Комета Галлея — яркая короткопериодическая комета, возвращающаяся к Солнцу каждые 75-76 лет. Является первой кометой, для которой определили эллиптическую орбиту и установили периодичность возвращений. Названа в честь Э. Галлея. С кометой связаны метеорные потоки эта-Аквариды и Ориониды. Несмотря на то, что каждый век появляется много более ярких долгопериодических комет, комета Галлея — единственная короткопериодическая комета, хорошо видимая невооруженным глазом. Начиная с древнейших наблюдений, зафиксированных в исторических источниках Китая и Вавилона, было отмечено по меньшей мере 30 появлений кометы. Первое достоверно идентифицируемое наблюдение кометы Галлея относится к 240 году до н. э. Последнее прохождение кометы через перигелий было в феврале 1986 года; следующее ожидается в середине 2061 года.

Во время появления 1986 года комета Галлея стала первой кометой, исследованной с помощью космических аппаратов, в том числе советскими аппаратами 'Вега?1' и 'Вега?2', которые предоставили данные о структуре кометного ядра и механизмах образования комы и хвоста кометы.

Открытие

Комета Галлея стала первой кометой с доказанной периодичностью. В европейской науке вплоть до эпохи Возрождения доминировал взгляд Аристотеля, полагавшего, что кометы являются возмущениями в атмосфере Земли. Однако и до, и после Аристотеля многими античными философами высказывались весьма прозорливые гипотезы о природе комет. Так, по словам самого Аристотеля, Гиппократ Хиосский и его ученик Эсхил считали, что 'хвост не принадлежит самой комете, но она иногда приобретает его, блуждая в пространстве, потому что наш зрительный луч, отражаясь от влаги, увлекаемой за кометой, достигает Солнца. Комета в отличие от других звезд появляется через очень большие промежутки времени, потому, дескать, что она отстает чрезвычайно медленно, так что, когда она появляется вновь в том же самом месте, ею проделан уже полный оборот'. В этом высказывании можно увидеть утверждение о космической природе комет, периодичности ее движения и даже о физической природе кометного хвоста, на котором рассеивается солнечный свет, и который, как показали современные исследования, действительно в значительной степени состоит из газообразной воды. Сенека не только говорит о космическом происхождении комет, но и предлагает способ доказательства периодичности их движения, реализованный Галлеем: 'Необходимо, однако, чтобы были собраны сведения о всех прежних появлениях комет; ибо из-за редкости их появления до сих пор невозможно установить их орбиты; выяснить, соблюдают ли они очередность и появляются ли точно в свой день в строгом порядке'.

Идея Аристотеля была опровергнута Тихо Браге, который использовал параллаксные наблюдения кометы 1577 года, чтобы показать, что она находилась от Земли дальше Луны. Однако сохранялась неопределенность в вопросе о том, обращаются ли кометы вокруг Солнца или просто пролетают по прямым путям через Солнечную систему.

Эдмунд Галлей

В 1680-1681 годах 24-летний Галлей наблюдал яркую комету, которая сначала приближалась к Солнцу, а потом удалялась от него, что противоречило представлению о прямолинейном движении. Исследуя этот вопрос, Галлей понял, что центростремительная сила, действующая на комету со стороны Солнца, должна убывать обратно пропорционально квадрату расстояния. В 1682, в год очередного появления кометы, названной впоследствии его именем, Галлей обратился к Роберту Гуку с вопросом — по какой кривой будет двигаться тело под действием такой силы, но не получил ответа, хотя Гук и намекнул, что ответ ему известен. Галлей отправился в Кембридж к Исааку Ньютону, который сразу же ответил, что, согласно его вычислениям, движение будет происходить по эллипсу. Ньютон продолжал работать над проблемой движения тел под действием сил тяготения, уточняя и развивая расчеты, и в конце 1684 года послал Галлею свой трактат 'Движение тел по орбите'. Восхищенный Галлей доложил о результатах Ньютона на заседании Лондонского королевского общества 10 декабря 1684 года и испросил у Ньютона разрешения напечатать трактат. Ньютон согласился и обещал прислать продолжение. В 1686 году по просьбе Галлея Ньютон переслал первые две части своего расширенного трактата, получившего название 'Математические начала натуральной философии', в Лондонское королевское общество, где Гук вызвал скандал, заявив о своем приоритете, но не был поддержан коллегами. В 1687 году на деньги Галлея тиражом 120 экземпляров самый знаменитый трактат Ньютона был напечатан. Таким образом, интерес к кометам заложил основы современной математической физики. В своем классическом трактате Ньютон сформулировал законы гравитации и движения. Однако его работа над теорией движения комет еще не была закончена. Хотя он подозревал, что две кометы, которые наблюдались в 1680 и 1681 годах, были на самом деле одной кометой до и после прохождения вблизи Солнца, он не смог полностью описать ее движение в рамках своей модели. Это удалось его другу и издателю Галлею, который в работе 1705 года 'Обзор кометной астрономии' использовал законы Ньютона для учета гравитационного влияния на кометы Юпитера и Сатурна.

Памятная табличка, посвященная Эдмунду Галлею в Вестминстерском аббатстве в Лондоне

После изучения исторических записей Галлей составил первый каталог элементов орбит комет и обратил внимание на совпадение путей комет 1531, 1607 и 1682 гг., и предположил, что это одна и та же комета, обращающаяся вокруг Солнца с периодом 75-76 лет. На основании обнаруженного периода и с учетом грубых приближений воздействия больших планет, он предсказал возвращение этой кометы в 1758 году.

Предсказание Галлея подтвердилось, хотя комету не могли обнаружить до 25 декабря 1758 года, когда ее заметил немецкий крестьянин и астроном-любитель И. Палич. Через перигелий комета прошла лишь 13 марта 1759 года, поскольку возмущения, вызванные притяжением Юпитера и Сатурна, привели к задержке на 618 дней. За два месяца до нового появления кометы это запаздывание было предвычислено А. Клеро, которому помогали в вычислениях Ж. Лаланд и мадам Н.-Р. Лепот. Погрешность расчетов составила всего 31 день. Галлей не дожил до возвращения кометы, он умер в 1742 году. Подтверждение возвращения комет было первой демонстрацией того, что не только планеты могут обращаться вокруг Солнца. Это стало первым успешным подтверждением небесной механики Ньютона и ясной демонстрацией ее предсказательной силы. В честь Галлея комету впервые назвал французский астроном Н. Лакайль в 1759 году.

