Орбиты и строение комет

После открытия кометы ученые стараются определить, по какому пути, или, как говорят астрономы, по какой орбите, она движется. Это необходимо для того, чтобы в случае нового появления кометы можно было опознать старую, уже знакомую комету. Кроме того, зная орбиту кометы, можно заранее предсказать, когда она станет снова доступной для наблюдений.

Ученые определили орбиты и периоды обращения многих комет.

Так, в июне 1770 г. парижскими астрономами была открыта новая комета. За ней можно было следить до 2 октября 1770 г. По своему внешнему виду она ничем особенным не выделялась. Движение этой кометы стал изучать петербургский астроном А. И. Лексель. Его вычисления показали, что эта комета обращается вокруг Солнца в 5,5 года, т. е. в два раза скорее, чем, например, планета Юпитер.

Дальнейшие исследования лишь подтвердили правильность расчетов астронома А. И. Лекселя. Периодичность комет была окончательно доказана. После кометы Лекселя было найдено много других комет, период обращения которых вокруг Солнца был небольшим, Теперь известны уже 72 кометы, обегающие Солнце за время, меньшее, чем 30 лет. Такие кометы называют короткопериодическими, в отличие от комет, двигающихся по столь вытянутым путям, что они или совсем уйдут от Солнца, или же вновь возвратятся через много сотен и даже тысяч лет. В 60-х годах XIX в. московский ученый Федр Александрович Бредихин приступил к изучению комет. Бредихин создал теорию кометных форм, объяснил особенности кометных хвостов и заложил основы современных научных представлений о кометах.

Согласно теории Бредихина, голову и хвост кометы образуют частички газа и пыли, выбрасываемые с поверхности ядра кометы. Бредихин высказывавшуюся мысль, что солнечные лучи являются причиной того, что эти газ и пыль потоком, как бы от взрыва, направляются из ядра сперва в сторону к Солнцу, а затем идут обратно от него под действием какой-то отталкивательной силы. Эта сила как бы затормаживает движение к Солнцу вещества комет, а затем заставляет его двигаться в обратную сторону со все большей и большей скоростью.

Так, подобно своеобразно действующему газовому фонтану, образуются туманная голова кометы и ее хвост. Что же это за отталкивательная сила, действующая на вещество комет?

Природу этой силы выяснил другой замечательный русский ученый - Петр Николаевич Лебедев. В конце XIX в. он доказал, что свет действительно производит давление на поверхность, поставленную на пути светового потока, как это заключил из своей теории английский физик Максвелл. П. Н. Лебедев с большим мастерством производил точные физические опыты. Опытами он доказал существование давления света на твердые тела и на газы.

Давление света практически не сказывается на больших телах, поэтому мы не замечаем его действия на Земле. Но при уменьшении размеров тела оно все больше дает себя знать и некоторых случаях может играть решающую роль. Если поперечник частички составляют приблизительно 0.01 долю миллиметра, то давление света на нее оказывается уже значительным и будет превосходить силу притяжения.

П. Н. Лебедев высказал мысль, что отталкивательной силой Солнца, влияющей на образование хвостов комет, является именно давление солнечных лучей на поверхность частичек, составляющих кометный хвост. Хотя эти частички и подчиняются закону тяготения, но давление света на них много сильнее притяжения к Солнцу, и они как бы убегают от него.

Рассматривая зарисовку кометы 1744 г. (той самой, которую наблюдал Ломоносов), Бредихин заинтересовался тем, что у нее было много хвостов. Размышляя над причинами этого явления, он пришел к выводу, что истечение материи из ядра происходит отдельными взрывами. Каждый взрыв дает облако частиц, двигающихся с разными скоростями. Они образуют как бы поперечные полосы, впереди которых движутся частицы с большими скоростями, сзади - с меньшими. Затем идет полоса, образованная частицами следующего облака, и т. д. Эти поперечные полосы и создают картину нескольких хвостов у кометы.

Изучая процессы образования хвостов у различных комет, Бредихин сделал важное открытие. Оказалось, что хвосты комет бывают в основном трех типов: прямые, узкие, направленные прямо от Солнца (первый тип), широкие, немного искривленные и уклоняющиеся от Солнца (второй тип) и короткие, уклоненные еще больше (третий тип).

