Кометы. Странники Солнечной системы - Леонид Владимирович Еленин

в плотной газово-пылевой оболочке, особенно внутренней коме, которая имеет заметную оптическую толщину, то есть, скорее всего, воспринимается как непрозрачная часть самого ядра, безусловно им не являясь. Поэтому нет ничего лучше, чем наблюдение ядра вблизи непосредственно с помощью камер космического аппарата.

Так что же можно сказать о плотности кометных ядер? Не буду перечислять десятки оценок их средней объемной плотности (не плотности отдельных твердых частиц, составляющих ядро, а общей плотности ядра с учетом подповерхностных пустот), опубликованных за последние 40 лет. Скажу лишь, что они колеблются от 0,1 до 1,2 грамма на кубический сантиметр (напомню, что средняя плотность пресной воды равна 0,998 г/см 3). Анализ распада кометы D/1993 F2 (Shoemaker-Levy 9) дает более узкую оценку средней объемной плотности в 0,5–0,6 г/см 3, что близко к значению, которое используют астрономы в современных научных статьях: обычно это 0,6 г/см 3. Как видим, если поместить ядро кометы в исполинский бассейн, то оно будет плавать на поверхности воды.

Еще один трудноопределимый параметр ядра – его отражательная способность, альбедо. Это важный показатель: на его основе можно оценить физический размер ядра по его фотометрическим наблюдениям (измерению видимого блеска), по которым вычисляется абсолютная звездная величина кометного ядра. И вновь проблема в том, что для определения этого параметра дистанционно нужно измерять неактивное ядро – пока его даже слабая разреженная кома не станет вносить искажения в измерения. Как будет сказано дальше, кометы могут быть слабоактивны даже на достаточно больших гелиоцентрических расстояниях, а значит, подобное влияние нужно учитывать. В целом можно утверждать, что все кометные ядра очень темные, то есть слабо отражают свет. Как же так, ведь мы знаем, что на их поверхности должны быть залежи льда? Да, но нужно иметь в виду, что этот лед погребен под толстым слоем пыли, а частично открытые участки занимают лишь малую долю площади. Самым «темным» кометным ядром на данный момент считается ядро кометы 9P/Borrelly – его геометрическое альбедо составляет всего 0,029, то есть его поверхность в среднем отражает лишь 2,9 % падающего на него света – меньше, чем у самого темного асфальта, и в 10–20 раз меньше, чем у водяного льда. Среднее значение альбедо поверхности ядер по выборке из нескольких десятков хорошо изученных комет считается равным 0,04, то есть 4 %.

В целом мы уже хорошо представляем себе, чем физически является кометное ядро. Пора переходить к вопросу о его химическом составе: из чего состоят его льды и что за летучие вещества заполняют его бесчисленные полости. И с этим, как вы понимаете, тоже возникли проблемы. Вроде бы все просто – получить спектр и расшифровать его. Впервые спектр кометы был получен еще в далеком 1864 году итальянским астрономом Джованни Баттиста Донати, о чем я уже рассказывал в предыдущей главе. Но этот спектр содержал лишь «подпись» самого Солнца, свет которого попросту отражался от атмосферы головы кометы, и три широкие эмиссионные линии, то есть линии излучения вещества самой комы. И это оказался самый распространенный элемент кометных атмосфер – молекула диуглерода C2. Позже эти линии назовут полосами Свана, по имени шотландского ученого Уильяма Свана, занимавшегося исследованиями спектра углерода.

Лишь к 30-м годам XX века ученым стало понятно, что излучающие в видимом спектре молекулы кометных голов и хвостов являются «вторичными» элементами. Это лишь «осколки» тех первичных молекул, которые составляют кометное ядро. Одним из первых разгадать эту загадку решился немецкий ученый Карл Вурм, изучавший молекулы звездных и кометных атмосфер. В 1948 году бельгийский астроном Пол Свингс опубликовал две работы, в которых указал, что ядро кометы Энке может содержать многоатомные молекулярные льды, а их диссоциация (распад) рождает свободные радикалы, те самые «обломки» первичных элементов, которые ученые наблюдают в оптическом излучении. Опираясь на эти выводы, в 1950 году Фред Уиппл публикует свою классическую статью, представляя в ней модель химического строения кометных ядер, в основном состоящих из водяного льда, но также содержащих небольшое количество льдов из метана, аммиака и других веществ. Уиппл и Свингс совместно предположили, что многоатомные молекулы, хранящиеся в ядре, могут иметь межзвездное происхождение, а значит, эти знания могут играть большую роль в понимании процесса формирования как нашей, так и других планетных систем.

С этого момента началась самая настоящая охота на новые свободные радикалы, которые должны были подсказать разгадку ребуса – на какие первичные молекулы в составе ядра они могут указывать. К примеру, обнаружение возбужденного атома кислорода O (1D) может говорить о фотодиссоциации, то есть, химической реакции распада воды, угарного и углекислого газов непосредственно на поверхности ядра кометы под действием солнечного света. Обнаружение гидроксидов (OH) также косвенно говорит о присутствии воды (водяного льда). Именно фотодиссоциация молекул диуглерода и дициана придает кометам тот самый прекрасный изумрудный цвет. И все же наличие определенных «маркеров» не может однозначно указывать на наличие той или иной молекулы в составе кометного ядра. Анализ этих данных – сложный процесс, где кусочки химической мозаики рассматриваются в комплексе, позволяя сделать достоверные выводы. За прошедшие десятилетия к первичным молекулам кометных ядер, кроме классических метана CH4, аммиака NH2, воды H2O, углекислого газа CO2 и циана C2N2, предложенных Уипплом, были добавлены ацетилен C2H2, окись и закись азота (NO, N2O), синильная кислота HCN и прочие молекулы – на данный момент их известно намного больше. «Кухня» кометного ядра достаточно разнообразна, помимо сильнейших ядов (для человека), в ней могут содержаться и взрывчатые вещества, такие как азобензол и триазоуксусная кислота.

Как вы видите, задача дистанционного изучения состава ядра сложная и неоднозначная. Все ученые соглашались с тем, что для полного понимания химии кометных ядер нужно изучать их напрямую, и впервые это удалось сделать, как я уже рассказывал, в 1986 году, когда «Армада Галлея» передала на Землю неоценимые научные данные, в том числе и о химическом составе выбросов с поверхности кометы. По данным космического аппарата «Джотто», в их составе содержится 80 % воды, 10 % окиси углерода, 2,5 % смеси метана и аммиака, а также немного других углеводородов, железа и натрия. На поверхности ядра были обнаружены два вида пыли: одна с преобладающим содержанием углерода, водорода, азота и кислорода, и другая, в состав которой в большей степени входили кальций, железо, магний, кремний и натрий.

Спустя 28 лет на поверхность кометы Чурюмова – Герасименко сел спускаемый аппарат «Филы», открыв тем самым новую эру в исследовании кометных ядер. Миссия «Розетта» и «Филы» дали новые знания, опровергли или подтвердили построенные учеными теории. Оказалось, что около 80 % объема кометного ядра составляют пустоты, а исходя из движения «Розетты» на орбите вокруг