Параметры орбиты

Анимация движения кометы Галлея по орбите

Период обращения кометы Галлея за последние три столетия составлял от 75 до 76 лет, однако за все время наблюдения с 240 г. до н. э. он изменялся в более широких пределах — от 74 до 79 лет. Вариации периода и орбитальных элементов связаны с гравитационным влиянием больших планет, мимо которых пролетает комета. Комета обращается по сильно вытянутой эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,967. При ее последнем возвращении имела в перигелии расстояние до Солнца равное 0,587 а. е. и расстояние в афелии более 35 а. е.. Орбита кометы наклонена к плоскости эклиптики на 162,5њ. Перигелий кометы приподнят над плоскостью эклиптики на 0,17 а. е. Вследствие большого эксцентриситета орбиты скорость кометы Галлея по отношению к Земле является одной из самых больших среди всех тел Солнечной системы. В 1910 году при пролете мимо нашей планеты она составила 70,56 км/с. Поскольку орбита кометы сближается с земной орбитой в двух точках, порождаемая кометой Галлея пыль образует два наблюдаемых на Земле метеорных потока: эта-Аквариды в начале мая и Ориониды в конце октября.

Комета Галлея классифицируется как периодическая или короткопериодическая комета, то есть такая, период обращения которой меньше 200 лет. Кометы с периодом обращения более 200 лет называются долгопериодическими. Короткопериодические кометы имеют в основном малое наклонение орбиты к эклиптике и период обращения порядка 10 лет, поэтому орбита кометы Галлея несколько нетипична. Короткопериодические кометы с орбитальным периодом обращения менее 20 лет и наклонением орбиты 20-30 градусов или менее называются семейством комет Юпитера. Кометы, орбитальный период обращения которых, как у кометы Галлея, составляет от 20 до 200 лет, а наклонение орбиты — от нуля до более 90 градусов, называются кометами галлеевского типа. На сегодняшний день известно только 54 кометы галлеевского типа, в то время как число идентифицированных комет семейства Юпитера составляет около 400.

Предполагается, что кометы галлеевского типа изначально были долгопериодическими кометами, орбиты которых изменились под влиянием гравитационного притяжения планет-гигантов. Если комета Галлея прежде была долгопериодической кометой, то она скорее всего происходит из облака Оорта — сферы, состоящей из кометных тел, окружающей Солнце на расстоянии 20 000-50 000 а. е. В то же время семейство комет Юпитера, как считается, происходит из пояса Койпера — плоского диска малых тел на расстоянии от Солнца между 30 а. е. и 50 а. е. Предлагалась и другая точка зрения на происхождение комет галлеевского типа. В 2008 году был открыт новый транснептуновый объект с ретроградной орбитой, аналогичной орбите кометы Галлея, который получил обозначение 2008 KV₄₂. Его перигелий располагается на расстоянии 20 а. е. от Солнца, афелий — на расстоянии 70 а. е.. Этот объект может быть членом нового семейства малых тел Солнечной системы, которое может служить источником комет галлеевского типа.

Результаты численного моделирования показывают, что комета Галлея находится на нынешней орбите от 16 000 до 200 000 лет, хотя точное численное интегрирование орбиты невозможно из-за появления неустойчивостей, связанных с возмущением планет на интервале более чем несколько десятков оборотов. На движение кометы также существенно влияют негравитационные эффекты, поскольку при приближении к Солнцу она испускает сублимирующиеся с поверхности струи газа, приводящие к реактивной отдаче и изменению орбиты. Эти изменения орбиты могут вызывать отклонения во времени прохождения через перигелий до четырех дней.

В 1989 году Чириков и Вечеславов, проанализировав результаты расчетов 46 появлений кометы Галлея, показали, что на больших масштабах времени динамика кометы является хаотичной и непредсказуемой. При этом на масштабах времени порядка сотен тысяч и миллионов лет поведение кометы можно описать в рамках теории динамического хаоса. Этот же подход позволяет получать простые приблизительные оценки времени ближайших прохождений кометы через перигелий.

Предполагаемое время жизни кометы Галлея может составлять порядка 10 миллионов лет. Последние исследования показывают, что она испарится или распадется на две через несколько десятков тысячелетий, либо будет выброшена из Солнечной системы через несколько сотен тысяч лет. За последние 2000-3000 возвращений ядро кометы Галлея уменьшилось в массе на 80-90 %.

Расчеты прошлых и будущих появлений кометы Галлея

История исследований орбиты кометы Галлея неразрывно связана с развитием вычислительных методов в математике и небесной механике.

В 1705 году Галлей опубликовал параболические орбитальные элементы для 24 хорошо наблюдавшихся комет:

'Собрав отовсюду наблюдения комет, я составил таблицу, плод обширного и утомительного труда, небольшую, но небесполезную для астрономов'.

Он заметил схожесть орбит комет 1682 года, 1607 года и 1531 года и опубликовал первое верное предсказание возвращения кометы.

Все с той же периодической кометой Галлей отождествил и комету 1456 года, двигавшуюся между Землей и Солнцем ретроградным образом, хотя из-за недостатка наблюдений он и не смог для этого появления определить параметры орбиты. Эти идентификации позволили предсказать новое появление той же кометы в 1758 году, через 76 лет после последнего появления. Комета действительно вернулась, и была обнаружена Паличем в Рождество 25 декабря 1758 года. Еще более точное предсказание времени этого возвращения кометы сделал Клеро с помощниками, рассчитавший возмущение, вызываемое в движении кометы Юпитером и Сатурном. Он определил момент прохода через перигелий на 13 апреля с оцененной погрешностью в один месяц. Хорошие предсказания следующего возвращения 1835 года были даны Дамуазо и Понтекуланом, при этом впервые была рассчитана эфемерида, то есть будущий путь кометы среди звезд, но точнее всего, с ошибкой лишь в 4 дня, предсказал возвращение кометы Розенбергер, для этого ему пришлось учесть и возмущение новооткрытого Урана. Появление кометы 1910 года, уже методом численного интегрирования точно предсказали Кауэлл и Кроммелин.

