Астероидно-кометная опасность: вчера, сегодня, завтра - Борис Шустов

В мире для обязательного использования при проектировании космических полетов в разные периоды времени применялись четыре такие модели [Drolshagen et al., 2008]. Их характеристики приведены в табл. 5,4, в которую включена также модель ГОСТ 25645.128-85 «Вещество метеорное. Модель пространственного распределения».

Существуют также модели метеороидного вещества в окрестности других планет земной группы. В последние годы активно исследуется Марс космическими аппаратами NASA. Российская Федерация также планирует в ближайшее время запуск космического аппарата (КА) «Фобос-Грунт» к Марсу, одной из основных задач которого будет исследование спутника Марса Фобоса. Существуют модели метеороидного вещества вблизи Марса и Фобоса, которые позволяют более или менее реально определить степень риска столкновения КА с метеороидными частицами различных масс и размеров, оценить скорость такого столкновения и энергию удара. Одна из таких моделей развивается в Астрономическом институте Санкт-Петербургского государственного университета [Krivov et al., 1995].

Таблица 5.4. Метеороидные модели

5.4. Кометы как родоначальницы метеорных роев

По яйцевидному путиЛетит могучая комета.О чем хлопочет пляской света?Что нужно в мире ей найти?Она встает уж много лет,Свой путь уклончивый проводит,Из неизвестного приходит,И вновь ее надолго нет.Как слабый лик туманных звезд,Она в начале появленья —Всего лишь дымное виденье,В ней нет ядра, чуть тлеет хвост.Но ближе к Солнцу — и не та.Уж лик горит, уж свет не дробен,И миллионы верст способенТянуться грозный след хвоста.

К. Бальмонт

К настоящему моменту наиболее признанной является концепция возникновения метеороидных роев как следствия полной или частичной дезинтеграции кометных ядер, существенно усиливающейся при приближении кометы к Солнцу (см. также главу 4). Впервые такое предположение высказал Дж. Скиапарелли (1866), когда отождествил орбиту потока Персеиды с орбитой кометы 1862 II. К 40-м гг. XX в. таких отождествлений было всего четыре: комета 1866 I (она же комета Темпеля — Туттля) — поток Леониды, комета 1862 II — поток Лириды, комета Энке — Баклунда — поток Тауриды, комета 1910 II (Галлея) — потоки Ориониды и η-Аквариды. Весьма интересными представляются флуктуации частот появления космических «пришельцев» в окрестности земной орбиты и непосредственно в биосфере Земли. На основе анализа более чем 8000 исторических свидетельств о пролете комет и болидов, падении метеоритов и метеорных дождях за прошедшие 2000 лет были выявлены особые интервалы 0–500 лет, 1000–1250 лет, 1450–1750 лет, изобилующие сообщениями о появлении комет. Была выявлена явная связь между кометами и метеорными потоками. Распад комет на отдельные фрагменты или их частичная дезинтеграция является наиболее активным процессом их эволюции. Он наблюдается у относительно ярких комет и обычно сопровождается различными проявлениями кометной активности. Так, за период с 1843 г. по 1971 г. наблюдалось около 16 случаев расщепления комет с последующим расхождением фрагментов. За последние годы к числу интересных явлений добавились ставшая весьма знаменательной комета Веста (1975 n), комета Когоутека (1973 f), комета Уилсона, яркая вспышка кометы Галлея после прохождения перигелия, комета Швассмана — Вахмана 3, Шумейкеров — Леви, Холмса и др. В 11 случаях распад произошел на гелиоцентрических расстояниях R 6 1,6 а.е., в двух случаях — в зоне астероидов и в трех — на расстоянии орбиты Юпитера. Применив метод дифференциальной коррекции для интерпретации наблюдений кометы Виртанена (1957 VI), Секанина [Sekanina, 1979] уточнил место расщепления этой кометы — 9 а.е. вместо 4,9 а.е., как принималось ранее. Кроме того, Секанина считает, что абсолютно достоверно распавшимися можно считать только шесть комет — 1881 I, 1914 IV, 1943 I, 1955 V, 1968 III, 1969 IX. Для двух комет — 1889 IV, 1896 V — имеются достаточные основания считать их распавшимися. Поскольку фрагменты около половины распавшихся ядер комет являются короткоживущими, можно предположить, что фрагменты малых размеров выбрасываются из родительских ядер значительно чаще. Однако наблюдение таких фрагментов затруднено вследствие малости их размеров. В случае кометы Таго — Сато — Косаки (1969 IX) Секанина установил, что ее распад совпадает с визуально наблюдавшейся вспышкой блеска и с внезапным увеличением истечений вещества из кометы.

