Проблема происхождения комет

Поскольку короткопериодические кометы, как показано выше, не могут существовать более нескольких тысяч (десятков тысяч) лет, но в заметном количестве наблюдаются в настоящее время, а непериодические кометы регулярно появляются из удаленных областей Солнечной системы, возникает задача построения теории, объясняющей постоянное проникновение кометных ядер во внутренние области Солнечной системы.

Такая теория в окончательном виде не существует. В качестве основной гипотезы (парадигмы) вводится представление о существовании так называемого облака Оорта — гигантского шарового слоя, содержащего сотни миллиардов (или даже триллионы) ледяных кометных ядер и охватывающего Солнце на расстояниях порядка 50 000 — 200 000 а. е., (возможно, до одного парсека (1 пк = 206 265 а. е.). Кометные ядра здесь движутся по квазикруговым траекториям вокруг Солнца не только в плоскости, близкой к плоскости эклиптики, но и во всевозможных плоскостях. На этих расстояниях от Солнца круговая (первая космическая) скорость составляет порядка 100 м/с. В результате гравитационное воздействие ближайших звезд (здесь расстояние до соседних звезд оказывается того же порядка, что и расстояние до Солнца) может изменить орбиту и направление движения кометного ядра. Часть ядер должна в результате покидать навсегда Солнечную систему. Но другая часть может перенаправляться в ее центральные области. Незначительного импульса может оказаться достаточно, чтобы ядро, направившееся в сторону Солнца, постепенно ускорялось. Оно может пролететь с огромной скоростью вблизи Солнца в виде непериодической либо долгопериодической кометы, а может быть перехвачено гравитацией Юпитера или других планет-гигантов, потерять скорость и выйти на эллиптическую орбиту вокруг Солнца, превратившись в короткопериодическую комету. Именно регулярные появления непериодических либо долгопериодических комет с большими эксцентриситетами орбит и самыми различными ориентациями плоскостей орбит в пространстве (около 10 появлений в год) служат свидетельствами в пользу существования облака Оорта.

Дальнейшая судьба кометы зависит от ее расположения относительно Солнца и планет-гигантов.

Первый вариант эволюции — ускорение за счет гравитации планеты-гиганта и выход на гиперболическую траекторию с последующим покиданием Солнечной системы.

Второй вариант — сравнительно быстрое (за характерное время порядка 10³—10⁵ лет) разрушение во время нахождения на короткопериодической орбите с малым перигелием и превращение в рой метеорных частиц.

Третий вариант — столкновение с какой-либо из планет Солнечной системы до реализации второго варианта. Падение распавшегося на отдельные фрагменты ядра кометы Шумейкеров-Леви-9 наблюдалось в июле 1994 г. Фрагменты размером порядка километра вызывали формирование огненных шаров диаметром порядка 1000 км в атмосфере Юпитера и темных пятен в облачном слое с характерным размером земного шара. В 2009 г. аналогичное расплывающееся темное пятно было также обнаружено в атмосфере (в 2011 г. приведены аргументы в пользу версии о том, что на этот раз с планетой-гигантом столкнулся астероид). Эти наблюдения показывают, что планеты-гиганты могут выступать в качестве эффективных «ловцов комет», перехватывающих кометные ядра, движущиеся из облака Оорта в центральные области Солнечной системы.

Открытие в 2009 г. водяного льда в кратере на полюсе Луны (по итогам спектрального анализа выброшенного из кратера грунта после падения туда последней ступени американской ракеты) подтверждает гипотезу о том, что столкновения с кометами во внутренних областях Солнечной системы могли быть достаточно частыми в прошлом. Во всяком случае, подтверждено, что в район, где лед никогда не тает под действием солнечного света, было доставлено значительное количество кометного вещества в виде водяного льда. Спектроскопические наблюдения показали, что изотопный состав ядер некоторых комет (103P/Hartley 2, 45Р/Н-М-Р, 153P/Ikeya-Zhang и др.) сходен с составом земных океанов. Но вещество других комет (67Р/Чурюмова-Герасименко, С/2001 Q4 NEAT) менее сходно с составом земной воды. Этот факт указывает на то, что земная гидросфера частично может быть обязана кометам. Но нужно учитывать, что вода и другие летучие компоненты присутствуют и в каменных астероидах (хондритах), которые тоже способны доставлять воду на планеты и их спутники.

В последние десятилетия космический аппарат SOHO, ведущий исследования Солнца, выполнил многочисленные наблюдения так называемых комет, царапающих Солнце, т. е. пролетающих в непосредственной близости (в нескольких радиусах Солнца) от светила. Такие кометы не поддаются наблюдениям с помощью других средств, поскольку оказываются на дневном небе и прилетают, как правило, со стороны Солнца. Это обстоятельство позволяет сделать вывод, что общее число комет, прибывающих извне в окрестности Солнца, недооценивалось.

Таким образом, гипотетическое облако Оорта рассматривается большинством исследователей как древний резервуар ледяных кометных ядер, сформировавшихся на ранних стадиях образования Солнечной системы, который и в наше время продолжает поставлять кометы во внутренние области Солнечной системы.

Гипотеза о существовании облака Оорта поддерживается не всеми исследователями: есть и альтернативные модели. Например, советский исследователь С. К. Всехсвятский выдвинул гипотезу о формировании комет семейства Юпитера в результате выбросов вещества в системе Юпитера. Тем не менее, гипотеза о существовании облака Оорта считается основной концепцией, поскольку лучше других объясняет весь набор наблюдательных фактов.

Контрольные вопросы и задания

• 1. На какие группы принято делить кометы?
• 2. Каковы основные характеристики кометы Галлея?
• 3. Может ли быть опасным для Земли прохождение сквозь хвост кометы? Поясните свой ответ.
• 4. Что такое «царапающие Солнце» кометы?
• 5. Изложите гипотезу об облаке Оорта как источнике комет.
• 6. Поясните, в чем состоит генетическая связь между кометами и метеорными потоками.
• 7. Разъясните следующие понятия: «метеороид», «метеорит», «метеор», «болид», «радиант»?
• 8. Какова базовая гипотеза, объясняющая феномен Тунгусского небесного тела?
• 9. Почему термин «Тунгусский метеорит» некорректен?
• 10. Опишите, что происходит с кометными ядрами по мере их приближения к Солнцу.
• 11. Укажите, чем физически отличаются три основных типа кометных хвостов.