Идентификацию кометы 1456 года на основании обнаруженных дополнительных наблюдений смог подтвердить Пингре. Обратившись к наблюдениям, зафиксированным в китайских хрониках, Пингре среди прочих также рассчитал приблизительные орбиты великой кометы 837 года и первой кометы 1301 года, но не опознал в обеих комету Галлея.

Ж.-Б. Био в 1843 году, уже зная средний период кометы Галлея, откладывая его назад в прошлое, попытался идентифицировать предыдущие появления кометы Галлея среди зафиксированных китайских наблюдений после 65 года до н. э. Во многих случаях он предложил несколько возможных кандидатов. На основании похожести орбит Био смог так же идентифицировать как комету Галлея комету 989 года. Используя китайские данные Био, Лагер распознал комету Галлея в осенней комете 1378 года, сравнив с описаниями рассчитанный на основании известных элементов орбиты видимый путь кометы на небе. Аналогичным образом им были выявлены наблюдения кометы Галлея в 760, 451 и 1301 годах.

В 1850 году Дж. Хинд попытался найти прошлые появления кометы Галлея в европейских и китайских хрониках ранее 1301 года, как и Био, опираясь на приблизительный интервал между возвращениями около 76,5 лет, но проверяя соответствие наблюдений известным орбитальным элементам. Из 18 его идентификаций до 11 года до н. э. больше половины оказались, однако, ошибочны.

Доказательная связь всех появлений возможна лишь при прослеживании непрерывных изменений орбиты кометы под действием возмущений планет солнечной системы в прошлом, как это делалось при предсказании новых появлений. Такой подход впервые применили Кауэлл и Э. К. Д. Кроммелин, используя приближенное интегрирование уравнения движения назад во времени, методом варьирования элементов. Взяв за основу достоверные наблюдения с 1531 по 1910 год, они предположили, что эксцентриситет орбиты и ее наклонение остаются постоянными, а расстояние перигелия и долгота восходящего узла непрерывно меняются под действием возмущений. Первые порядки возмущений периода кометы вычислялись с учетом действия Венеры, Земли, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Движение кометы удалось точно проследить до 1301 года и с меньшей точностью до 239 года до н. э.

Ошибка их метода в оценке момента прохождения через перигелий для самого раннего появления достигла 1,5 года, и поэтому они использовали в статье дату 15 мая 240 года до н. э., следующую из наблюдений, а не из расчетов.

Моменты прохождения кометы Галлея через перигелий далее попытался рассчитать назад от 451 года н. э. до 622 года до н. э. русский астроном М. А. Вильев. Используя моменты прохождения Вильева на промежутке от 451 года н. э. до 622 года до н. э. и результаты Кауэлла и Кроммелина за период с 530 по 1910 год, М. М. Каменский подобрал интерполяционный ряд Фурье для орбитальных периодов. Хотя эта формула соответствовала данным, использованным для ее получения, ее экстраполяция за пределы области исходных данных оказывается бесполезной. Так же как и похожий анализ Ангстрема дал ошибку в предсказании прохождения через перигелий в 1910 году на 2,8 года, предсказание Каменского следующего возвращения ошибочно на девять месяцев. Любые попытки найти простые эмпирические формулы для определения прошлых или предсказаний будущих появлений кометы, не учитывающие динамическую модель движения кометы под действием гравитационных возмущений, не имеют смысла.

В преддверии нового появления кометы Галлея в 1986 году активизировались исследования ее прошлых появлений:

• В 1967 году Джозеф Брейди и Эдна Карпентер на основании 2000 наблюдений двух предыдущих появлений кометы Галлея определили предварительную орбиту и рассчитали, что предстоящее прохождение перигелия будет 4 февраля 1986 года.
• В 1971 году те же авторы на основании около 5000 телескопических наблюдений уже четырех предыдущих появлений смогли связать четыре этих появления численным интегрированием, учтя негравитационные силы в виде векового члена, и предсказали время прохождения перигелия в 1986 году с погрешностью около 1,5 часов. Они также впервые применили прямое численное интегрирование для исследования древних появлений кометы Галлея, используя эмпирический вековой член в уравнениях движения кометы для учета негравитационных эффектов. Орбита кометы, вычисленная по последним четырем появлениям, была затем численно проинтегрирована назад в прошлое до 87 г. до н. э. Моменты прохождения через перигелий удовлетворительно согласовывались с данными наблюдений, приведенными Киангом в работе 1971 года с 1682 по 218 год. Однако дальнейшее интегрирование привело к заметному расхождению, начиная с появления 141 года. В 141 году реальная комета прошла на расстоянии в 0,17 а. е. от Земли и испытала возмущение несколько отличающееся от того, что получилось в расчетах. Поскольку интегрирование не было увязано с наблюдениями ранее 1682 года, небольшое отличие между рассчитанным и реальным движением были усилены близким прохождением около Земли в 141 году. В 1982 году Брейди уточнил эти расчеты.
• В 1971 году Тао Кианг, заново проанализировав все известные европейские и китайские прошлые наблюдения, использовал метод варьирования элементов для исследования движения кометы Галлея от 1682 года вспять до 240 г. до н. э. Учтя влияние на орбитальные элементы возмущений всех планет, Кианг смог уточнить значения моментов прохождения через перигелий и подтвердил предположение о том, что негравитационные силы отвечают за замедление среднего движения кометы чуть большее чем на 4 дня за один период обращения. Эти негравитационные силы связаны с испарением кометного вещества при прохождении около Солнца, сопровождающимся реактивной отдачей и уменьшением массы ядра.
• В 1973 году Брайан Марсден, Зденек Секанина и Дональд Еманс разработали модель негравитационных сил, основанную на реактивном действии газов, испаряющихся с поверхности ядра кометы.
• В 1977 году Еманс использовал эту модель для успешного описания наблюдений кометы на интервале с 1607 по 1911 год. Орбита, основанная на наблюдениях 1682, 1759 и 1835-1836 годов была проинтегрирована назад во времени вплоть до 837 года. Вследствие близкого приближения кометы к Земле в 837 году ими не предпринималась попытка продолжить вычисления ранее этого времени.
• В 1981 году Дональд Еманс и Тао Кианг на основании наблюдений 1759, 1682 и 1607 годов методом численного интегрирования рассчитали историю движения кометы Галлея в прошлое до 1404 года до н. э., вводя малые эмпирические поправки, используя очень точно определяемые из исторических хроник времена прохождения перигелия в 837, 374 и 141 годах. Кроме того, на основе наблюдений 837 года в 800 году вводилась поправка к эксцентриситету орбиты.
• В 1986 году Вернер Ландграф, используя первые наблюдения нового появления, проинтегрировал движение кометы на интервале с 467 г. до н. э. по 2580 год н. э. Для расчета в прошлое он использовал единственную эмпирическую поправку, равную 0,05 дня для времени прохождения через перигелий в 837 году.
• В 1988 году Гжегож Ситарский разработал метод численного интегрирования движения кометы Галлея на основании 300 лучших наблюдений, полученных с 1835 по 1987 год с единообразным использованием времен прохождения через перигелий для эмпирических поправок.

