| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
| |||||
Кометы |
|||||
Исследователи |
Страница:
Встреча с кометой Галлея,
Подробнее о комете Галлея (Part# 1, Part #2),
ISEE-3/ICE,
Охота за кометами,
Хвост кометы,
Deep Space 1 и StarDust;
|
|
Комета Галлея (1P/Halley) Комета Галлея (1P/Halley) - 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 английского астронома Эдмунда 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 невооружённым 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 кометы
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 (V в. до н. э.) 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 звёзд появляется через очень большие промежутки времени, потому, дескать, что она отстаёт [от Солнца] 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 её 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 (I в. н. э.) 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 очерёдность и появляются ли точно в свой день в строгом порядке».
Идея Аристотеля была опровергнута Тихо Браге, который использовал параллаксные наблюдения кометы 1577 года (измерения положения кометы, проведённые в Дании и в Праге), чтобы показать, что она находилась от Земли дальше Луны. Однако сохранялась неопределённость в вопросе о том, обращаются ли кометы вокруг Солнца или просто пролетают по прямым путям через Солнечную систему. В 1680-1681 годах 24-летний Галлей наблюдал яркую комету (C/1680 V1, называемую часто кометой Ньютона), 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 расчёты, и в конце 1684 года послал Галлею свой трактат «Движение тел по орбите». Восхищённый 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 своём 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 своём классическом трактате Ньютон сформулировал законы гравитации и движения. Однако его работа над теорией движения комет ещё не была закончена. Хотя он подозревал, что две кометы, которые наблюдались в 1680 и 1681 годах (и которые вызвали интерес Галлея), были на самом деле одной кометой до и после прохождения вблизи Солнца, он не смог полностью описать её движение в рамках своей модели. Это удалось его другу и издателю Галлею, который в работе 1705 года «Обзор кометной астрономии» использовал законы Ньютона для учёта гравитационного влияния на кометы Юпитера и Сатурна.
После изучения исторических записей Галлей составил первый каталог элементов орбит комет и обратил внимание на совпадение путей комет 1531 (наблюдавшаяся Апианом), 1607 (наблюдавшаяся Кеплером) и 1682 гг. (которую он наблюдал сам), и предположил, что это одна и та же комета, обращающаяся вокруг Солнца с периодом 75-76 лет. На основании обнаруженного периода и с учётом 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 её 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 расчётов 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 её предсказательной силы. В честь Галлея комету впервые назвал французский астроном Н. Лакайль в 1759 году. Параметры орбиты
Период обращения кометы Галлея за последние три столетия составлял от 75 до 76 лет, однако за всё 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 (0 соответствует идеальной окружности, 1 - движению по параболической траектории). При её последнем возвращении имела в перигелии расстояние до Солнца равное 0,587 а. е. (между Меркурием и Венерой) и расстояние в афелии более 35 а. е. (почти как у Плутона). Орбита кометы наклонена к плоскости эклиптики на 162,5° (то есть, в отличие от большинства тел солнечной системы, она движется в направлении, противоположном движению планет, и наклонена к орбите Земли на 180-162,5=17,5°). 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 пролёте 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 (порядка 10 градусов) 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. (орбита Нептуна) 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 (соответствует расстоянию до Урана), афелий - на расстоянии 70 а. е. (превосходит удвоенное расстояние до Нептуна). 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 четырёх дней. В 1989 году Чириков и Вечеславов, проанализировав результаты расчётов 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 распадётся 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%. История наблюдений
Первое достоверное наблюдение кометы относится к 240 г. до н. э., но первое предсказанное появление кометы было только в 1759 году н.э.
1759 год - Первое предсказанное появление кометы Галлея. Через перигелий комета прошла 13 марта 1759 г., на 32 суток позднее предсказания А. Клеро. Её 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 звёздной величины и имела хвост, простиравшийся на 25°. Была видна невооружённым 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 её переоткрыл В. Я. Струве, который спустя двое суток смог наблюдать комету невооружённым взглядом. В октябре комета достигла 1-й звёздной величины и имела хвост протяжённостью около 20°. 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 её 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 её центрального ядра. Комета прошла перигелий 16 ноября 1835 г., всего на сутки позже предсказания Ф. Понтекулана, что позволило ему уточнить массу Юпитера, приняв её равной 1/1049 массы Солнца (современное значение 1/1047,6). 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 её составе. Минимальное расстояние от Земли составило всего 0,15 а. е., и комета представляла собой яркое небесное явление. Комета была обнаружена на подлёте 11 сентября 1909 на фотопластинке М. Вольфом в Гейдельберге с помощью 72-см телескопа-рефлектора, оборудованного фотокамерой, в виде объекта 16-17 звёздной величины (выдержка при фотографировании составляла 1 час). Ещё более слабое изображение позже нашлось на фотопластинке, полученной 28 августа. Комета прошла перигелий 20 апреля (на 3 дня позже предсказания Ф. Х. Кауэлла и Э. К. Д. Кроммелина) 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 Землёй, 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 (максимальный размер ядра оказался около 15 км) 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 звёздную величину, а её хвост имел длину около 30°. После 20 мая она стала быстро удаляться, но фотографически регистрировалась до 16 июня 1911 г. (на расстоянии 5,4 а. е.).
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 её 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. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|