Среди небесных тел Солнечной системы особый интерес представляют кометы. Двигаясь вокруг Солнца по вытянутым (эллиптическим) орбитам, они то сближаются с Солнцем, то опять уходят от него на миллиарды километров. Законы природы, некогда открытые Ньютоном и Кеплером, определили в космическом пространстве для каждой из них по две точки, которые признано называть фокусами орбит. В одном из этих фокусов всегда находится Солнце. Так и движутся кометы, огибая по очереди то один, то другой фокус своих орбит. Многие годы требуются для отдельных комет, чтобы завершить один оборот вокруг Солнца. Например, для кометы Галлея этот период составляет около 75 лет, а для других и того больше.

Всякий раз, сближаясь с Солнцем, кометы вдруг оживают. Одновременно с увеличением орбитальных скоростей пропорционально увеличивается и длина хвостов комет. При этом хвосты комет всегда направлены в противоположную от Солнца сторону.

Ниже приводится фотография одной из комет, получившей название Беннета.

Много версий существует по поводу происхождения хвоста комет , однако все они, на мой взгляд, не дают исчерпывающего ответа. Согласно последней из этих версий хвосты комет — увлечение так называемым солнечным ветром (солнечными корпускулами) мельчайших частиц и ионизированных молекул кометы. Нельзя согласиться с этим предположением по следующим причинам.

Во-первых, как видно из приведенной фотографии, хвост кометы образуется именно там, где нет солнечного света, а стало быть и заряженных солнечных корпускул. Этот хвост всегда примыкает к ядру кометы только с противоположной от Солнца стороны, то есть к затененной его части. А при отсутствии «солнечного ветра» не должно было быть и хвоста. Но, к сожалению, все наоборот — хвост имеется.

Во-вторых, по своей природе солнечные корпускулы имеют очень большие скорости (около 300 тыс. км в секунду), а этого было бы достаточно, чтобы увлечь за собой все имеющиеся около кометы мельчайшие частицы и ионизированные молекулы в считанные секунды. В результате от кометы осталось бы только ядро. Однако с кометами этого не происходит.

Например, сколько бы не возвращалась комета Галлея со своего апогея к Солнцу, она имеет почти одинаковую форму, в том числе и длину хвоста. Значит, не «солнечный ветер» управляет хвостами комет, а есть на то другие причины. Остановлюсь на этом более подробно.

Итак, «хвостатые» или «волосатые» небесные светила (кометы) еще с древних времен привлекали на себя внимание астрономов своим быстрым перемещением среди звезд по небу. Из маленького размытого туманного облачка постоянно развивается у этого небесного тела хвост.

Что представляет собой это маленькое облачко? На мой взгляд, это газово-пылевое образование, имеющее внутри очень большой плотности ядро, которое и удерживает своей самогравитацией вокруг себя газово-пылевую оболочку. Облачка, как и все звезды, движутся в Галактике по своим орбитам вокруг ее центра. Нередко они сближаются с Солнцем на такое расстояние, при котором легко захватываются гравитационным его притяжением и становятся спутниками Солнца, как и все планеты Солнечной системы. Дальше срабатывают законы природы, которые были открыты Кеплером. Захваченное солнечной гравитацией облачко начинает двигаться вокруг Солнца по эллипсу. При этом скорости этого облачка постоянно меняются в зависимости от расстояния его от Солнца. Максимальное их значение имеет место вблизи Солнца, а минимальное — в апогее. При этом в апогее сила взаимного тяготения Солнца и облачка уравновешивается центробежной силой, которую создает комета, обращаясь вокруг Солнца. Наступает состояние невесомости, при котором все газово-пылевое вещество располагается вокруг ядра кометы равномерно. При движении же облачка в сторону перигея орбитальная скорость его согласно второму закону Кеплера постоянно возрастает, а следовательно возрастает и центробежная сила, которая в несколько раз превышает силу тяготения. Избыток центробежной силы и приводит к отливным явлениям газово- пылевой оболочки кометы. Появляется хвост. С этого момента небесное тело, которое мы называем облачком, превращается в комету. Избыток центробежной силы полностью совпадает с направлением хвоста и пропорционален его длине. Поэтому хвост кометы возникает не в результате увлечения «солнечным ветром» мельчайших частиц и ионизированных молекул, а в результате действия на них избытка центробежных сил и появления приливо-отливных явлений в газово-пыле- вой оболочке кометы.