Хотя прямое численное интегрирование является единственным методом, позволяющим исследовать движение кометы Галлея за пределами интервала надежных наблюдений, необходимо пытаться увязать интегрирование с древними наблюдениями. При проходе интегрирования через интервал сильных возмущений, обусловленных тесным сближением кометы с Землей и другими большими планетами, требуется особенная осторожность, для того чтобы уточнить рассчитанное движение с помощью данных наблюдений. Было показано, что вследствие возмущений больших планет орбита кометы на больших отрезках времени не является устойчивой, и начальные неопределенности в определении орбиты экспоненциально нарастают со временем при расчете в прошлое или в будущее.

Обойти это затруднение при продвижении в прошлое можно, внося небольшие поправки, опираясь на отдельные самые надежные и точные наблюдения. Что не позволяет, однако, определить с хорошей точностью времена прохождений, далеко отстоящие от надежных наблюдений.

Появления кометы Галлея

Годы до н. э. в таблице указаны по астрономическому счету: 1 год до н. э. = 0 год, 2 год до н. э. = ?1 год и т. д. Даты прохождения перигелия для 1607 года и позднее приведены по григорианскому календарю, а все предшествующие даты — по юлианскому календарю.

Ядро кометы

Миссии космических аппаратов 'Вега' и 'Джотто' позволили ученым впервые узнать о структуре поверхности кометы Галлея. Как и у всех остальных комет, при приближении к Солнцу с поверхности ее ядра начинают сублимироваться летучие вещества с малой температурой кипения, такие как вода, моноксид, оксид углерода, метан, азот и, возможно, другие замерзшие газы. Этот процесс приводит к образованию комы, которая может в поперечнике достигать 100 000 км. Испарение этого грязного льда высвобождает пылевые частицы, которые относятся газом от ядра. Молекулы газов в коме поглощают солнечный свет и переизлучают его затем на разных длинах волн, а пылевые частицы рассеивают солнечный свет в различных направлениях без изменения длины волны. Оба эти процесса приводят к тому, что кома становится видимой для стороннего наблюдателя.

Действие солнечного излучения на кому приводит к образованию хвоста кометы. Но и здесь пыль и газ ведут себя по-разному. Ультрафиолетовое излучение солнца ионизирует часть молекул газов, и давление солнечного ветра, представляющего собой поток испускаемых Солнцем заряженных частиц, толкает ионы, вытягивая кому в длинный хвост кометы, который может иметь протяженность более чем 100 миллионов километров. Изменения в потоке солнечного ветра могут даже приводить к наблюдаемым быстрым изменениям вида хвоста и даже полному или частичному обрыву. Ионы разгоняются солнечным ветром до скоростей в десятки и сотни километров в секунду, много больших, чем скорость орбитального движения кометы. Поэтому их движение направлено почти точно в направлении от Солнца, как и формируемый ими хвост I типа. Ионные хвосты имеют обусловленное флуоресценцией голубоватое свечение. На кометную пыль солнечный ветер почти не действует, ее выталкивает из комы давление солнечного света. Пыль разгоняется светом гораздо слабее чем ионы солнечным ветром, поэтому ее движение определяется начальной орбитальной скоростью движения и ускорением под действием давления света. Пыль отстает от ионного хвоста и формирует изогнутые в направлении орбиты хвосты II или III типа. Хвосты II типа формируются равномерным потоком пыли с поверхности. Хвосты III типа являются результатом кратковременного выброса большого облака пыли. Вследствие разброса ускорений, приобретаемых пылинками разного размера под действием силы давления света, начальное облако также растягивается в хвост, обычно изогнутый еще сильнее, чем хвост II типа. Пылевые хвосты светятся рассеянным красноватым светом. У кометы Галлея наблюдались хвосты как I, так и II типов. Хвост III типа предположительно наблюдался в 1835 году. На фотографии 1986 года хорошо видны характерно окрашенные хвосты I и II типа.

Несмотря на огромный размер комы, ядро кометы Галлея относительно мало и имеет неправильную форму картофелины с размерами 15?8?8 км. Его масса также относительно мала, около 2,2?10 кг, при средней плотности около 600 кг/м?, что, вероятно, означает, что ядро состоит из большого числа слабо связанных фрагментов, образующих груду обломков. Наземные наблюдения за яркостью комы показывают, что сидерический период обращения кометы Галлея составляет около 7,4 дней, однако изображения, полученные различными космическими аппаратами, а также наблюдения за струями и оболочкой свидетельствуют о том, что период составляет 52 часа. Поскольку ядро кометы имеет нерегулярную форму, его вращение также является, вероятно, довольно сложным. Хотя во время космических миссий были получены детальные изображения лишь около 25 % поверхности ядра кометы Галлея, они свидетельствуют о чрезвычайно сложной топографии с холмами, впадинами, горными хребтами и по крайней мере одним кратером.

