли наблюдалась ещё один раз, причём один компонент много слабее другого, и больше её найти не удалось. Зато неоднократно наблюдался метеорный поток, орбита которого совпадала с орбитой кометы Биэли.

При решении вопроса о происхождении комет нельзя обойтись без знания химического состава вещества, из которого сложено кометное ядро. Казалось бы, что может быть проще? Нужно сфотографировать побольше спектров комет, расшифровать их — и химический состав кометных ядер нам сразу же станет известным. Однако дело обстоит не так просто, как кажется на первый взгляд. Спектр фотометрического ядра может быть просто отражённым солнечным или эмиссионным молекулярным спектром. Отражённый солнечный спектр является непрерывным и ничего не сообщает о химическом составе той области, от которой он отразился — ядра или пылевой атмосферы, окружающей ядро. Эмиссионный газовый спектр несёт информацию о химическом составе газовой атмосферы, окружающей ядро, и тоже ничего не говорит нам о химическом составе поверхностного слоя ядра, так как излучающие в видимой области молекулы, такие как C2, CN, CH, MH, OH и др., являются вторичными, дочерними молекулами — «обломками» более сложных молекул или молекулярных комплексов, из которых складывается кометное ядро. Эти сложные родительские молекулы, испаряясь в околоядерное пространство, быстро подвергаются разрушительному действию солнечного ветра и фотонов или распадаются, или диссоциируются на более простых молекулах, эмиссионные спектры которых и удаётся наблюдать от комет. Сами родительские молекулы дают непрерывный спектр.

Но бывают кометы и непериодические — они улетают и не возвращаются, а некоторые падают на Солнце и сгорают. Хвост кометы можно наблюдать только в тёмную ночь. Ядро выглядит как более или менее яркая звезда, которая за несколько дней пересекает небо.

В Солнечной системе, по-видимому, сотни миллиардов комет, но лишь немногие доступны наблюдению с Земли. Редкое и необычное зрелище, кометы издавна привлекали внимание людей. В древности их появление считали дурным предзнаменованием. В наши дни обнаружение комет популярно у астрономов-любителей; комету называют в честь первооткрывателей.

Исследование комет Проект «Вега» был одним из самых сложных в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трёх частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов, изучение динамика атмосферы Венеры посредствам аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу с другой планеты), пролёт через газопылевую атмосферу (кому) и плазменную оболочку кометы Галлея.

Автоматическая межпланетная станция «Вега-1» стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984 г. Через 6 дней за ней последовала «Вега-2». Курс был взят на планету Венера. В июне 1985 г. Они друг за другом прошли вблизи Венеры. Перед пролетом планеты от них отделились спускаемые аппараты, которые вошли на второй космической скорости, а атмосферу Венеры, и каждый из них разделился на две части — посадочный аппарат и аэростатный зонд. С помощью посадочного аппарата была проведена серия экспериментов по исследованию атмосферы и поверхности планеты. Аэростатные зонды дрейфовали на высоте около 54 километров, и в течение двух суток их перемещение фиксировалось сетью наземных радиотелескопов. Успешно были выполнены первые две части программы, посвященные исследованиям Венеры.

Но самой интересной была все же третья часть проекта-исследования кометы Галлея. Это небесное тело оставило глубокий след в памяти человечества, на протяжении 2-х тысячелетий около тридцати раз приблизившись к Солнцу. А, начиная со смелой гипотезы, выдвинутой Э. Галлеем, оно было объектом систематических исследований в астрономии. Неумолимой логикой космической эры и кометы должны были стать объектами прямых исследований. Космическим аппаратом впервые предстояло «увидеть» ядро кометы, неуловимое для наземных телескопов. Встреча «Веги-1» с кометой произошло 6 марта, а «Веги-2» — 9 марта 1986 г. Они прошли на расстоянии 8900 8000 километров от её ядра.

Проект был осуществлён при широкой международной кооперации и с участием научных организаций многих стран.

К комете Галлея кроме «Веги-1» и «Веги-2», к ней направились и другие космические аппараты — «Джотто», снаряженный Европейским космическим агентством, и два маленьких японских аппарата «Суисей» («Комета») и «Сакигаке» («Пионер»).

Возрос интерес к кометным исследованиям. За последние 20 лет СССР и США направили к планетам более 30 межпланетных автоматических станций. Их полёты расширяли представления о планетах и их спутниках. Но пришла пора вспомнить и о других членах семьи, в частности о кометах.