Схема движения кометы с отражением направления и размеров хвоста приводится ниже.

Комета уникальна не только своим хвостом, но и ее способностью удерживать вокруг своего ядра газово-пылевое облако. Такими свойствами обладают, как известно, только крупные планеты солнечной системы (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Все малые планеты (астероиды), в том числе и Церера, диаметр которой составляет около 780 км, а также метеоры, метеориты и наша Луна такими свойствами не обладают. Значит, комета имеет твердое ядро, состоящее из вещества большой плотности, обладающее большой самогравитацией.

Ранее существовавшее предположение о том, что кометы состояли полностью из очень разреженной массы пылевых частиц полностью опровергается. Это опровергает также эксперимент, проведенный несколько лет тому назад автоматическими станциями, запущенными в сторону пролетевшей около Солнца кометы Галлея. При этом было установлено, что комета имеет очень крупное по своим размерам ядро (около 50 км в поперечнике), а также плотную массу. Столкновение такой кометы с Землей могло бы привести к трагическим последствиям и особенно в густонаселенной местности.

Версия о том, что падения комет на Землю имели уже место и что эти падения сопровождались выпадением огненного дождя не соответствует самой логике. Если в природе и было что-то подобное, то это, на мой взгляд, было падение частиц, оторванных атмосферой Земли из хвоста кометы. Ядро же кометы, имея большую скорость, плотность и массу, улетело дальше по своей эллиптической орбите.

Тщательный анализ данных, собранных «Розеттой», показал, что кометы – остатки первоначальных примитивных тел, из которых сформировалась Солнечная система, а не обломки, возникшие от столкновения крупных тел пояса Койпера.

Владислава Ананьева

Для понимания происхождения и эволюции Солнечной системы на ранних этапах ее развития важно понимать происхождение и природу ядер комет, подобных комете 67P/Чурюмова-Герасенко. Если кометные ядра являются остатками изначальных примитивных тел, первыми сконденсировавшихся в протопланетном диске, они отражают свойства этого диска и физико-химические условия в нем. Однако есть и другая гипотеза образования кометных ядер. Согласно этой гипотезе, кометные ядра являются осколками столкновений относительно крупных транснептуновых тел, в настоящее время населяющих пояс Койпера. В этом последнем случае кометное вещество претерпело серьезные изменения и не может отражать свойства протосолнечной туманности, зато оно отражает свойства крупных ТНО, осколками которых является.

Сумма фактов, собранная КА «Розетта», заставляет отдать решительное предпочтение первой гипотезе.

«Розетта» обнаружила, что ядро кометы Чурюмова-Герасименко представляет собой тело малой плотности, высокой пористости, которое состоит из двух частей, отличающихся высокой концентрической слоистостью. Высокая пористость материала ядра говорит о том, что оно не претерпело сколь-нибудь мощных столкновений, которые уплотнили бы его вещество. Концентрическая слоистость двух частей ядра говорит о том, что когда-то они были отдельными кометными ядрами, а потом слиплись после столкновения на невысокой скорости. Отдельные детали и текстуры ядра, проявляющиеся на разных масштабах, помогают понять, как формировались кометные ядра и в каких условиях это происходило.

Например, в области Бастет на поверхности наблюдаются три чашеобразные структуры, которые могут быть остатками кометезималей, из которых сформировалось ядро кометы Чурюмова-Герасименко. На еще меньших масштабах (несколько метров) поверхность ядра демонстрирует комковатую текстуру типа «гусиная кожа» (эта текстура заметна на склонах утесов и на стенках ям во многих местах поверхности ядра). Этот узор мог появиться в результате растрескивания материала ядра, но многие исследователи полагают, что он отражает внутреннюю неоднородность вещества кометы, состоящего из множества «кометезималей» метрового масштаба. Неполное слияние этих кометезималей и привело к формированию кометных ядер – неплотных, пористых, с грубой текстурой.

Также «Розетта» обнаружила, что ядро кометы содержит заметное количество очень летучих веществ, таких, как угарный газ, азот, кислород и аргон. Это, в свою очередь, означает, что ядро сформировалось при очень низких температурах и до недавнего времени не испытывало даже умеренного нагрева. Напротив, крупные транснептуновые объекты нагревались распадом короткоживущих радиоактивных элементов, так что ядро кометы Чурюмова-Герасименко не может быть обломком одного из них.