Комета Галлея является самой активной из всех периодических комет. Активность, например, кометы Энке или кометы Холмса, на один или два порядка слабее. Дневная сторона кометы Галлея существенно активнее, чем ночная сторона. Исследования с помощью космических аппаратов показали, что газы, испускаемые ядром, почти на 80 % состоят из водяного пара, на 17 % из моноксида углерода и на 3-4 % из диоксида углерода, со следами метана, хотя более современные исследования показали лишь 10 % моноксида углерода и также следы метана и аммиака. Оказалось, что пылевые частицы в основном представляют собой смесь углеродно-водородно-кислородно-азотных соединений, обычных вне Солнечной системы, и силикатов, которые составляют основу земных горных пород. Пылевые частицы имеют малые размеры, вплоть до предела обнаружения аппаратами. Соотношение дейтерия и водорода в водяном паре, высвобождаемом с поверхности ядра, сначала предполагалось аналогичным тому, что наблюдается в Мировом океане на Земле, что могло означать, что кометы того же типа, что и комета Галлея, могли в далеком прошлом обеспечить Землю водой. Однако последующие наблюдения показали, что содержание дейтерия в кометном ядре гораздо выше, чем в земной воде, что делает гипотезу о кометном происхождении земной воды маловероятной.

Аппарат 'Джотто' обеспечил первое свидетельство в пользу гипотезы Уиппла о том, что ядра комет представляют собой 'грязные снежки'. Уиппл предположил, что кометы являются ледяными объектами, которые нагреваются при приближении к Солнцу, что приводит к сублимации льда на поверхности, при этом струи летучих веществ разлетаются во все стороны, образуя кому. 'Джотто' показал, что эта модель в целом верна, хотя требует ряд поправок. Например, альбедо кометы Галлея составляет всего около 4 %, что означает, что она отражает только 4 % падающего на нее света. Такое малое отражение можно ожидать скорее от куска угля, чем от снежка. Поэтому, несмотря на то, что наблюдателям с Земли комета Галлея кажется ослепительно-белой, ее ядро на самом деле угольно-черное. Температура поверхности испаряющегося 'черного льда' должна была бы варьироваться в пределах от 170 К при высоком альбедо, до 220 К при низком альбедо, однако измерения аппарата 'Вега-1' показали, что температура поверхности кометы Галлея на самом деле находится в пределах 300-400 К. Это свидетельствует о том, что активны только 10 процентов поверхности ядра, и что большая ее часть покрыта слоем темной пыли, которая поглощает тепло. Все эти наблюдения свидетельствуют, что комета Галлея в основном состоит из нелетучих материалов, и поэтому скорее представляет собой 'комок грязи со снегом', чем 'грязный снежок'.

История наблюдений

Наблюдения кометы Галлея в древности

Первая страница 'Ши цзи'

Комета Галлея — первая известная периодическая комета. Она наблюдалась по крайней мере 30 раз. Сведения о ее наиболее ранних появлениях можно найти в исторических хрониках разных народов. Еще в Средние века в Европе и в Китае начали составлять каталоги прошлых наблюдений комет, которые называют кометографиями. Кометографии оказались очень полезны в выявлении периодических комет. Наиболее полным современным каталогом является фундаментальная пятитомная 'Кометография' Гарри Кронка, которая может служить путеводителем по историческим появлениям кометы Галлея.

240 год до н. э. — Первое достоверное наблюдение кометы относится к 240 г. до н. э. и находится в китайских анналах 'Ши цзи'.

В этот год метельчатая звезда впервые появилась в восточном направлении; затем она была видна в северном направлении. С 24 мая по 23 июня она была видна в западном направлении: Метельчатая звезда была снова видна в западном направлении 16 дней.

В этот год метельчатая звезда была видна в северном направлении, и затем в западном направлении. Летом умерла вдовствующая императрица.

Более ранние свидетельства не могут быть однозначно идентифицированы с кометой Галлея. Однако следует отметить, что вообще ранее 240 года до н. э. пока обнаружено всего 16 записей о разных кометах. Кроме того, условия наблюдения кометы Галлея ранее 315 года до н. э. были неблагоприятны — она проходила далеко от Земли.

Вавилонская астрономическая табличка, рассказывающая о появлении кометы Галлея в 164 г. до н. э.

164 год до н. э. — В 1985 году Ф. Р. Стефенсон опубликовал обнаруженные им на вавилонских табличках данные о наблюдениях кометы. На Вавилонских глиняных клинописных табличках, в частности, записаны результаты обширных многовековых наблюдений за движением планет и другими небесными событиями — кометами, метеорами, атмосферными явлениями. Это так называемые 'астрономические дневники', охватывающие период примерно с 750 г. до н. э. по 70 г. н. э. Большая часть 'астрономических дневников' хранятся сейчас в Британском музее.

LBAT 380: Комета, ранее появившаяся на востоке на пути Ану, в области Плеяд и Тельца, к Западу и прошла вдоль пути Еа.

LBAT 378: Еа в области Стрельца, на расстоянии одного локтя впереди Юпитера, на три локтя выше к северу

Эти таблички говорят об одном и том же событии, и частично данные в них пересекаются и дублируются. Квадратными скобками обозначены повреждения. Дата и путь кометы на небе очень хорошо согласуются с теоретическими расчетами. На тех же табличках приведены подробнейшие данные о положениях планет, что позволяет точно определить, что месяц прохода кометы начался 21 октября 164 г. до н. э.

Возможно, эта комета сыграла важную роль в ближневосточной истории. В третьих 'Книгах Сивилл', в основе написанных около середины II века до н. э., сообщается о комете на западе, которая будет 'знаком меча, голода, смерти и падения вождей и великих людей'. И как раз в конце 164 г. до н. э. произошла смерть Птолемея VII и волнения в империи Птолемеев и гибель Антиоха IV в империи Селевкидов. Возможно, эта комета отразилась в Библии, в Первой и Второй книгах Маккавеев и в 9-12 главах Книги пророка Даниила, описывающих события этого времени. К. Д. Блаунт предполагает несколько указаний на это появление, в частности, во Второй книге Маккавеев: 'Случилось, что над всем городом почти в продолжение сорока дней являлись в воздухе носившиеся всадники в золотых одеждах и наподобие воинов вооруженные копьями:'

87 год до н. э. — На вавилонских табличках также обнаружены описания появления кометы 12 августа 87 г. до н. э.

'13 интервал между закатом и восходом Луны был измерен в 8 градусов; в первую часть ночи, комета которая в IV месяц день за днем, одна единица между севером и западом, ее хвост 4 единицы'

Хотя само описание кометы повреждено и поэтому содержит мало астрономической информации о пути, положения планет далее в тексте также позволяют датировать это появление. Это появление могло найти отражение на монетах армянского царя Тиграна Великого, корону которого, украшает 'звезда с изогнутым хвостом'.