Почему получаются столь различные хвосты у комет? На этот вопрос сейчас можно ответить так: разные кометы состоят из частиц различного состава и свойств, различным образом отзывающихся на действие Солнца. На одни частицы световое давление действует сильнее, на другие слабее, поэтому у тех или иных комет частицы будут двигаться по разным путям и получатся хвосты разных форм. В последнее время выяснено, что, помимо давления света, на частички хвостов действуют и быстро движущиеся ядра атомов водорода и электроны, выбрасываемые с поверхности Солнца.

Ясно, что раз материал хвоста выбрасывается из ядра кометы, то хвост мы можем рассматривать как продукт разрушения кометы. Частички головы и хвоста, подгоняемые отталкивательной силой Солнца, бомбардируемые быстро двигающимися солнечными частицами, уносятся с большой скоростью в мировое пространство. Таким образом, материал ядра, способный образовывать хвост, истощается, комета "теряет" свою массу. Это теоретическое соображение было подтверждено при изучении яркости комет. Оказывается, кометы резко снижают свою яркость от появления к появлению и, наконец, совсем перестают быть видимыми.

Ф. А. Бредихин обратил внимание на то, что у некоторых комет хвосты были направлены не от Солнца, а к Солнцу. Он назвал такие хвосты аномальным и высказал мысль, что они образуются из частичек, на которых отталкивательная сила Солнца не действует. Эти частички и есть, по-видимому, те пылинки и камешки, которые образуют потоки метеорных тел, движущихся по пути тех комет, ядра которых постепенно распались на множество мельчайших частиц.

Труды Бредихина послужили основой для дальнейшего изучения комет. Сейчас наши знания о кометах стали гораздо более полными. Мы уже знаем, из чего состоят кометы и их хвосты. В этом нам помог спектральный анализ.

Еще в 80-х годах XIX в. в Пулковской обсерватории велись исследования спектров комет. Постепенно было установлено, что в голове кометы светятся главным образом газы - углерод и циан, а вблизи ядра головы - молекулы углеводородов и соединений азота с водородом. В хвостах же комет были обнаружены ядовитый газ - окись углерода и азот, находящиеся в наэлектризованном состоянии. Из сравнения спектров комет был сделан вывод, что все кометы по характеру спектра похожи друг на друга и, следовательно, имеют родственную природу. Мы уже видели, что свечение комет объясняется действием солнечных лучей, так как оно начинается лишь при приближении кометы к Солнцу. Вместе с тем свечение появляется на таком расстоянии от Солнца, где тепло его лучей еще не может согреть комету.

Значит, свечение вызывается не теплом Солнца, а чем-то другим. В чем же его причина? Мы знаем, что на раскаленной поверхности Солнца происходят грандиозные вспышки, сопровождаемые излучением ультрафиолетовых лучей. При этом выбрасываются с громадными скоростями мельчайшие частицы вещества - атомы и электроны. Попадая в атмосферу Земли, эти частицы вызывают полярные сияния и магнитные бури. Эти же частицы могут бомбардировать поверхность ядра кометы, содействуя выделению газов. Ультрафиолетовые, а обычные лучи Солнца, действуя на кометные газы, вызывают их свечение. Надо помнить, однако, что все высказанные здесь соображения не дают полного объяснения свечению комет.

Русские астрономы определили количества вещества в кометах - их массы. Было доказано, что массы комет в миллиарды раз меньше массы Земли. Если сдавить вещество средней по размерам кометы до такой плотности, как, например, плотность Земли, то получится тело поперечником не больше нескольких километров. При этом надо принять во внимание, что ядро, т. е. твердое тело кометы, в некоторых случаях не превышает по своим размерам и нескольких сотен метров. А так как хвосты комет протягиваются на миллионы километров, мы можем себе представить, как сильно разрежено составляющее их вещество.

В наших лабораториях, откачивая воздух из плотно закупоренного сосуда, мы не можем еще добиться такой степени разрежения вещества, какая существует в хвостах комет. Поэтому, хотя в состав комет и входят ядовитые газы, они не могут причинить нам вреда, если Земля попадет внутрь кометного хвоста, как это и было в 1910 г. при прохождении Земли сквозь хвост кометы Галлея.

По сути дела, хвосты комет - это "видимое ничто", и мы можем наблюдать их только потому, что сворхразреженный газ светится под действием солнечных лучей и потоков частиц, выбрасываемых с солнечной поверхности.