Как же происходило формирование комет? Бьорн Дэвидсон (Björn Davidsson) из Лаборатории реактивного движения рисует такую картину.

В течение первого миллиона лет с момента образования протосолнечной туманности сформировались достаточно крупные объекты пояса Койпера с размерами до 400 км. Примерно через три миллиона лет газ покинул протопланетный диск, и в нем осталось одно твердое вещество. В течение последующих ~400 млн. лет крупные ТНО постепенно аккумулировали в себе оставшееся твердое вещество, одновременно уплотняясь, проходя частичную или полную гравитационную дифференциацию, эпизоды таяния и последующего замораживания. Крупнейшие из этих тел, такие, как Плутон и Тритон, сохранили активность до наших дней.

Однако не все вещество собралось в крупные ТНО. Часть ледяной пыли и гальки стали медленно аккумулироваться на низкой скорости, собираясь в рыхлые агрегаты, диаметры которых к моменту рассеяния газа достигали ~5 км. Медленный рост и низкие скорости взаимных столкновений уберегли эти агрегаты (будущие кометные ядра) от нагрева и позволили им сохранить в своем составе высоколетучие вещества.

В дальнейшие ~25 млн. лет тяготение крупных ТНО несколько «взболтало» кометные орбиты и заставило кометные ядра сталкиваться на несколько большей скорости. Многие ядра сталкивались и слипались друг с другом, образуя «двудольные» ядра, подобные ядру 67P/Чурюмова-Герасенко. Однако после своего образования большинство кометных ядер осталось в неприкосновенности в течение 4.6 млрд. лет – тем самым они открывают окно в самую раннюю эпоху формирования Солнечной системы.

Как образовывается комета.

Строение кометы.

Двигаясь по орбитам, кометы беспрерывно теряют крупинки пыли — метеориты. Если метеориты влетают в атмосферу Земли, они становятся метеорами. Каждый год в атмосферу влетают тысячи тонн пыли из межпланетного пространства.
Ядра комет имеют поперечнике от 1 до 50 км. Предполагается, что кометы остались со времен образования Солнечной системы. Когда Солнце начало светить как самостоятельная , под давлением его излучения легкое вещество было вытеснено в пояс Эджворта — Койпера. Здесь берут свое начало короткопериодические кометы, чей путь о орбите занимает не более 200 лет. Гораздо дальше распространяется облако Оорта, источник долгопериодических комет, которым требуется тысячи лет для облета вокруг Солнца.

Орбита кометы Галлея.

Пояс Койпера и облако Оорта.

Если комета по какой-то причине отклоняется от своей траектории и попадает в сферу гравитационного влияния планет, она может стать короткопериодической или разрушиться при столкновении с планетой(известный случай с кометой Шумейкеров-Леви) . Долгопериодическая комета может испытать влияние оказавшейся рядом с ней , в результате чего она также изменит свою орбиту и может пролететь рядом с Солнцем.

В марте прошлого года целая флотилия космических аппаратов встретилась со знаменитой кометой Галлея . К сожалению , чрезвычайно высокие относительные скорости кораблей и кометы ограничили круг задач этого эксперимента . Удалось определить основные характеристики пометного ядра - размеры , массу , цвет , температуру поверхности , элементный состав теряемого вещества . Но ученым нужно само вещество , которое можно исследовать в лаборатории . Только так мы найдем ответ на один из самых жгучих вопросов космогонии Солнечной системы : откуда происходят кометы !

Некоторые ученые считают, что кометы - это остатки допланетного облака и, следовательно, должны содержать первичное вещество Солнечной системы. Однако этой гипотезой трудно объяснить происхождение короткопериоднческих комет семейства Юпитера. Известно всего 87 представительниц этого семейства - они обращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и планета-гигант. Но расчеты показывают: если кометы действительно родились на заре Солнечной системы и захвачены Юпитером, то по крайней мере 30 из них должны обращаться в обратную сторону. А другие расчеты утверждают, что захват кометы Юпитером - маловероятное событие.