Фреска 'Поклонение волхвов' Джотто ди Бондоне

12 год до н. э. — Описания этого появления отличаются большой детальностью. В астрономических главах китайской хроники 'Хоу Ханьшу' подробно описан путь на небе среди китайских созвездий с указанием ближайших к траектории ярких звезд. Дион Кассий сообщает о наблюдении кометы в течение нескольких дней Римом. Некоторые римские авторы утверждают, что комета предзнаменовала смерть полководца Агриппы.

Эта комета могла послужить прообразом для Вифлеемской звезды.

66 год — Сведения об этом появлении кометы с указанием ее пути на небе сохранились только в китайской хронике 'Хоу Ханьшу'. Однако иногда с ним связывают сообщение Иосифа Флавия в книге 'Иудейская война' о комете в виде меча, которая предшествовала разрушению Иерусалима.

141 год — Это появление так же нашло отражение только в китайских источниках: подробно в 'Хоу Ханьшу', менее детально в некоторых других хрониках.

218 год — Путь кометы детально описан в астрономических главах хроники 'Хоу Ханьшу'. Вероятно, с этой кометой Дион Кассий связал свержение римского императора Макрина.

295 год — О комете сообщается в астрономических главах китайских династийных историй 'Книга Сун' и 'Книга Чэнь'.

374 год — Появление описано в анналах и астрономических главах 'Книги Сун' и 'Книги Чэнь'. Комета приближалась к Земле всего на 0,09 а. е.

451 год — Появление описано в нескольких китайских хрониках. В Европе комета наблюдалась во время нашествия Аттилы и воспринималась как знак грядущих войн, описана в хрониках Идация и Исидора Севильского.

Комета Галлея в Средние века

530 год — Появление подробно описано в китайской династийной 'Книге Вэй' и в ряде византийских хроник. Иоанн Малала сообщает:

В то же царствование появилась на западе большая, внушающая ужас звезда, от которой шел вверх белый луч и рождались молнии. Некоторые называли ее факелом. Она светила двадцать дней, и была засуха, в городах — убийства граждан и множество других грозных событий

607 год — Появление описано в китайских хрониках и в итальянской хронике Павла Диакона: 'Затем, также в апреле и мае, на небе появилась звезда, которую называли кометой'. Хотя китайские тексты приводят путь кометы на небе в соответствии с современными астрономическими вычислениями, в сообщаемых датах обнаруживается путаница и расхождение с расчетом примерно на месяц, связанное, вероятно, с ошибками хрониста. Для предыдущих и последующих появлений такого расхождения нет.

684 год — Это яркое появление вызвало страх в Европе. Согласно 'Нюрнбергской хронике' Шеделя эта 'хвостатая звезда' была ответственна за продолжавшиеся в течение трех месяцев непрерывные ливни, погубившие урожай, сопровождавшиеся сильными молниями, убившими множество людей и скота. Путь кометы на небе описан в астрономических главах китайских династических историй 'Книга Тан' и 'Начальная история Тан'. Сохранились также записи о наблюдениях в Японии, Армении и Сирии.

760 год — Китайские династийные хроники 'Книга Тан' 'Начальная история Тан' и 'Новая книга Тан' приводят почти одинаковые детали о пути кометы, которую наблюдали более 50 дней. О комете сообщается в Византийской 'Хронографии' Феофана и в арабских источниках.

837 год — Во время этого появления комета Галлея приблизилась на минимальное за все время наблюдений расстояние к Земле. Путь и вид кометы детально описан в астрономических главах китайских династических историй 'Книга Тан' и 'Новая книга Тан'. Видимая на небе длина раздвоенного хвоста в максимуме превышала 80њ. Комета описана также в японских, арабских и во многих европейских хрониках. Толкование ее появления для императора Франкского государства Людовика I Благочестивого, а также описания в тексте многих других астрономических явлений анонимным автором сочинения 'Жизнь императора Людовика' позволило историкам дать автору условное имя Астроном.

912 год — Описания этого появления сохранились в источниках Китая, Японии, Византии, Руси, Германии, Швейцарии, Австрии, Франции, Англии, Ирландии, Египта и Ирака. Византийский историк X века Симеон Логофет пишет, что комета имела вид меча.

989 год — Комета детально описана в астрономических главах китайской династийной 'истории Сун', отмечена в Японии, Корее, Египте, Византии и во многих европейских хрониках, где комета часто связывается с последовавшей эпидемией чумы.

Появление кометы 1066 года. Фрагмент ковра из Байе, ок. 1070 года

1066 год — Комета приближалась к Земле на расстояние 0,1 а. е. Ее наблюдали в Китае, Корее, Японии, Византии, Армении, Египте, на арабском Востоке и на Руси. В Европе это появление является одним из самых упоминаемых в хрониках. В Англии появление кометы было истолковано как предзнаменование скорой смерти короля Эдуарда Исповедника и последующего завоевания Англии Вильгельмом I. Комета описана во многих английских хрониках и изображена на знаменитом ковре из Байе XI века, изображающем события этого времени. Комета, возможно, изображена на петроглифе, находящемся в национальном парке Чако, в американском штате Нью-Мексико.

1145 год — Появление кометы записано во многих хрониках Запада и Востока. В Англии кентерберийский монах Эдвин зарисовал комету в Псалтири.

1222 год — Комета наблюдалась в сентябре и октябре. Отмечена в хрониках Кореи, Китая и Японии, во многих европейских монастырских анналах, сирийских хрониках и в русских летописях. Существует не подкрепленное историческими свидетельствами, но перекликающееся с сообщением в русских летописях, что Чингисхан воспринял эту комету как призыв к походу на Запад.

1301 год — О комете сообщают очень многие европейские хроники, в том числе русские летописи. Под впечатлением от наблюдения Джотто ди Бондоне изобразил в виде кометы Вифлеемскую звезду на фреске 'Поклонение волхвов' Капелла Скровеньи в Падуе.