Кометы — это гости, прибывшие с очень далеких окраин Солнечной системы. Предполагается, что около 100 млрд. комет постоянно находятся в кометном облаке, окружающем Солнце на расстоянии, в 10 тысяч раз больше, чем от Солнца до Земли. Судьба их различна. Большинство их остаётся миллиарды лет, некоторые покидают Солнечную систему, а некоторые переходят, а её внутреннюю часть и даже попадают на орбиты с относительно небольшим периодом, подобно комете Галлея.

Кометное облако, по-видимому, образовалось вместе с Солнечной системой. В этом случае, исследуя вещество комет, мы получим сведения о первичном материале, из которого 4,5 миллиарда лет назад сформировались планеты и спутники.

В свойствах комет много загадочного. Кометы становятся хорошо видимыми, когда они приближаются к Солнцу на расстоянии, примерно втрое большее, чем радиус земной орбиты. Она в начале выглядит как круглое светлое пятнышко (голова или кома), потом в сторону от Солнца вытягивается хвост. В самом центре головы находится невидимое тело, которое называется ядро. В ядре сосредоточена вся масса кометы. Главной особенностью ядра является то, что оно содержит много «летучего», то есть легкоиспаряющегося вещества. Это обычный водный лёд с вкраплением других молекул. Летучий материал перемешан с тугоплавкими частицами — силикатными, углистыми, металлическими. По мере приближения к Солнцу испарение льда идёт все сильнее и сильнее, потоки газа покидают ядро, увлекая за собой пыль. Как будто бы многое ясно, но до сих пор не было ответа на главный вопрос — какова физическая структура ядра кометы, единое ли это тело, рой из многих тел, связанных тяготением или просто летящих рядом. Ученые отдавали предпочтения первой модели, но не было оснований решительно отвергать и другие.

Поэтому самой важной задачей в проекте «Вега» было исследование физических характеристик ядра кометы. Кометные ядра наблюдались ранее с Земли, но только как звёздообразные объекты (далеко за орбитой Юпитера, когда активность отсутствует), да и таких наблюдений очень мало.

В проекте «Вега» впервые ядро кометы исследовалось как пространственно разрешенный объект, определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристика поверхностного слоя.

Мы не имели, и долго ещё не будем иметь технической возможности совершить посадку аппарата на ядро кометы. Слишком велики скорости встречи — в случае кометы Галлея это 78 кмс. Опасно и пролетать на слишком близком расстоянии, так как кометная пыль очень опасна для космического аппарата. Расстояние пролета чуть меньше 10 000 км было выбрано с учетом существовавших ранее представлений о количественных характеристик кометной пыли. Использовалось два подхода: во-первых, дистанционные измерения при помощи оптических приборов и, во-вторых, прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию, по которой движется аппарат.

Оптические приборы были размещены на специальной платформе, которая поворачивалась во время полета и автоматически отслеживал направление на ядро. Эта платформа была разработана совместно с чехословацкими и советскими специалистами и изготовлена в ЧССР. Три научных эксперимента выполнялись при помощи приборов, установленных на платформе. Один из них — это телевизионная съемка ядра.

Другой прибор — это инфракрасный спектрометр ИКС, при помощи которого одновременно проводилось два разных эксперимента — измерялись поток инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектр инфракрасного излучения внутренних «околоядерных» частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения и её состава.

Итоги исследований ядра кометы Галлея, проведённых при помощи оптических приборов, можно сформулировать следующим образом — это монолитное тело, вытянутое, форма не правильная, размеры 14 км большой оси, около 7 км в поперечнике. Каждые сутки его покидает несколько миллионов тонн водяного пара. Вычисления показывают, что такая «производительность» требует, чтобы испарение шло по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать поверхность ледяного тела. Но вместе с тем приборы, «Веги» установили, что она черная (отражательная способность менее 5%) и горячая (примерно 100 тыс. град. Цельсия).

Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета. Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов — атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и другие). Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу «родительских», то есть входящих непосредственно в состав ядра. По-видимому, среди них главные — вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических.

Вещество ядра, скорее всего, представляет собой так называемый «клатрат», то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого «вкраплены» другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав твердых частиц, которые входили в состав ядра, оказался очень сложным и не однородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. Наконец, есть пылинки, в которых присутствует значительное количество углерода. Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.

В результате экспедиции «Вега» ученые впервые увидели кометное ядро, получили большой объём данных о его составе и физических характеристик. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он несколько напоминает спутники Марса-Фобос и Деймос, но ещё более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана. Гипотеза, предполагает, что кометные ядра образовались сравнительно от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет. Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесекундно.

Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около 1 км/сек., в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением.

