4. Кометы, метеоры и малые планеты

• 4.1 Падение кометы на Землю
• 4.2 Падающие звезды
• 4.3 Кольца Юпитера
• 4.4 Метеорный дождь Леонид

4.1 Падение кометы на Землю

В 1994 году в г. Снежинске прошла международная конференция по проблемам защиты Земли от столкновения с космическими объектами. Присутствовавшие пришли к выводу, что человечеству по силам бороться с космической опасностью, защита от падения комет и астероидов проста, главное - не упустить время.

Создана комиссия, координирующая все работы, связанные с наблюдениями за космическими объектами. Космическая радиолокация и компьютерные комплексы астроразведки позволяют обнаружить опасные объекты за сотни миллионов километров от Земли.

На 1999 год по имеющимся данным ближе всего к Земле подойдет комета Мачхольда-2. Комета приблизится к Земле на расстояние 0,31 а.е. (примерно 46 млн.км), факт удаленности орбиты кометы от Земли говорит о невозможности ее падения на Землю.

Литература: Р.В.Алимова и Е.В.Дмитриева "Противоастероидная защита Земли" в журнале "Природа" 1995, N6, стр.94-101.

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

4.2 Падающие звезды

За сутки в атмосфере Земли вспыхивает примерно 10⁸ метеоров ярче 5_m. Метеоров, имеющих звездную величину m, примерно в 2,5 раза больше, чем (m-1)-й звездной величины.

Очень яркие метеоры - болиды, могут наблюдаться и днем. Болиды сопровождаются иногда выпадением метеоритов. По происхождению и физическому строению большие тела, наблюдаемые как болиды, по-видимому, сильно отличаются от частиц, вызывающих метеорные явления.

Когда метеорная частица вторгается в земную атмосферу со скоростью 11-73 км/с, происходит энергичное взаимодействие между частицей и атмосферой. Это взаимодействие проходит для нас незамеченным, если частица настолько мала, что ее размеры много меньше длины свободного пробега молекул. В верхней атмосфере Земли частица размером 100 мкм и меньше имеет редкие столкновения с молекулами воздуха, которые приводят к замедлению ее движения и потере космической скорости еще на значительной высоте над поверхностью Земли, так как ее кинетическая энергия невелика.

Другое дело - вторжение более крупного метеорного тела, размером от 0,1 мм до 10 см. Такое тело способно увлечь воздушные массы, находящиеся на его пути, передавая им часть своего импульса и теряя кинетическую энергию, как и в предыдущем случае. Но теперь это происходит в несравненно более крупных масштабах. Так как скорость движения метеорного тела в атмосфере значительно превышает скорость звука, образуется ударная волна, за фронтом которой сильно повышается температура - до многих десятков тысяч градусов, так что воздух за летящим метеорным телом сильно ионизуется. С другой стороны, теряемая кинетическая энергия вызывает также и разогревание самого метеорного тела и испарение молекул и атомов с поверхности его. Происходит унос массы метеорного тела, так называемая абляция. При "сдирании" молекул происходит сильное разогревание метеорного тела с поверхности, и мы наблюдаем явление метеора. Вокруг него непрерывно образуется разогретое газовое облачко, частично ионизованное. Разумеется, газы отделяются от метеорного тела и располагаются вдоль его траектории в виде следа, наблюдаемого визуальным, фотографическим или радиолокационным методом, если у него достаточная яркость.

На каком-то участке пути яркость метеора достигает максимума - плавного или сопровождаемого вспышкой, а затем происходит дробление метеорного тела на высотах 40-50 км и резкое замедление его движения в интервале высот от 25 до 15 км. Здесь и крупные метеориты дробятся, после чего выпадают на поверхность Земли в виде метеорного дождя. До дробления лишь самые яркие и медленные метеоры успевают замедлиться до 50% своей первоначальной скорости. Очень яркие и быстрые болиды, имеющие значительную массу, могут проникнуть до умеренных высот (иногда всего лишь несколько километров над уровнем моря), после чего их движение есть простое падение в атмосфере без заметной начальной скорости.

Но самые крупные метеорные тела весом в сотни тонн достигают поверхности Земли с космической скоростью - их падение носит катастрофический характер. Есть и противоположная возможность: 10 августа 1972 г. в США наблюдался в дневное время метеор, который, как показала последующая обработка наблюдений, пролетел через земную атмосферу, но не упал, а достигнув минимальной высоты 58 км, ушел в космическое пространство, оставив в атмосфере лишь малую часть кинетической энергии. Его масса оценивается в 1000 тонн.

Метеоры загораются тем выше, чем быстрее они движутся, но и гаснут они на большей высоте, чем медленные, так как быстро подвергаются дроблению.