1378 год — Это появление не было особенно примечательным из-за неблагоприятных условий наблюдения вблизи Солнца. Комету наблюдали китайские, корейские и японские придворные астрономы и, возможно, в Египте. В европейских хрониках сведений об этом появлении нет.

Комета Галлея в русских летописях

В русских летописях наряду с описаниями многих других астрономических явлений отмечены и появления кометы Галлея. На Руси наблюдали комету в 1066, 1145, 1222, 1301, 1378, 1531, 1607, 1682 годах, а также в летописях на основании византийских хроник сообщается о появлении кометы в 912 году. Кроме того, после описания кометы 1066 года:

В си же времена бысть знаменье на запад?, зв?зда превелика, лучъ имущи акы кровавы, въсходящи с вечера по заход? солнечн?мь и пребысть за 7 дний. Се же проявляше не на добро, посемь бо быша усобиц? многы и нашествие поганыхъ на Русьскую землю, си бо зв?зда б? акы кровава, проявляющи крови пролитье.

Лаврентьевская летопись сообщает о еще более ранних кометах, предположительно являющихся появлениями кометы Галлея в 164 г. до н. э., 66 и 530 году:

Мы бо по сему разум?емъ, яко же древле, при Антиос?, въ Иерусалим? случися внезапну по всему граду за 40 дний являтися на вздус? на конихъ ришющимъ, въ оружьи, златы имущемъ одежа, и полкы обоя являемы, и оружьемъ двизающимся; се же проявляше нахоженье Антиохово на Иерусалимъ. Посемь же при Нерон? цесари в том же Иерусалим? восия зв?зда, на образъ копийный, надъ градомь: се же проявляше нахоженье рати от римлянъ. И паки сице же бысть при Устиньян? цесари, зв?зда восия на запад?, испущающи луча, юже прозываху блистаницю, и бысть блистающи дний 20.

Записи о наблюдении кометы Галлея позволяют уточнить даты некоторых событий в русской истории. Появление кометы в 989 году не отмечено в русских летописях, тем не менее, комета 989 года представляет большой интерес для русской истории именно в связи с попыткой установления правильной хронологии событий, связанных с Крещением Руси и взятием войсками киевского князя Владимира Корсуни. Споры о трактовке византийских и восточных свидетельств о комете и огненных столпах, сопутствующих описываемым событиям, при сопоставлении их с сообщениями русских летописей и жития Владимира, начавшиеся более века назад, продолжаются до сих пор.

Появление кометы Галлея в 1222 г. н. э. предшествовало татаро-монгольскому нашествию. Густинская летопись сообщает:

В сие л?то м?сяца мая явися страшная зв?зда, св?тящи презъ 18 дней, луча ко востоку доволн? простирающи, иже знаменова новую пагубу христианомъ, яже по двою л?ту сотворися нашествиемъ врагъ, си есть безъбожных Татаръ, их же въ сей стран? нашой не знаяху.

Появление 1378 года летописцы также связали с важным этапом татаро-монгольского ига. Комментируя появление кометы Галлея в 1531 году, автор Хронографической летописи, пишет: 'Таково же было знамение при великом князе Дмитрие Ивановиче Донском за три лета до нахожение безбожнаго Тактамыша на царствующий град Москву'. В более ранних летописях записей о появлении кометы в 1378 году не обнаруживается, однако Д. О. Святский полагает, что описание попало в повесть 'О пленении и о прихождении Тахтамыша царя, и о московском взятии', стоящую в Новгородской IV летописи и во многих других летописях в статье 1382 года:

Бысть н?кое проявлен?е, по мног?я нощи являшася таковое знамен?е на небеси: на востоц?, пред раннею зарею, зв?зда некая, аки хвостата, и якоже копейнымъ образомъ, овогда вечерней зар?, овогда же во утреней, тоже многажды бываше. Се же знамен?е проявляше злое пришествие Тахтамышево на Рускую землю, и горкое поганыхъ Татар нахожден?е на крестьяны, якоже и бысть гн?вомъ Бож?имъ, за умножение гр?ховъ нашихъ.

Астрономические наблюдения кометы в Новое время

1456 год — Это появление знаменует начало астрономических исследований кометы. Ее обнаружили в Китае 26 мая. Наиболее ценные наблюдения кометы сделал итальянский врач и астроном Паоло Тосканелли, который почти каждый день аккуратно измерял ее координаты с 8 июня по 8 июля. Важные наблюдения сделал также австрийский астроном Георг Пурбах, который впервые попытался измерить параллакс кометы и обнаружил, что комета находится от наблюдателя на расстоянии 'более тысячи германских миль'. В 1468 году для римского папы Павла II был написан анонимный трактат 'De Cometa', в котором также приводятся результаты наблюдений и определения координат кометы.

1531 год — Петер Апиан впервые заметил, что хвост кометы всегда направлен в направлении от Солнца.

1607 год — Комету наблюдал Иоганн Кеплер, который решил, что комета движется через солнечную систему по прямой.

1682 год — Комету наблюдал Эдмунд Галлей. Он обнаружил сходство орбит комет в 1531, 1607 и 1682 годах, предположил, что это одна периодическая комета, и предсказал следующее появление в 1758 году. Это предсказание высмеял в 'Путешествиях Гулливера' Джонатан Свифт. Ученые Лапуты в этом сатирическом романе опасаются, 'что будущая комета, появление которой, по их вычислениям, ожидается через тридцать один год, по всей вероятности, уничтожит землю:'

1759 год — Первое предсказанное появление кометы Галлея. Через перигелий комета прошла 13 марта 1759 г., на 32 суток позднее предсказания А. Клеро. Ее обнаружил в Рождество 1758 года астроном-любитель И. Палич. Комета наблюдалась до середины февраля 1759 года вечером, потом скрылась на фоне Солнца, а с апреля стала видна на предутреннем небе. Комета достигла приблизительно нулевой звездной величины и имела хвост, простиравшийся на 25њ. Была видна невооруженным глазом до начала июня. Последние астрономические наблюдения кометы были сделаны в конце июня.