Альтернативную гипотезу выдвинул знаменитый французский математик и астроном Ж. Лагранж: планеты-гиганты извергают кометы из своих недр. Ее развили английские астрономы Р. Проктор и Э. Кроммелин. В нашей стране ее горячим приверженцем был киевский астроном С. Всехсвятский.

Однако и у этой гипотезы есть серьезный изъян. Чтобы оторваться от Юпитера, комета должна развить неправдоподобно высокую скорость - порядка 60 километров в секунду. Всехсвятский предположил; не планеты-гиганты, а их спутники извергают кометы из своих недр. Здесь скорости выброса, необходимые для выхода на гелиоцентрическую орбиту, всего 5-7 километров в секунду.

Американский космический аппарат «Вояджер» зафиксировал на спутнике Юпитера Ио несколько действующих вулканов - маленькая планетка выбрасывала вещество на высоту несколько сот километров. А этого, почти достаточно, чтобы извергнутые породы смогли преодолеть притяжения Ио и Юпитера.

Так где же рождаются кометы? Для ответа на этот вопрос и необходимо получить кометное вещество. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США совместно с Европейским Космическим агентством уже планируют запуск космического аппарата на комету Вильда-2. Старт намечен на 19 марта 1993 года, посадка на ядро - 7 апреля 1997 года, старт с ядра после отбора образцов -- через два месяца. 14 апреля 2000 года спускаемый аппарат доставит на Землю 10 килограммов кометного вещества в замороженном виде. Только тогда исследователи смогут сказать, какой у кометы возраст и, возможно, решат вопрос о ее происхождении.

Однако у советских ученых есть возможность решить эту проблему значительно раньше. Но им не надо посылать космические корабли. Достаточно обратить более пристальное внимание на камни, которые можно найти... прямо под ногами. Это - тектиты: кусочки вещества, похожего на стекло.

Еще в 1961 году Л. Кваша и Г. Горшков, сравнивая химический состав тектитов и земных лав, пришли к любопытному выводу: тектиты возникли в небесном теле, на котором происходили процессы, похожие на явления земного вулканизма. Да и внешний их вид - капли, сфероиды, гантели.- говорит за то, что они застывали из расплава в условиях полета. Однако многие ученые отвергают эту гипотезу, считая, что тектиты имеют земное происхождение. Главный их довод; никто ни разу не видел, чтобы стекла падали с небес, Но так ли это? Разрешить давний спор могла бы экспедиция в район падения Тунгусского метеорита - кометы, полет которой наблюдали в 1908 году сотни людей.

Я уже излагал в общих чертах свою гипотезу о тунгусских тектитах («СИ» от 22 декабря 1985 г.- «Снова Тунгусская загадка?»). С тех пор мне удалось получить много новых данных, которые позволяют утверждать: большая часть тектитов, найденных на Земле, выпадала в составе ледяных обломков комет. Лед растаял - тектиты остались. Поэтому в районе Тунгусской катастрофы их надо искать в воронках, которые, вероятнее всего, оставили ледяные глыбы. А таких воронок Л. Кулик нашел множество. Два года изнурительной работы ушли на исследования только одной из них - Сусловской. Но, кроме куска оплавленного стекла, исследователи ничего не нашли интересного.

Воронки образовались в год падения метеорита. Но в послевоенных публикациях их происхождение уже объясняли естественными термокарстовыми процессами, а кусок стекла назвали... бутылкой, оплавившейся во время пожара в избе Л. Кулика.

В Докладах АН СССР он так описал свою находку: «На поверхности борта круглой депрессии в 200 метрах от «Метеоритной заимки» в глинах было обнаружено 0,5 килограмма, голубоватого/полупрозрачного пузыристого стекла, давшего при анализе следы никеля». Но как раз отличительный признак тектитов - повышенное содержание никеля по сравнению со средним составом земных пород. Трудно поверить, что такой опытный минералог, как Л. Кулик, не смог разглядеть в своей находке оплавленную бутылку да еще опубликовал ее описание в самом приоритетном журнале Академии наук. Но откуда взялась глина на поверхности торфяника? Вероятно, она была выброшена из воронки, которую вырыла ледяная глыба.

Что, же тогда нашли в воронке: тектит или оплавленную бутылку? Истину можно восстановить, только исследовав другие воронки. Кстати, со времен Л. Кулика в них Никто ничего не искал.