Литература:

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

4.3 Кольца Юпитера

20 лет как были открыты кольца у Юпитера. Наблюдения с Земли оказались безуспешными, и обнаружили их лишь благодаря приборам, установленным на борту одного из "Вояджеров". Дело в том, что кольца состоят из мелкой космической пыли, которая становится видимой только при определенном освещении, когда солнечные лучи направлены наблюдателю "в лицо". С этим явлением легко познакомиться, наблюдая домашнюю пыль в солнечном луче, падающем из окна.

На конференции, посвященной кольцам Юпитера (Итака, сентябрь 1998 г.), ученые из НАСА США представили новейшие фотографии колец, сделанные с помощью аппарата "Галилео". Эти изображения впервые позволяют с уверенностью судить о происхождении и ходе развития колец.

В отличие от Сатурна, кольца которого образованы довольно крупными льдистыми обломками, у Юпитера они состоят из пылинок настолько мелких, что сам процесс отражения ими света постепенно замедляет их движение по орбите. Так что через несколько тысяч лет своего пребывания на орбите они опускаются в атмосферу планеты.

Ясно, что должен существовать некий "резервуар", откуда идет постоянное пополнение колец. Теперь можно утверждать: таким "резервуаром" служат микрометеориты. Сталкиваясь с четырьмя самыми близкими к Юпитеру спутниками, они выбивают из них мельчайшие частицы, попадающие затем в "хоровод" вокруг планеты. В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что кольца лежат вблизи орбит этих спутников.

В 1997 г. Земля находилась в той же плоскости, что и юпитерианские кольца. В это время удалось получить их снимки и с борта "Галилео", и наземным способом, с помощью 10-метрового телескопа им.Кека на Гавайях. Сопоставление изображений подтвердило связь колец со спутниками. Наиболее впечатляют снимки самого внешнего и наиболее тусклого кольца, открытого в 1985 г. Видно, что это полупрозрачное "вуалевое" образование состоит из двух облачных "комков" различной плотности. Хорошо заметны пылевые "струи", истекающие с самых дальних спутников - Амальтеи и Фебы. Их орбиты находятся как раз у внешнего края каждого из двух облачных выступов кольца, а очертания и плотность выступов говорят о том, что пыль поступает сюда от спутников, чьи орбиты слегка наклонены к экватору гигантской планеты.

Самое внутреннее из колец Юпитера (оно же и самое плотное) обязано своим существованием, по-видимому, Андрастее и Метиде - наиболее близко расположенным к планете спутникам. На последних снимках видно, что большая часть пылевого материала поступает от маленькой Андрастеи. Причина в том, считает астроном Дж.Веверка (J.Veverka; Корнеллский университет), что у нее очень слабы силы тяготения, и мелкие обломки легко покидают это небесное тело.

Состав пыли пока неизвестен, но Веверка, тщательно изучивший изображения с "Галилео", полагает, что, судя по цвету, часть пылинок порождена вулканическими выбросами на спутнике Ио. По мнению же Ф.Николсона (P.Nicholson; тот же университет), происхождение, аналогичное юпитерианским, имеют и кольца планеты Нептун: его спутники тоже "делятся" своей пылью для поддержания существующих колец. Другое дело - Уран: его узкие кольца много плотнее и состоят из темных частиц около 1 см в поперечнике.

Литература: "New Scientist" 1998. V.159. N 2151. P.10 (Великобритания).

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru

4.4 Метеорный дождь Леонид

При каждом сближении с Солнцем комета теряет некоторую часть своей массы в виде газа и пыли, выбрасываемых в голову и в хвост. При этом головы комет иногда достигают размеров, превышающих размеры Солнца, а хвосты имеют порой длину больше 1 а.е. Как показывает спектр кометы, в ней содержатся и газовая и пылевая составляющие, последняя светит только отраженным солнечным светом. То же можно утверждать относительно самой яркой центральной части головы кометы, которую наблюдатели обычно называют ядром.

Особенно крупные потери несет комета при образовании аномальных хвостов, состоящих из частиц крупного размера. Количество газов, остающихся в глыбах кометной головы, прогрессивно уменьшается; быстро рассеивается в пространстве свободная пыль. Периодическая комета с каждым приближением к Солнцу становится все слабее, многие из них "не выдерживают" более двух-трех сближений с Солнцем и перестают существовать как кометы. Другие известны при большем числе появлений, например, комета Энке с периодом 3,3 года, открытая в 1786 г. и регулярно наблюдавшаяся до настоящего времени при 47 появлениях (восемь было пропущено наблюдателями).