1835 год — Поскольку к этому появлению была предсказана не только дата прохождения кометой Галлея перигелия, но и рассчитана эфемерида, астрономы начали искать комету с помощью телескопов с декабря 1834 года. Обнаружил комету Галлея в виде слабой точки 6 августа 1835 г. директор небольшой обсерватории в Риме С. Дюмушель. 20 августа в Дерпте ее переоткрыл В. Я. Струве, который спустя двое суток смог наблюдать комету невооруженным взглядом. В октябре комета достигла 1-й звездной величины и имела хвост протяженностью около 20њ. В. Я. Струве в Дерпте с помощью большого рефрактора и Дж. Гершель в экспедиции на мысе Доброй Надежды сделали множество зарисовок кометы, которая постоянно изменяла свой вид. Бессель, также следивший за кометой, заключил, что на ее движение оказывают заметное влияние негравитационные реактивные силы испаряющихся с поверхности газов. 17 сентября В. Я. Струве наблюдал покрытие звезды головой кометы. Поскольку никакого изменения блеска звезды зарегистрировано не было, это позволило сделать вывод о крайней разреженности вещества головы и крайней малости ее центрального ядра. Комета прошла перигелий 16 ноября 1835 г., всего на сутки позже предсказания Ф. Понтекулана, что позволило ему уточнить массу Юпитера, приняв ее равной 1/1049 массы Солнца. Дж. Гершель следил за кометой вплоть до 19 мая 1836 года.

Комета Галлея в 1910 году

1910 год — Во время этого появления комета Галлея впервые была сфотографирована и впервые получены спектральные данные о ее составе. Минимальное расстояние от Земли составило всего 0,15 а. е., и комета представляла собой яркое небесное явление. Комета была обнаружена на подлете 11 сентября 1909 на фотопластинке М. Вольфом в Гейдельберге с помощью 72-см телескопа-рефлектора, оборудованного фотокамерой, в виде объекта 16-17 звездной величины. Еще более слабое изображение позже нашлось на фотопластинке, полученной 28 августа. Комета прошла перигелий 20 апреля и в начале мая представляла собой яркое зрелище на предрассветном небе. В это время сквозь хвост кометы прошла Венера. 18 мая комета оказалась точно между Солнцем и Землей, которая тоже на несколько часов погрузилась в кометный хвост, который всегда направлен от Солнца. В тот же день 18 мая комета прошла по диску Солнца. Наблюдения в Москве проводили В. К. Цераский и П. К. Штернберг с помощью рефрактора с разрешением 0,2-0,3?, но не смогли различить ядра. Поскольку комета находилась на расстоянии 23 млн км, это позволило оценить, что его размеры составляют менее 20-30 км. Тот же результат был получен по наблюдениям в Афинах. Правильность этой оценки удалось подтвердить во время следующего появления, когда ядро удалось исследовать с близкого расстояния с помощью космических аппаратов. В конце мая — начале июня 1910 г. комета имела 1-ю звездную величину, а ее хвост имел длину около 30њ. После 20 мая она стала быстро удаляться, но фотографически регистрировалась до 16 июня 1911 г..

В ходе многочисленных исследований было получено около 500 фотографий головы и хвоста кометы, около 100 спектрограмм. Было также выполнено большое число определений положения кометы, уточнивших ее орбиту, что имело большое значение при планировании программы исследований с помощью космических аппаратов в преддверии следующего появления 1986 года. На основании исследований очертаний головы кометы с помощью длиннофокусных астрографов С. В. Орлов построил теорию формирования кометной головы.

Спектральный анализ хвоста кометы показал, что в его составе присутствуют ядовитый газ циан и угарный газ. Поскольку 18 мая Земля должна была пройти через хвост кометы, это открытие спровоцировало предсказания конца света, панику и ажиотажный спрос на шарлатанские 'антикометные таблетки' и 'антикометные зонтики'. На самом деле, как поспешили отметить многие астрономы, хвост кометы настолько разрежен, что не может оказать никаких негативных эффектов на земную атмосферу. 18 мая и в последующие дни были организованы разнообразные наблюдения и исследования атмосферы, но никаких эффектов, которые можно было бы связать с действием кометного вещества, обнаружено не было.

Знаменитый американский писатель-юморист Марк Твен в автобиографии в 1909 году написал: 'Я явился на свет в 1835 году вместе с кометой Галлея. Она снова появится в будущем году, и я думаю, что мы вместе исчезнем. Если я не исчезну вместе с кометой Галлея, это будет величайшим разочарованием в моей жизни. Бог, наверное, решил: вот два причудливых необъяснимых явления, они вместе возникли, пусть вместе и исчезнут'. Так оно и случилось: он родился 30 ноября 1835 года, через две недели после прохождения кометой перигелия, а умер 21 апреля 1910 года, на следующий день после следующего перигелия.

Исследования 1986 года

После 1986 года

Комета Галлея на расстоянии 28,06 а. е. от Солнца

12 февраля 1991 года на расстоянии 14,4 а. е. у кометы Галлея внезапно произошел выброс вещества, продолжавшийся несколько месяцев и высвободивший облако пыли около 300 000 км в поперечнике. Комета Галлея последний раз наблюдалась 6-8 марта 2003 года тремя 'Очень большими телескопами' ESO в Серро-Параналь, Чили, когда ее звездная величина составляла 28,2 и она прошла 4/5 расстояния до самой дальней точки орбиты. Эти телескопы наблюдали комету при рекордных для комет расстоянии и звездной величине, чтобы отработать методы поиска очень тусклых транснептуновых объектов. Теперь астрономы могут наблюдать комету в любой точке ее орбиты. Комета достигнет афелия в декабре 2023 года, после чего начнет снова сближаться с Солнцем.

Комета на украинской почтовой марке 2006 года

Следующее прохождение кометы Галлея через перигелий ожидается 28 июля 2061 года, когда ее расположение будет более удобным для наблюдения, чем во время прохождения в 1985-1986 гг., поскольку она в перигелии будет с той же стороны от Солнца, что и Земля. Ожидается, что ее видимая звездная величина будет ?0,3 по сравнению с +2,1 в 1986 году. 9 сентября 2060 комета Галлея пройдет на расстоянии 0,98 а. е. от Юпитера, и затем 20 августа 2061 года приблизится на расстояние 0,0543 а. е. к Венере. В 2134 году ожидается, что комета Галлея пройдет на расстоянии 0,09 а. е. от Земли. Ее видимая величина во время этого появления будет около ?2,0.