В результате возникает гигантское плазменное образование размером около 1 миллиона км. Перед кометой в сверх звуковом потоке солнечной плазы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на ударные волны перед Землёй и другими планетами. Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы могут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других атмосферных объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.

Влияние солнечного ветра Солнечный ветер — непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся приблизительно радиально от Солнца и заполняющий собой Солнечную систему до гелиоцентрический расстояний порядка 100 а.е. Солнечный ветер образуется при газодинамическом расширении солнечной короны в межпланетное пространство.

О взаимодействии солнечного ветра с кометами можно говорить только тогда, когда комета имеет довольно протяжённую и плотную атмосферу. В этом случае атмосфера должна непрерывно расширяться в окружающий межпланетный газ очень низкого давления, поскольку маленькое кометное ядро имеет пренебрежимо малую гравитацию и не может удерживать свою атмосферу в равновесии. Основной причиной возникновения атмосферы является испарение твёрдого вещества, из которого состоит ядро, вследствие его прогревания солнечным излучением. При этом испарение происходит прямо из твёрдого состояния без перехода в жидкую фазу (возгонка). Поскольку кометное ядро почти невидимо при помощи астрономических приборов, то важным представляется построение его теоретических моделей. В настоящее время считается, что ядро — это конгломерат каменистых частиц и замороженной летучей компоненты (это могут быть молекулы CO2, H2O, CH4 и т. п.). В ядре ледяные соли из замороженных газов чередуются с пылевыми слоями. По мере прогревания солнечным излучением газы (типа испаряющегося «сухого» льда) истекают наружу (в окружающий комету вакуум), увлекая за собой облака пыли. В результате ядро кометы является источником газопылевого потока, вытекающего навстречу солнечному ветру.

«Знаменитые» кометы

Когда комета наблюдается впервые, обычно на расстоянии нескольких астрономических единиц от Солнца, она выглядит, как размытая звезда. По мере приближения к Солнцу у кометы обнаруживается хвост, почти всегда направленный от Солнца.

Ежегодно наблюдается около десятка комет, из них 6−7 новых, а 4−5 наблюдавшихся ранее, причем об их повторном появлении известно заранее.

Комета Шумейкеров-Леви 9

Комета, которая врезалась в планету Юпитер в июле 1994 г. Когда эта комета была впервые обнаружена на фотографиях 25 марта 1993 г. Каролин и Юджином Шумейкерами и Дэвидом Леви, она находилась на удлиненной орбите вокруг Юпитера с 2-летним периодом обращения и представляла собой цепочку, состоящую примерно из 20 отдельных фрагментов. Расчеты показали, что она вращалась вокруг Юпитера в течение нескольких десятилетий, но разделилась под действием приливных сил при близком подходе к Юпитеру в июле 1992 г. Эта встреча обусловила и изменение движения фрагментов, вызвав их столкновение с планетой. Они друг за другом ударились о поверхность Юпитера между 16 и 22 июля 1994 г. В результате ударов в атмосфере Юпитера появились большие темные облака, причем в инфракрасном свете были заметны и яркие вспышки. Темные облака наблюдались в течение нескольких месяцев, пока не были рассеяны ветрами и турбулентными движениями.

Комета Галлея

Самая известная из всех периодических комет, которая движется по удлиненной эллиптической орбите вокруг Солнца, возвращаясь к Земле каждые 76 лет. Из исторических записей следует, что комета Галлея наблюдается в течение более 2200 лет. Эдмунд Галлей (1656−1742), в честь которого названа комета, не был ее открывателем, но он был первым, кто понял связь между кометой, которую он наблюдал в 1682 г., и некоторыми другими зарегистрированными появлениями комет, отделенными друг от друга интервалами в 76 лет. Он вычислил орбиты ряда комет, основываясь на недавно опубликованной теории Исаака Ньютона. Заметив подобие орбит комет, наблюдавшихся в 1531, 1607 и 1682 гг., он предсказал возвращение кометы в 1758—1759 гг., которое действительно наблюдалось, но уже после его смерти. Перигелий орбиты кометы Галлея лежит на расстоянии 0,59 а.е. (между орбитами Меркурия и Венеры). Наиболее удаленная точка орбиты находится вне орбиты Нептуна. Орбита наклонена к основной плоскости солнечной системы на 162°, и комета движется по орбите в направлении, противоположном движению планет. Возвращение 1986 г. было очень неблагоприятным для наблюдения с Земли, но космические зонды, запущенные несколькими странами, провели успешные исследования кометы. Ближе всех к комете подошел европейский зонд «Джотто», который 14 марта 1986 г. прошел примерно в 605 км от ее ядра. Советские зонды «Вега-1» и «Вега-2» наблюдали ядро 6 и 9 марта 1986 г. с расстояний 8890 и 8030 км, и собранная ими информация была использована для корректировки курса «Джотто» на последнем участке. Были запущены также два маленьких японских зонда. Результаты наблюдений окончательно подтвердили существование у кометы твердого ядра, вероятно, состоящего из льда и пыли. Оно имеет неправильную удлиненную форму, напоминающую картофелину, размерами 16×8 км. Ядро темное, отражающее только 4% падающего солнечного света. Оно медленно вращается, совершая один оборот за 7,1 суток (с 3,7-суточной прецессией). На обращенной к Солнцу стороне измеренная температура достигала 350 K, что достаточно для таяния льда, и там наблюдались выбросы вещества. С кометой Галлея связаны два метеорных потока (Эта-Аквариды и Ориониды).

