Кометы. Странники Солнечной системы - Леонид Владимирович Еленин

ядра кометы, ученым с достаточно высокой точностью удалось рассчитать его массу – 10 миллиардов тонн. Средняя объемная плотность ядра составила 0,4 г/см 3, что даже меньше принятого значения. Было измерено и соотношение тяжелой и обычной воды. Выяснилось, что оно в 3,5 раза выше, чем среднее значение для воды земных океанов. Помимо богатых залежей водяного льда был обнаружен иней, образующийся при быстрой конденсации паров воды на теневой стороне ядра в результате его вращения. Спускаемому аппарату, несмотря на все его злоключения, все же удалось установить, что толщина поверхностного пылевого слоя составляет 20–25 см, а скрывающийся под ней первозданный древний водяной лед имеет очень низкую прочность на сжатие, менее 12 Па, то есть, он мягче свежевыпавшего снега. Помимо этого открытия, «Филы» нашел на поверхности ядра кометы следы полутора десятков органических молекул, четыре из которых были обнаружены в составе комет впервые.

Собрав все полученные с таким трудом знания о кометных ядрах, мы можем с достаточной степенью достоверности ответить на один из главных вопросов: так что же представляет собой «сердце» кометы? Ученые прошли долгий путь от «роя песка» Литтлтона, «грязного снежка» Уиппла, через «ледяной комок грязи» к пониманию того, что кометы – это конгломерат каменных тел с вкраплениями льда. Астрономы пока точно не определились с соотношением минералов и льдов. Предлагаются оценки от трех к одному до шести к одному и даже выше. А малая средняя плотность ядра связана с тем, что большую часть его внутреннего объема занимают полости, заполненные летучими веществами при сублимации льдов, главным из которых является водяной лед – его содержание в среднем составляет от 80 до 90 %. Именно поэтому кометы резко увеличивают свою активность при прохождении снеговой линии водяного льда, которая в Солнечной системе лежит в пределах от 2,7 до 3,1 астрономической единицы от Солнца. На этой границе температура водяного льда достигает 140–170 кельвинов, и он начинает сублимироваться. Активность льдов из углекислого газа и метана начинается значительно дальше от Солнца, при более низкой температуре, а лед из угарного газа может начать «закипать» уже при пересечении орбиты Нептуна. Если комета богата именно таким льдом, она будет достаточно активна даже на больших гелиоцентрических расстояниях.

Итак, именно космические миссии дали главный толчок к развитию наших знаний о загадочных кометных ядрах, вечно скрытых под непроницаемой вуалью газа и пыли, составляющей кометную кому или, как ее еще называют – голову кометы, которую мы и видим, рассматривая далекого странника Солнечной системы в телескоп. По сравнению со скромной величиной ядер, эти образования могут достигать поистине исполинских размеров. К примеру, диаметр головы кометы Хейла – Боппа превышал 2 миллиона километров! И конечно, динамика и эволюция этих гигантских структур неразрывно связана как с активностью и вращением самого ядра, в особенности для ее внутренней части, так и с активностью Солнца, поток ионизированных частиц которого совместно с давлением солнечного света «сдувает» часть вещества, образуя разные по своей природе протяженные хвосты – наверное, главный визуальный элемент комет. Но к ним мы вернемся позже, а сейчас пришло время рассказать о коме.

Хотя, как я уже говорил, кометные газово-пылевые оболочки могут превосходить по своим размерам Юпитер и даже само Солнце, они очень разрежены. Их химический состав известен с XIX века: углекислый и угарный газы, аммиак, метан, метанол и циан, причем преобладание одного из этих веществ влияет на цвет кометы. К примеру, избыток смертельного для нас угарного газа придает комете красивый и достаточно редкий сине-голубой оттенок, а не менее опасный циан – бирюзовый. Из-за подобного состава кометных атмосфер у землян нередко случались панические атаки, но об этом я еще расскажу в свое время.

Кому принято разделять на внутреннюю и внешнюю, конечно, без какой-то четкой границы. Известный советский астроном Леонид Маркович Шульман[57], занимавшийся исследованием комет, предложил деление общей кометной атмосферы на несколько зон: пристеночный слой, околоядерную область, переходную область и область свободномолекулярного разлета частиц в космическое пространство. Не у всех комет должна наблюдаться описанная структура, и я думаю, что в рамках моего ознакомительного рассказа мы упростим строение кометных голов. Внутренняя кома плотнее; именно она скрывает в себе ядро. На снимках хорошо различим яркий однородный «шарик», который астрономы также называют псевдоядром. Он в меньшей степени подвержен влиянию Солнца, и его форма (морфология) является неким индикатором того, что происходит с невидимым нам сердцем кометы – ее ядром. Разделение или «вытягивание» псевдоядра может быть прямым следствием фрагментации самого кометного ядра, причем такие наблюдения не редкость и к ним мы еще вернемся. Приобретение внутренней комой формы капли с хорошо различимым узким хвостом – признак того, что ядро кометы разрушилось или находится в процессе разрушения. Никогда не забуду, как смотрел на снимки своей первой кометы C/2010 X1 (Elenin), которая в один момент потеряла блеск, а ее псевдоядро начало трансформироваться, вытягиваясь с образованием узкого шлейфа «обломков». И да, когда производят фотометрические наблюдения комет, то различают две оценки блеска, выделяя их индексами: «T» (общий блеск всей головы кометы) и «N» – блеск «ядра», а точнее, того самого псевдоядра. Именно во внутренней коме, которую еще называют молекулярной или фотохимической комой, как раз и происходят все процессы, связанные с химическими реакциями, распадом и ионизацией молекул.

Внешняя кома намного более разрежена: сквозь нее на снимках можно наблюдать далекие звезды фона. По сути, она и есть то самое «наблюдаемое ничто», ведь ее средняя плотность в тысячу раз меньше плотности молекул в лабораторном вакууме, создаваемом в земных условиях. В ее составе преобладают свободные радикалы – частицы, содержащие один или несколько неспаренных электронов (одну орбиталь атома занимает не электронная пара, а один электрон). В коме кометы в основном присутствуют свободные радикалы OH, CN, CH, NH. Они химически очень активны и, обладая высокой реакционной способностью, охотно вступают во взаимодействие. Именно эта кома, которую также называют видимой или комой радикалов, служит поставщиком вещества, которое при усилении солнечного ветра и светового давления, вызванного уменьшением гелиоцентрического расстояния, а проще говоря – приближением кометы к Солнцу, образует хвост или несколько хвостов кометы. Геометрия внешней комы нередко изменяется под напором неистового Солнца, принимая вытянутую или каплеобразную форму. Это никак не связано с тем, как себя «чувствует» само ядро, хотя и тут есть исключения, о которых я расскажу, когда речь зайдет о типичных структурах, наблюдающихся в газово-пылевых оболочках комет.

В конце XX века несколько групп ученых, в том числе группа под руководством американского астронома Майкла А’Херна, попробовала классифицировать кометы по их химическому составу. В ходе этой работы была изучена