На рис. 5.17 показана орбита кометы Темпеля — Туттля и положение планет на 28 февраля 1998 г., когда комета проходила недалеко от Солнца. Также представлен снимок неба с метеорами потока Леониды, сделанный на обсерватории Modra с 4-часовой экспозицией 17 ноября 1998 г.

Рис. 5.17. Орбита кометы 55Р Темпеля — Туттля [Yeomans et al., 1996]. Положение планет показано на 28 февраля 1998, когда комета проходила недалеко от Солнца. Справа преставлен снимок неба с метеорами потока Леониды, сделанный на обсерватории Modra с 4-часовой экспозицией 17 ноября 1998 г. (http://leonid.arc.nasa.gov/meteor.html)

Комета Веста стала уникальным объектом для наблюдателей и исследователей структуры и состава кометного ядра. Многократный распад ядра на фрагменты и сложная структура пылевого хвоста оказались хорошо зафиксированы на снимках и рисунках. Интерпретация фотографий, на которых зафиксированы распад ядра кометы Веста, расхождение фрагментов ядра и их эволюция, позволила установить наличие весьма широких пылевых потоков. Анализ фотометрических данных позволил оценить размеры ядра и его 4 фрагментов, каждый из которых можно оценить как ядро небольшой кометы. Пылевой хвост кометы составляют пылевые частицы субмикронных и микронных размеров, выброшенные из ядра вблизи перигелия орбиты, а 13 концевых синхрон в пылевом хвосте могут соответствовать количеству относительно крупных осколков, на которое разделилось ядро кометы 1975 VI Веста. Такое ядро на некоторое время будет представлять собой связанный рой льдистых тел.

Для изучения целого ряда явлений в кометах, состава и структуры ядер, рельефа поверхности и размеров ядра, оценки активной деятельности кометы и пр. в последние два десятилетия были разработаны, осуществлены и продолжают осуществляться космические миссии к ядрам периодических комет: миссия Стардаст (Stardust), миссия Дип Импакт (Deep Impact), миссия Розетта (Rosetta).

Одним из результатов миссии Стардаст было обнаружение большого количества активных струй, состоящих из частиц, вытекающих из различных участков поверхности ядра кометы Вильда 2. Предполагалось, что джеты должны выбрасываться на близкие расстояния от ядра и затем диссипировать, образуя светящееся тело. Однако сверхскоростные струи (джеты) не диссипировали, оставаясь мощными узкими струями. Так, зонд Стардаст оказался полностью изрешечен большим количеством частичек при его пролете через три гигантских джета.

Таким образом, дезинтеграция комет является достаточно распространенным процессом в Солнечной системе. Образуются ли в результате этого процесса метеороидные рои и чем обосновывается утверждение об их связи с определенной кометой-родоначальницей?

Б. Ловелл дает четыре основных критерия, с помощью которых рекомендуется устанавливать общность орбит кометы и метеороидного роя: а) при условии, что комета достаточно близко подходит к Земле, различие элементов орбит кометы и метеороидного роя должно быть минимальным;

б) должны существовать повторные возвращения метеорного потока с периодом, сходным с периодом кометы;

в) смещение даты потока назад или вперед должно соответствовать движению узла кометы;

г) в случае длительного потока должно существовать суточное смещение его радианта.

Рассматривая вопрос о связи комет и метеоров, следует помнить два других весьма важных фактора. Во-первых, существует много больших метеорных потоков, для которых пока нет возможности установить их связь с кометами. Во-вторых, существуют кометы, которые приближаются к Земле на расстояние менее 0,25 а.е. и должны были бы породить метеорные потоки, но таковых пока не обнаружено. Наиболее характерным большим метеорным потоком, не имеющим кометы-родоначальницы, является поток Геминиды. Несмотря на обстоятельное изучение, до последнего времени не удалось отождествить его связи ни с одной из известных комет. Некоторые из известных метеорных потоков и их предполагаемые кометы-родоначальницы представлены в табл. 5.5.

Таблица 5.5. Метеорные потоки и предполагаемые кометы-родоначальницы [Куликова и др., 2008]

5.4.1. Моделирование процесса распада комет как источника возникновения метеороидных комплексов. Появление вычислительной техники во второй половине XX в. позволило осуществить расчеты по прогнозированию движения небесных тел как в ретроспективе, так и на довольно длительную перспективу. Несмотря на трудности такого рода работ, связанные с неточностью наших представлений о положении планет в Солнечной системе, были получены крайне важные и весьма интересные результаты. Особая роль в этих исследованиях принадлежит Е. И. Казимирчак-Полонской. Дальнейшее развитие вычислительной техники, появление высокоскоростных компьютеров позволило одновременно с классическими методами небесной механики начать разработку нового направления исследований — стохастической небесной механики.