Kомета Хиякутаке Большая комета, которая по яркости достигла нулевой величины в марте 1996 г. и образовала хвост, протяженность которого оценивается по крайней мере в 7°. Ее видимая яркость в значительной степени объясняется близостью к Земле — комета прошла от нее на расстоянии менее 15 млн.

Метеориты Метеорит — кусок внеземного вещества, упавший на поверхность Земли; дословно — «камень с неба».

Метеориты — это старейшие из известных минералов (4,5 млрд. лет), поэтому в них должны сохраниться следы процессов, сопровождавших формирование планет. Пока на Землю не были доставлены образцы лунного грунта, метеориты оставались единственными образцами внеземного вещества. Геологи, химики, физики и металлурги собирают и изучают метеориты уже более 200 лет. Из этих исследований возникла наука о метеоритах. Хотя первые сообщения о падении метеоритов появились давно, ученые относились к ним весьма скептически. Разнообразные факты заставили их, в конце концов, поверить в существование метеоритов. В 1800—1803 несколько известных европейских химиков сообщили, что химический состав «метеорных камней» из разных мест падения схож, но отличается от состава земных пород. Наконец, когда в 1803 в Эгле (Франция) разразился ужасный «каменный дождь», усыпавший землю осколками и засвидетельствованный множеством возбужденных очевидцев, Французская академия наук вынуждена была согласиться, что это действительно были «камни с неба». Теперь считается, что метеориты — это фрагменты астероидов и комет.

Метеориты делят на «упавшие» и «найденные». Если человек видел, как метеорит падал сквозь атмосферу и затем действительно обнаружил его на земле (событие редкое), то такой метеорит называют «упавшим». Если же он был найден случайно и опознан, что типично для железных метеоритов, то его называют «найденным». Метеоритам дают имена по названиям мест, где их нашли. В некоторых случаях обнаруживается не один, а несколько осколков. Например, после метеоритного дождя 1912 в Холбруке (шт. Аризона) было собрано более 20 тыс. фрагментов.

Типы метеоритов.

Встречаются метеориты из различного вещества. Некоторые в основном состоят из сплава железа и никеля, содержащего до 40% никеля. Среди упавших метеоритов всего 5,7% железных, но в коллекциях их доля значительно больше, поскольку они медленнее разрушаются под влиянием воды и ветра, к тому же их легче обнаружить по внешнему виду. Если отполировать срез железного метеорита и слегка протравить кислотой, то часто на нем можно увидеть кристаллический рисунок из пересекающихся полос, образованный сплавами с различным содержанием никеля. Этот рисунок называют «видманштеттеновы фигуры» в честь А. Видманштеттена (1754−1849), первым наблюдавшего их в 1808.

Каменные метеориты подразделяют на две большие группы: хондриты и ахондриты. Наиболее часто встречаются хондриты, составляя 84,8% от всех упавших метеоритов. Они содержат округлые зерна миллиметрового размера — хондры; некоторые из метеоритов почти целиком состоят из хондр. В земных породах хондры не найдены, но похожие по размеру стекловидные зерна обнаружены в лунном грунте. Химики тщательно изучили их, поскольку химический состав хондр, вероятно, представляет первичное вещество Солнечной системы. Этот стандартный состав называют «космическим обилием элементов». В хондритах определенного типа, содержащих до 3% углерода и 20% воды, усиленно искали признаки биологического вещества, но ни в этих, ни в других метеоритах не обнаружили никаких признаков живых организмов. Ахондриты лишены хондр и по виду напоминают лунную породу.