Комета Галлея с более длинным периодом, 76 лет, наблюдается с 466 г. до н. э. За минувшие тысячелетия она 32 раза проходила перигелий на расстоянии от Солнца всего лишь 0,59 а.е. Трудно сказать. ослабела ли она за это время, но комета Энке за два столетия ослабела достоверно. Ее абсолютная звездная величина изменилась в сторону ослабления не менее чем на 2m. У многих других комет этот процесс идет несравненно быстрее.

Нередки случаи, когда кометы дробятся на несколько частей, демонстрируя тем самым малую связанность ее вещества. Классическим примером является комета Биэлы. Она была открыта в 1772 г. и наблюдалась в 1815, 1826 и 1832 гг. В 1845 г. размеры кометы оказались увеличенными, а в январе 1846 г. наблюдатели с удивлением обнаружили две очень близкие кометы вместо одной. Были вычислены относительные движения обеих комет, и оказалось, что комета Биэлы разделилась на две еще около года назад, но вначале компоненты проектировались один на другой, и разделение было замечено не сразу. Комета Биэлы наблюдалась еще один раз, причем один компонент был много слабее другого, и больше ее найти не удалось. С течением времени гравитационная связь между компонентами ослабевает, и они движутся вокруг Солнца как независимые тела. Зато неоднократно наблюдался метеорный поток, орбита которого совпадала с орбитой кометы Биэлы.

При разрушении комет иногда возникают реактивные струи и выбросы, которые могут исказить орбиты кометы. Например, ядро кометы Энке вращается с периодом, который оценивают приблизительно в одни сутки. При облучении Солнцем ядро нагревается, но наибольшая температура наступает не в подсолнечной точке кометы, а несколько позже, скажем, на 10 - 15 по долготе в сторону "вечера". Между тем выброс газа и пыли обильнее всего здесь, и при выбросе возникает реактивное ускорение в направлении, которое составляет с радиус-вектором кометы заметный угол, так что у реактивного ускорения есть составляющая, перпендикулярная к радиус-вектору. Эта составляющая увеличивает или уменьшает скорость орбитального движения кометы в зависимости от того, вращается ли комета в прямом или обратном направлении. Наряду с ускорением у комет встречаются, правда реже, замедления движения.

Примером разрушения комет являются две "царапающих" кометы, наблюдавшиеся со спутника "SOLWIND" в непосредственной близости от Солнца с помощью своеобразного коронографа - в тени от искусственного диска, выдвинутого на много метров вперед от прибора и создававшего имитацию солнечного затмения при отсутствии атмосферных помех. В январе и июле 1981 г. кометы наблюдались на расстояниях от Солнца, немного превышающих его радиус, и даже в солнечной короне не прекращали свое существование. Можно с уверенностью утверждать, что вся пылевая составляющая этих комет испарилась в солнечной короне, но более крупные тела входившие в ядро кометы (каменные глыбы), "пережили" чрезвычайно высокую температуру в течение нескольких часов пребывания в короне и вырвались по первоначальной орбите, удаляясь от Солнца как скопление малых твердых тел и уже невидимые.

Если орбита эта пересекает земную орбиту, то ежегодно, когда Земля попадает в точку пересечения, наблюдаются метеорные дожди усиливающиеся при одновременном подходе к этой точке Земли и остатков кометы. Если же усилений не наблюдается, значит, вещество кометы более или менее равномерно рассеялось по орбите - комета полностью прекратила свое существование как небесное тело.

Таким образом, распадаясь со временем, комета порождает метеорный поток, движущийся по ее орбите, откуда можно сделать вывод, что ядро кометы не есть единое твердое тело, пусть даже астероидных размеров, но совокупность отдельных тел, размер которых не поддается точному определению. Эта совокупность в большом удалении от Солнца состоит из нестойкого смещения глыб, камней, песчинок, пылинок, слабо связанных между собой, но все-таки образующих до поры до времени единое целое, в котором связующим веществом являются льды из всякого рода простых соединений водорода, кислорода, углерода и азота, легко испаряющиеся при сближении кометы с Солнцем. Тогда все включенные в льды глыбы и камни с поперечником от нескольких метров до сантиметров и миллиметров обнажаются и в свою очередь выделяют адсорбированные газы и поставляют пыль. Они могут образовать рой самостоятельных глыб и камней.

Частота появления метеоров и их распределение по небу не всегда являются равномерными. Систематически наблюдаются метеорные потоки, метеоры которых на протяжении определенного промежутка времени (несколько ночей) появляются примерно в одной и той же области неба. Если их следы продолжить назад, то они пересекутся вблизи одной точки, называемой радиантом метеорного потока. Многие метеорные потоки являются периодическими, повторяются из года в год и названы по созвездиям, в которых лежат их радианты. Так, метеорный поток, наблюдаемый ежегодно примерно с 20 июля по 20 августа, назван Перcеидами, поскольку его радиант лежит в созвездии Персея. От созвездий Лиры и Льва получили соответственно свое название метеорные потоки Лирид (середина апреля) и Леонид (середина ноября).

