Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин

Рис. 7.21. Кометы, к которым осуществлялись миссии автоматических зондов. Фотографии ядер комет предоставлены РАН, NASA, ESA.

Сильное впечатление оставляют снимки ядра кометы Чурюмова — Герасименко, переданные орбитальным аппаратом «Розетта» Европейского космического агентства. Мы видим (рис. 7.23), как газы с ее поверхности активно уходят в пустоту со скоростью звука и даже быстрее. Скорость полета частиц около 1 км/с — это сверхзвуковая скорость. Видно, что комета неоднородно извергает вещество. Некоторые области ее поверхности активны, а другие спокойны. Вероятно, выбросы газа и пыли происходят там, где солнечное тепло проникает сквозь темную и довольно прочную кору кометы, нагревает лежащие под ней льды и вызывает их испарение (возгонку). Давление повышается, газ прорывается через кору и выбрасывается наружу вместе с пылью.

Рис. 7.22. Ядро кометы Хартли 2 (103P/Hartley) размером 2,2÷0,5 км, имеющее чрезвычайно темную поверхность с альбедо A = 0,028 и форму, напоминающую нечто среднее между кеглей для боулинга и огурцом (фото: космический зонд «Deep Impact», NASA, 4 ноября 2010).

Рис. 7.23. Ядро кометы Чурюмова — Герасименко с потоками испаряющегося вещества. Фото зонда «Розетта» (ESA, NASA), 2014 г.

Массы ядер комет, вероятно, лежат в пределах от нескольких тонн (мини-кометы размером в метры) до 1011–1012 т («айсберги» размером в десятки километров). Измерить массу точно удается лишь в том случае, если космический зонд движется по орбите вокруг ядра, а это до сих пор было лишь однажды — когда зонд «Rosetta» (ESA) в 2014–2016 гг. изучал комету Чурюмова — Герасименко (67P/C-G). При размере ее ядра примерно 5×3 км его масса составила 1010 т, а средняя плотность — 0,53 г/см3. Пролеты зондов вблизи других ядер комет (1P/Halley, 9P/Tempel, 19P/Borrelly, 81P/Wild, 103P/Hartley) также указывают на их низкую плотность: от 0,3 до 0,6 г/см3. Учитывая, что вещество кометы — это грязный лед с плотностью около 1 г/см3, мы приходим к выводу о высокой пористости этого вещества. Примерно половина объема кометного ядра — это пустота. Но что это: мелкие поры или крупные каверны и пещерные лабиринты, — мы пока не знаем.

Какова продолжительность жизни кометы? Это зависит от ее орбиты. Если перигелий орбиты превышает 10÷15 а. е., комета испаряется очень медленно, а если при этом ее орбитальный период составляет сотни тысяч или миллионы лет, то она вообще практически не меняется и служит «вечным холодильником» протопланетного вещества. Но короткопериодические кометы, подлетающие к Солнцу на 1÷3 а. е., эволюционируют очень быстро и, соответственно, живут недолго. Например, комета 103P/Hartley имеет орбитальный период 6,5 года, афелий около 6 а. е. и перигелий около 1 а. е., то есть «живет» между орбитами Юпитера и Земли. При собственной массе около 300 млн тонн при каждом сближении с Солнцем она теряет около 1 млн тонн вещества, следовательно, ей суждено полностью испариться через несколько сотен оборотов, т. е. примерно через тысячу лет.

Рис. 7.24. Ядро кометы Галлея и испаряющееся с него вещество. Фото космического зонда «Джотто», 1986 г.

Еще один пример. Ядро кометы Галлея (1P/Halley) имеет картофелеобразную форму, длину около 15 км и ширину около 8 км. Ее орбитальный период 75,3 года, афелий 35 а. е. и перигелий 0,586 а. е. В момент прохождения перигелия комета каждую секунду теряет около 45 т газообразных соединений и 5÷8 т пыли. Легко подсчитать, что запасов летучего вещества комете Галлея должно хватить на сотню тысяч лет. За это время она может совершить еще около 1300 оборотов вокруг Солнца, а затем полностью «высохнет» и, вероятно, пополнит число вымерших комет. Это бывшие кометные ядра, которые уже не проявляют признаков активности и по наблюдаемым характеристикам ничем не отличаются от астероидов.

В последние десятилетия астрономы много спорили о роли астероидов и комет в обеспечении юной Земли водой и органическими веществами, необходимыми для зарождения и развития жизни. Выяснить, откуда на Земле вода, помогает ее изотопный состав. Среди молекул обычной воды H2O изредка попадаются молекулы тяжелой воды D2O и полутяжелой воды HDO, в которых атом легкого водорода (H) заменен полностью или частично его тяжелым изотопом — дейтерием (D). В химическом смысле это та же вода, поэтому никакие реакции не могут изменить соотношение изотопов D/H, которое у земной воды чуть больше, чем 10–4.

Как показывает анализ изотопного соотношения молекул воды земных океанов, астероидов и комет, скорее всего, вода на Землю была принесена астероидами Главного пояса, а не кометами. Оказалось, что в веществе комет отношение D/H в 2÷3 раза выше, чем в земной воде, зато у астероидов оно почти такое же, как на Земле. Впрочем, не исключено, что именно кометы снабдили нашу планету органическими веществами вплоть до аминокислот — «кирпичиков», из которых состоят белки земных организмов.

Первые намеки на наличие в составе комет глицина — простейшей аминокислоты — были получены в 2006 г., когда на Землю вернулась капсула зонда «Stardust» (NASA) с образцами вещества кометы Wild-2. Но тогда наличие глицина списали на земное загрязнение. Однако «Розетта» обнаружила глицин непосредственно на месте — в коме кометы Чурюмова — Герасименко.

Еще одним важным открытием «Розетты» стал фосфор — элемент, абсолютно необходимый для всех живых организмов Земли. Фосфор входит в состав ДНК, компонентов клеточных мембран, а также аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального источника энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Многочисленные органические молекулы, обнаруженные «Розеттой» в веществе кометы, включая глицин и соединения фосфора, подтверждают идею, что кометы могут быть поставщиками ключевых молекул для предбиотической химии.

Подарки от комет и астероидов

Изучение астероидов и комет «на месте» с помощью космических зондов — дело очень интересное, но чрезвычайно дорогое. Особенно сложно доставить их вещество на Землю для детального изучения. За всю историю космонавтики до сих пор (2018 г.) лишь однажды удалось добыть микроскопические частицы с поверхности астероида (25143 Itokawa, зонд «Hayabusa», Япония, 2010) и из хвоста кометы (81P/Wild, зонд