1. Комета Галлея: основные характеристики и история наблюдений
Комета Галлея: основные характеристики и история наблюдений
Тысячелетиями ночное небо казалось людям символом вечности и неизменности. Звёзды двигались по строгим правилам, Солнце и Луна подчинялись чёткому расписанию. Но иногда этот идеальный порядок нарушался: на небе внезапно вспыхивала «хвостатая звезда». В древности такие явления вызывали панику, их считали предвестниками войн, эпидемий и катастроф. Понадобились века научных наблюдений, чтобы понять: это не мистические знамения, а полноправные обитатели нашей Солнечной системы — кометы.
Самой известной из них по праву считается комета Галлея. Это единственная яркая комета, которую человек при удачном стечении обстоятельств может увидеть дважды за свою жизнь.
Кто такой Эдмунд Галлей и в чём его заслуга
Долгое время в науке господствовало мнение древнегреческого философа Аристотеля. Он считал, что кометы — это просто светящиеся испарения в земной атмосфере, нечто вроде необычных облаков. Позже астрономы доказали, что кометы находятся далеко в космосе, но оставалась другая загадка: они пролетают мимо нас один раз и исчезают навсегда, или же возвращаются?
Ответ нашёл английский астроном Эдмунд Галлей на рубеже XVII и XVIII веков.
!Портрет английского астронома Эдмунда Галлея, который первым предсказал возвращение кометы
Галлей не открывал эту комету первым — её наблюдали ещё в Древнем Китае и Вавилоне за сотни лет до нашей эры. Заслуга ученого в другом. Изучив исторические летописи, он обратил внимание на яркие кометы, появлявшиеся в 1531, 1607 и 1682 годах. Используя недавно открытые законы Исаака Ньютона, Галлей рассчитал их пути и понял: это не три разные кометы, а одно и то же небесное тело, которое возвращается к Солнцу примерно каждые 76 лет.
> «Я осмеливаюсь с уверенностью предсказать её возвращение в 1758 году». > > Эдмунд Галлей, «Обзор кометной астрономии»
Сам учёный не дожил до этого события, но в Рождество 1758 года комета действительно появилась на небе. Это стало величайшим триумфом науки: небесное тело впервые получило имя человека, вычислившего его орбиту.
Космические качели: орбита кометы Галлея
Чтобы понять, когда мы снова увидим комету и как она движется, нужно разобраться с её орбитой. Комета Галлея относится к классу короткопериодических комет — так называют объекты, которым требуется менее 200 лет, чтобы совершить один полный оборот вокруг Солнца.
Орбита кометы Галлея — это не ровный круг, а сильно вытянутый овал (эллипс). Из-за этого расстояние между кометой и Солнцем постоянно меняется. Для измерения таких огромных космических дистанций астрономы используют специальную меру длины — астрономическую единицу (а.е.).
Одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца — это примерно 150 миллионов километров. Использовать а.е. гораздо удобнее, чем писать числа с множеством нулей.
Движение кометы характеризуется двумя крайними точками:
* Перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты. В перигелии комета Галлея подходит к нашей звезде на расстояние всего а.е. Это ближе, чем орбита планеты Венера. В этот момент комета испытывает колоссальный нагрев. * Афелий — самая далёкая от Солнца точка. У кометы Галлея афелий находится на расстоянии а.е. Это мрачные и холодные задворки Солнечной системы, дальше орбиты Нептуна, почти у самого Плутона.
Период обращения кометы Галлея непостоянен. Из-за гравитационного влияния планет-гигантов (особенно Юпитера и Сатурна), мимо которых она пролетает, время одного оборота варьируется от 74 до 79 лет. В последний раз она проходила перигелий в 1986 году. Следующее её эффектное появление ожидается летом 2061 года, а затем — в 2134 году.
Анатомия «грязного снежка»
До 1986 года учёные могли изучать кометы только в телескопы. Но во время последнего визита кометы Галлея к ней отправилась целая армада космических аппаратов, включая советские станции «Вега-1» и «Вега-2», а также европейский зонд Giotto. Они впервые в истории человечества сфотографировали ядро кометы вблизи.
!Ядро кометы Галлея — исторический снимок, сделанный космическим аппаратом в 1986 году
Оказалось, что комета Галлея — это не идеальный сияющий шар, а глыба льда и пыли, похожая на гигантскую картофелину или арахис.
Форма ядра представляет собой эллипсоид (объёмную фигуру, похожую на вытянутую сферу) с размерами примерно 8 × 8 × 16 километров. Чтобы представить этот масштаб, вообразите гору Эверест, которую вырвали с корнем и отправили летать в космос.
Ещё более удивительной оказалась плотность этого объекта. Данные аппаратов «Вега» показали, что средняя плотность ядра составляет около .
Давайте вспомним школьную формулу плотности:
Где — плотность, — масса, а — объём.
Плотность обычной жидкой воды равна . Это значит, что ядро кометы Галлея почти в два раза менее плотное, чем вода! Если бы во Вселенной существовал океан подходящего размера, комета Галлея не утонула бы в нём, а плавала на поверхности, как кусок пемзы или пенопласта. Такая низкая плотность говорит о том, что ядро очень пористое, как губка, и состоит из смеси водяного льда, замёрзших газов (углекислого газа, угарного газа) и космической пыли.
Как комета отращивает хвост
Когда комета находится в афелии (вдали от Солнца), она представляет собой просто тёмный, невидимый с Земли кусок льда. Но всё меняется по мере приближения к перигелию.
Под воздействием солнечного тепла лёд на поверхности ядра начинает нагреваться. Происходит процесс сублимации — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкую фазу.
Бытовой пример сублимации — сухой лёд (твёрдый углекислый газ), который используют продавцы мороженого. Если положить его на стол при комнатной температуре, он не растает в лужицу, а сразу начнёт дымиться, превращаясь в газ.
Вблизи Солнца комета Галлея испаряет колоссальное количество материала. По данным советских аппаратов «Вега», на пике активности комета теряла около 40 тонн льда и пыли каждую секунду! Представьте себе огромную фуру, доверху гружённую льдом, которая полностью испаряется за одно мгновение — и так каждую секунду.
!Строение кометы при сближении с Солнцем — видно, как образуются кома и хвост.
Вырвавшиеся газы и пыль образуют вокруг ядра гигантское светящееся облако, которое называется кома. Размер комы может превышать диаметр Юпитера. А под давлением солнечного ветра и света часть этого облака сдувается назад, формируя тот самый знаменитый хвост кометы, который может тянуться на десятки миллионов километров.
Сколько ещё раз мы увидим комету Галлея?
Теряя по 40 тонн вещества в секунду во время каждого сближения с Солнцем, комета буквально «худеет». За один оборот она теряет около 1 метра своего поверхностного слоя.
Значит ли это, что она скоро исчезнет? Учёные подсчитали, что массы ядра хватит ещё на тысячи оборотов. Комета Галлея находится на своей нынешней орбите от 16 000 до 200 000 лет. Человечество сможет любоваться ею ещё многие тысячелетия, прежде чем она полностью испарится или превратится в тёмный, мёртвый астероид, лишённый льда.
В следующих статьях мы подробнее разберём математику движения комет и научимся самостоятельно рассчитывать параметры их орбит, используя законы небесной механики.