Теперь давайте сравним эти два способа решения вопроса о происхождении комет. Доставить из космоса на Землю кометное вещество - затея весьма дорогостоящая, и при самом благоприятном стечении обстоятельств ее можно осуществить не ранее 2000 года. А экспедиция в район падения Тунгусского метеорита уже в следующем году могла бы найти вещество кометы - тектиты. Они позволят решить сразу три тесно связанные между собой проблемы -Тунгусского метеорита, происхождения тектитов и комет.

Снимки и научные данные с зонда «Розетта» помогли ученым доказать, что кометы возникают в результате гравитационного коллапса небольших облаков, состоящих из мелкой «космической гальки» и льда, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

«Мы показали, что комета Чурюмова-Герасименко появилась на свет в результате «мягкого» гравитационного коллапса облака из пыли и гальки. К сожалению, мы пока не можем сказать, как возникли половинки ее «гантели» – были ли они отдельными небесными телами, которые столкнулись уже после своего рождения, или же они являются частью единого целого», - рассказывает Юрген Блум (Jurgen Blum) из Института геофизики и внеземной физики в Брауншвейге (Германия).

Мир до начала времен

Сегодня у ученых почти нет сомнений в том, что планеты начинают свое рождение внутри плоского газопылевого диска, заполненного мелкими частицами пыли и плотными клубами газа, а их формирование заканчивается в ходе серий столкновений планетизималей – «зародышей» планет размером с Весту или Цереру, а также крупных комет и астероидов.

«Посередине» между ними зияет теоретическая пустота – пока планетологи не пришли к единому мнению насчет того, что происходит после слепления единичных зерен пыли в относительно небольшие комки размером в сантиметр. Существует несколько разных теорий, проверка которых была невозможна до последнего времени.

Ответ на эту загадку планетологи пытаются найти двумя путями – наблюдая за новорожденными планетными системами при помощи микроволновых телескопов, и изучая зерна пыли, сохранившиеся в недрах комет с времен рождения Солнечной системы. Первые исследования такого рода были проведены три года назад зондом «Розетта» и спускаемым модулем «Фила», который был сброшен на поверхность кометы Чурюмова-Герасименко в ноябре 2014 года.

Блум и его коллеги использовали данные, собранные «Филой» и «Розеттой», для того, чтобы раскрыть одну из тайн этой «теоретической пустоты» и выяснить, как именно возникла данная комета.

Как объясняет ученый, внутренняя структура кометы, как и размеры и масса пылинок, которые были найдены в ее «хвосте» инструментами «Розетты», напрямую отражают то, в каких условиях она формировалась. К примеру, если бы она родилась в ходе серии столкновений все более и более крупных «зародышей» планет, то тогда бы ее материя была частично переплавлена и имела неоднородный минеральный и химический состав.

Пушистое космическое облако

Этого, как показывают данные с зонда и спускаемого модуля, скорее всего не произошло – многие зерна пыли, найденные на комете Чурюмова-Герасименко, имеют достаточно пушистую и «рыхлую» форму и при этом они обладают большими размерами. Это означает, что ядро кометы родилось в достаточно «спокойной» обстановке и при достаточно низких скоростях движения пыли и газа, породивших его.

Ее прародителями, как показывают замеры зондов и теоретические расчеты ученых, были относительно крупные зерна пыли, чей радиус составлял от одного до шести миллиметров. Эти частицы пыли постепенно скопились в одной из точек на дальних окраинах протопланетного облака, и вызвали миниатюрный аналог гравитационного коллапса, который обычно предшествует рождению звезд и планет.

Как показывают компьютерные модели, этот процесс протекал достаточно медленно, что привело к тому, что частицы пыли были равномерно перемешаны по недрам кометы и «склеены» между собой в почти первозданном виде, а внутри небесного тела возникло множество пустот. С другой стороны, сейчас можно с уверенностью говорить, что комета родилась в «один присест» - никаких промежуточных стадий в ее рождении не было.

Подобные результаты расчетов хорошо согласуются с данными по структуре недр кометы Чурюмова-Герасименко, которые были получены «Филой» во время неудачной посадки и оглашены летом 2015 года. С другой стороны, они к тому же свидетельствуют и о том, что «косматые чудовища» могли формироваться не так, как это предположительно делают планеты, что не предсказывается теорией и является неожиданностью для планетологов.

По материалам reired