Сопоставляя силу света комет, можно сравнить их между собой. При этом выяснилось одно очень важное обстоятельство. Оказалось, что для многих периодических и особенно для короткопериодических комет, таких, которые совершают свое обращение вокруг Солнца за 5 - 10 лет, отмечается очень быстрое падение яркости. Кометы буквально за несколько десятков лет из яркого светила превращаются в чуть заметные пятнышки. Многие кометы, которые раньше наблюдали невооруженным глазом, становятся видимы лишь при помощи самых мощных телескопов, а затем и совсем исчезают.

Следовательно, короткопериодические кометы возникли совсем недавно. В самом деле, раз вещество головы и хвоста кометы так быстро истощается, следовательно, эта комета произошла недавно, иначе ее вещество давно бы истощилось. Вот какой важный вывод вытекает из сравнения яркости короткопериодических комет.

Было установлено, что кометы не могут приходить к нам из межзвездного пространства, так как в этом случае их орбиты были бы совсем иными. А отсюда надо сделать и другой важный вывод: место рождения комет - солнечная система. Ученые работают над выяснением того, как образуются кометы.

В этом вопросе еще далеко не все ясно. Несомненно, однако, то, что происхождение комет тесно связано с происхождением и развитием других тел солнечной системы - малых планет, метеоров и т. д. Поиски комет когда-то производились визуально, т.е. глазом, при помощи небольшого телескопа. С телескопом астрономы тщательно осматривали различные участки неба. Если встречалось туманное пятнышко среди звезд, нужно было еще убедиться в том, что это комета, а не туманность. Ведь мы уже говорили, что на небе видно большое число туманностей, входящих в нашу звездную систему и состоящих из громадных облаков газа и пыли.

Разница только в том, что кометы передвигаются среди звезд, а туманности представляются неподвижными. За последние десятилетия небо стали фотографировать специальными фотографическими камерами и по фотографиям стали отыскивать кометы. История астрономии знает несколько имен неутомимых наблюдателей - "ловцов" комет. К ним принадлежал известный российский астроном Григорий Николаевич Неуймин. Он работал на Симеизской обсерватории (теперь Крымская астрофизическая обсерватория Академии наук) и занимался изучением небесных тел. В течение долгих ночей он фотографировал звездное небо со специальными фотокамерами, приспособленными для астрономических наблюдений (так называемыми астрографами). Неуймин прославился открытием многих малых планет и ряда новых комет. Кометы с одинаковым успехом можно искать во всех частях неба - визуально или при помощи фотографии. Каждый любитель астрономии, каждый человек, внимательно, с интересом следящий за небом, может открыть комету. Здесь не надо длительной теоретической подготовки к поискам. Так, например, замечательную, довольно яркую комету, которая была видна невооруженным глазом, открыли в 1939 г. любители астрономии - два российских педагога Ахмаров и Юрлов. Интерес к небу и знакомство с созвездиями позволили им первыми во всем мире увидеть новое светило. Быстро сообщив о своем открытии в астрономическую обсерваторию, они закрепили за собой первенство открытия. Комета Ахмарова - Юрлова вечно будет носить их имена. Вернувшись к Солнцу через 7500 лет (таков период ее обращения вокруг Солнца), она напомнит людям будущего об этих двух любителях науки. Каждый год астрономы наблюдают по несколько комет, среди них возвращающиеся периодические кометы, а также и новые - чаще всего слабые кометы. В конце 1947 г. и в конце 1948 г. наблюдались большие кометы, но они были видны только в Южном полушарии Земли.

Невооруженным глазом в 1957 г. хорошо были видны две яркие кометы с хвостами. Интересно, что вторая из этих ярких комет была открыта любителями неба еще за несколько дней до того, как ее стали наблюдать ученые-астрономы.

Изучение каждой кометы - интереснейшего светила - приносит новое в сокровищницу науки, позволяет ученым еще ближе подойти к полному изучению особенностей комет и выяснению их происхождения. Познание свойств этих когда-то загадочных небесных тел помогает установить природу явлений, происходящих на Солнце. Кометы оказываются своеобразными показателями солнечной активности. Кометы оказываются своеобразными лабораториями, двигающимися в космическом пространстве. Надо только уметь читать "сигналы", идущие от этих небесных тел. И астрономы, пользуясь все более совершенными телескопами и радиотелескопами делают это все лучше и лучше, раскрывая все особенности строения комет.