Кометы

рис. Комета

С давних времен люди наблюдали на небосклоне красивейшее явление – огромные, красивые кометы с хвостами. Когда-то считалось, что появление кометы на небе - это особый тип атмосферных явлений. Однако в 1577 году датский астроном Тихо Браге опроверг данное мнение, доказав, что комета, наблюдаемая из различных точек занимает одинаковое положение среди звезд, из чего следует, что комета находится дальше от Земли, чем Луна.
В 1705 году Галилео Галилей объяснил принцип движения комет по небу. По его расчетам формы орбит наблюдаемых им комет были близки к параболам. Галилей рассчитал орбиты 24 самых ярких комет, три из которых - 1531, 1607 и 1682 гг. имеют очень похожие орбиты. Астроном сделал выводы, что это орбита одной и той же кометы, движущейся вокруг Солнца по очень вытянутому эллипсу с периодом около 76 лет. Галилей предсказал, что в 1758 г. она должна появиться вновь, и в декабре 1758 г. она действительно была обнаружена. Сам Галлей не дожил до этого времени и не мог увидеть, как блестяще подтвердилось его предсказание. Эта комета (одна из самых ярких) была названа кометой Галлея. Поиски комет производились сначала визуально, а потом и по фотографиям, но открытия комет при визуальных наблюдениях совершаются нередко и сейчас. Кометы обозначаются по фамилиям лиц, их открывших. Кроме того, вновь открытой комете присваивается предварительное обозначение по году открытия с добавлением буквы, указывающей порядковый номер среди комет, найденных в данном году. Потом предварительное обозначение пересматривается, и буква заменяется римской цифрой, указывающей последовательность прохождения кометы через перигелий в данном году. Лишь небольшая часть комет, наблюдаемых ежегодно, принадлежит к числу периодических, т.е. известных но своим прежним появлениям.
Движение большинства происходит по достаточно вытянутым эллипсам, сильно напоминающим параболы. Пока не определены их периоды обращения, предположительно они достигают нескольких миллионов лет. Многие кометы удаляются от Солнца на огромные расстояния, которые можно сравнить с межзвездными. Плоскости их почти параболических орбит не концентрируются к плоскости эклиптики и распределены в пространстве случайным образом. Прямое направление движения встречается так же часто, как и обратное. Орбиты периодических комет имеют форму вытянутого эллипса и имеют совершенно иные характеристики. Из 40 комет, наблюдавшихся более чем один раз, 35 имеют орбиты, наклоненные меньше чем на 45º к плоскости эклиптики. Только комета Галлея имеет орбиту с наклонением, большим 90º, и, следовательно, движется в обратном направлении. Остальные движутся в прямом направлении. Среди короткопериодических (т.е. имеющих периоды 3-10 лет) комет выделяется "семейство Юпитера" - большая группа комет, афелии которых удалены от Солнца на такое же расстояние, как орбита Юпитера. Предполагается, что семейство Юпитера образовалось в результате захвата планетой комет, которые двигались ранее по более вытянутым орбитам. Эксцентриситет кометной орбиты может возрастать или уменьшаться в зависимости от взаимного положения кометы и Юпитера. В первом случае происходит увеличение периода или даже переход на гиперболическую орбиту и потеря кометы Солнечной системой, во втором - уменьшение периода. Орбиты периодических комет подвержены очень заметным изменениям. Иногда комета проходит близко к Земле не один раз, а потом притяжением планет-гигантов отбрасывается на более удаленную орбиту и становится ненаблюдаемой. В других случаях, наоборот, комета, ранее никогда не наблюдавшаяся, становится видимой из-за того, что она прошла вблизи Юпитера или Сатурна и резко изменила орбиту. Кроме подобных резких изменений, известных лишь для ограниченного числа объектов, орбиты всех комет испытывают постепенные изменения. Изменения орбит не являются единственной возможной причиной исчезновения комет.
Учеными доказано, что кометы имеют свойство быстро разрушаться. Короткопериодические кометы со временем становятся менее яркими, а в иногда процесс разрушения можно наблюдать практически непосредственно. Ярким примером такого явления служит комета Биэлы. Впервые она была обнаружена в 1772 г. затем наблюдалась в 1815, 1826 и 1832 гг. В 1845 г. размеры кометы оказались заметно увеличенными, а в январе 1846 г. наблюдатели 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. Зато неоднократно наблюдался метеорный поток, орбита которого совпадала с орбитой кометы Биэлы.

рис. Ядро кометы Хартли 2

Приближаясь к Солнцу, комета испытывает сильные изменения. Увеличивается ее яркость, размер хвоста, часто меняется даже сама структура кометы. Хвост кометы зачастую имеет форму конуса, в вершине которого расположено размытое пятно (голова). Голова состоит из туманной оболочки (комы) и звездообразного ядра, которое является самой яркой точкой кометы. Яркость комы возрастает по направлению к ядру. Головы комет могут иметь очень большие размеры - несколько десятков и даже сотен тысяч километров. Хвост кометы всегда направлен от Солнца. Когда расстояние от Солнца велико, хвост отсутствует или очень мал, хорошо видна только кома. Быстрое развитие хвоста кометы начинается при сближении ее с Солнцем, примерно до 1 а.е. В это время обычно хвост растет с огромной скоростью, около 106 км в сутки, пока не достигнет величины около 108 км. Силы, отталкивающие кометный хвост от Солнца, - это световое давление и корпускулярные потоки. 
Массы комет определить довольно трудно, так как они настолько малы, что даже при достаточно близком прохождении вблизи планет не могут повлиять на их движение. Можно указать только верхний предел массы комет. Масса больших комет примерно в 10000 раз меньше массы Земли, но в действительности масса может быть на несколько порядков меньше. Понятно, что средняя плотность кометного вещества тоже должна быть весьма низкой. Кома представляет собой очень разреженную газовую среду с концентрацией молекул 105-1010 см-3. Истинное, практически невидимое ядро, окруженное этой атмосферой, по современным представлениям является твердым телом диаметром от 1 до 30 км. Ядро состоит главным образом из летучих веществ, находящихся в твердом состоянии ("льдов"), таких, как СН4 , NН3 , Н2О, СО2 . В основную ледяную массу вкраплены молекулы нелетучих веществ и более или менее крупные их частицы. Приближение к Солнцу вызывает сублимацию (возгонку) льдов, и в результате выделяется газообразный материал, образующий хвост кометы. На очень близких расстояниях от Солнца в спектре ядра наблюдаются линии металлов. Это и доказывает, что, кроме летучих веществ, в ядрах комет присутствуют и тугоплавкие. Если бы Земля столкнулась с кометой, то это не привело бы к каким-либо катастрофическим последствиям. При прохождении Земли сквозь кометный хвост лишь немного увеличилась бы яркость неба, а столкновение с головой привело бы к сильному метеорному дождю.
Голландский астроном Ян Хендрик Оорт выдвинул гипотезу, согласно которой вокруг Солнечной системы находится гигантское облако кометных ядер, которое простирается на расстоянии до 1 пс. Под влиянием звездных возмущений меняются орбиты некоторых ядер, в результате чего вблизи Солнца появляются кометы. На данный момент обнаружено более 400 короткопериодических комет. Из них около 200 наблюдалось в более чем одном прохождении перигелия.