Активность метеорных потоков в разные годы различна. Бывают годы, в которые число метеоров, принадлежащих потоку, очень мало, а в иные годы (повторяющиеся, как правило, с определенным периодом) настолько обильно, что само явление получило название звездного дождя. Меняющаяся активность метеорных потоков объясняется тем, что метеорные частицы в потоках неравномерно распределены вдоль эллиптической орбиты, пересекающей земную.

Три метеорных потока - Леониды, Андромедиды и Дракониды показывали в исторические времена очень резкие вспышки активности, причем в случае Андромедид это было прямо связано с разрушением кометы Вислы, которая в 1845г. раздвоилась и в следующее появление, в 1852 г., видны были две слабые кометы, разделенные расстоянием свыше 1,5 млн. км. Больше комета Биэлы не наблюдалась. Но в 1872 и 1885 гг., когда Земля пересекла орбиту кометы Вислы, и сама комета, если бы она еще существовала, была бы близка к точке пересечения, наблюдались великолепные дожди медленных метеоров (они нагоняли Землю со скоростью 19 км/с) с часовым числом их, доходившим до 7500. В 1892 и 1899 гг. потоки Андромедид опять усиливались, но незначительно. Последующая вспышка активности Андромедид наблюдалась спустя пять лет, в 1904 г., в то время как период обращения кометы Вислы составлял 6,6 лет. Значит, метеорное скопление существовало далеко впереди самой "бывшей кометы". После 1940 г. активность Андромедид возродилась, но в слабой степени.

В настоящее время успешно сосуществуют комета Джакобини - Циннера и связанный с нею метеорный поток Драконид. Комета 1900 III была открыта Джакобини в 1900 г. вскоре после ее сильного сближения с Юпитером. После еще одного сближения с Юпитером, в 1910 г., она была повторно открыта в 1913 г. и в дальнейшем неоднократно наблюдалась с периодом обращения 6,6 лет. Узел кометной орбиты теперь находится на расстоянии всего лишь 0,001 а.е. от земной орбиты. 9 октября 1933 г. Земля проходила эту точку на 80 дней позже, чем ее пересекла комета. В эту ночь также наблюдался великолепный дождь метеоров с радиантом в Драконе при часовом числе их до 6000. Спустя 13 лет, в ночь с 9 на 10 октября 1946 г. вновь наблюдался столь же, если не более интенсивный метеорный дождь в течение 5-6 часов, пока Земля пересекала кометную орбиту спустя 15 дней после того, как это место прошла комета. В 1952 г. Земля проходила место сближения за 195 дней до кометы и опять наблюдался небольшой метеорный дождь (часовое число 200), а в 1959 г. Дракониды практически не наблюдались, хотя Земля опередила комету в месте наибольшего сближения орбит только на три недели. Таким образом, позади кометы Джакобини - Циннера образовался метеорный рой, но сама комета от этого мало пострадала: и в 1959 г. она была достаточно яркой; 8 октября 1985 г. поток Драконид опять проявил себя в полную силу - часовое число метеоров по радионаблюдениям достигало одной-трех тысяч.

Распад комет и образование метеоров, распределяющихся затем по всей орбите или по значительной ее части, происходит таким образом, что метеорные тела покидают ядро кометы с умеренными скоростями. Было подсчитано, например, что для объяснения наблюдавшихся в 1933 и 1946 гг. дождей Драконид достаточно, чтобы метеорные частицы выбрасывались из ядра кометы со скоростями порядка 14-20 м/с. Частицы эти располагаются довольно точно в плоскости кометной орбиты, иначе продолжительность метеорного дождя была бы много больше. Скорости выброса в 10 м/с достаточно, чтобы метеорные частицы растянулись за 160 лет по малой орбите, как орбита Геминид, и за 1100 лет по большой орбите, такой, как у кометы Галлея.

Конечно, метеорный рой, существующий отдельно от кометы, подвергается иным планетным возмущениям, чем сама комета, и ввиду меньшей точности метеорной орбиты учесть возмущения трудно. Вот почему совершенно непредвиденным образом отдельные метеорные потоки и сгущения в них то сближаются, то удаляются от Земли. Таков, например, несбывшийся дождь Леонид в 1899г., который не состоялся, вопреки ожиданиям: он предполагался таким же эффективным, как в 1866, 1833 и 1799 гг. Этот поток вновь проявил себя дождем в 1966 г.

В конечном счете, гравитационные и иные возмущения превращают комету в метеорный поток, а поток становится со временем все более и более рассеянным в пространстве.

Литература:

(c) Дистанционный консультационный пункт distant@ssl.nsu.ru