Родительские тела метеоритов. Изучение минералогического, химического и изотопного состава метеоритов показало, что они являются осколками более крупных объектов Солнечной системы. Максимальный радиус этих родительских тел оцениваются в 200 км. Примерно такой размер имеют самые крупные астероиды. Оценка основана на скорости остывания железного метеорита, при которой получаются два сплава с никелем, образующие видманштеттеновы фигуры. Каменные метеориты, вероятно, были выбиты с поверхности небольших планет, лишенных атмосферы и покрытых кратерами, как Луна. Космическое излучение разрушило поверхность этих метеоритов так же, как и лунных камней. Тем не менее, химический состав метеоритов и лунных образцов настолько различается, что совершенно очевидно — метеориты прибыли не с Луны. Ученые смогли сфотографировать два метеорита в процессе падения и вычислить по фотографиям их орбиты: оказалось, что эти тела пришли из пояса астероидов. Вероятно, астероиды служат основными источниками метеоритов, хотя некоторые из них могут быть частицами испарившихся комет.

Падение метеоритов Иногда пути малых небесных тел пересекаются с земной орбитой, и странники могут столкнуться с нашей планетой. Небесные тела врезаются в земную атмосферу, но большинство сгорает в ней, не долетев до поверхности, — это так называемые падающие звёзды. Сгорающие полностью называются метеорами, а достигающие Земли — метеоритами. Болиды — яркие метеоры, превосходящие блеском звёзды, — видны даже днём.

Учёные выделяют несколько типов метеоритов: одни состоят из камня, другие из железа и никеля, в-третьих, много углерода. Метеорит может упасть в любую точку земного шара в любое время; крупный способен наделать много бед, и если за всю историю не зафиксировано гибели человека от метеорита, то только потому, что люди недостаточно плотно населяют земную поверхность. Однако встреча Земли с крупным метеоритом может привести к природной катастрофе: учёные считают, что столкновение с небесным телом диаметром около 10 км, происшедшее 65 млн. лет назад, привело к изменению климата и вымиранию динозавров.

До тех пор пока метеорит не достиг Земли, его называют метеороидом. Метеороиды влетают в атмосферу со скоростями от 11 до 30 км/с. На высоте около 100 км из-за трения о воздух метеороид начинает нагреваться; его поверхность раскаляется, и слой толщиной в несколько миллиметров плавится и испаряется. В это время его видно как яркий метеор. Расплавленное и испарившееся вещество непрерывно сносится напором воздуха — это называют абляцией. Иногда под напором воздуха метеор дробится на множество фрагментов. Проходя сквозь атмосферу, он теряет от 10 до 90% начальной массы. Тем не менее, внутреняя часть метеора обычно остается холодной, поскольку не успевает прогреться за те 10 с, что длится падение. Преодолевая сопротивление воздуха, небольшие метеориты к моменту удара о землю существенно снижают скорость полета и углубляются в грунт обычно не более чем на метр, а иногда просто остаются на поверхности. Крупные метеориты тормозятся незначительно и при ударе производят взрыв с образованием кратера, такого, например, как в Аризоне или на Луне. Крупнейшим из найденных метеоритов считается железный метеорит Гоба (Южн. Африка), вес которого оценивается в 60 т. Его никогда не сдвигали с того места, где нашли.

Каждый год несколько метеоритов подбирают сразу после их наблюдавшегося падения. К тому же все больше обнаруживают старых метеоритов. В двух местах на востоке шт. Нью-Мексико, где ветер постоянно выдувает почву, было найдено 90 метеоритов. На поверхности испаряющихся ледников в Антарктиде были обнаружены сотни метеоритов. Недавно упавшие метеориты покрыты остеклованной спекшейся коркой, которая темнее внутренней части. Метеориты представляют большой научный интерес; в большинстве крупных естественно-научных музеев и во многих университетах есть специалисты по метеоритам.

Звёздные дожди Когда астероид или комета распадаются на части, их обломки рассеиваются на прежней орбите. Если её пересекает Земля, происходит так называемый звёздный дождь — массовое падение метеоритов. Звездопады представляют собой незабываемое зрелище: «падающие звезды» словно разлетаются во все стороны из одной точки — радианты.

Не все метеорные дожди имеют равную интенсивность. Они классифицируются в соответствии с зенитным часовым коэффициентом, который определятся как количество метеоров, видимых невооруженным глазом при идеальных условиях, когда радиант находится в зените, или прямо над головой наблюдателя. На практике таких условий не существует, поэтому фактически коэффициент ниже, чем теоретический предел. Метеорные потоки носят названия тех созвездий, где расположен их радиант. Так, метеорный поток с радиантом в созвездии Льва называется Леонидами, а с радиантом в созвездии Дракона — Драконидами.