Периодически, с завидной регулярностью, во внутреннюю часть Солнечной системы из-за орбиты Нептуна попадают кометы. Находясь далеко за орбитой Сатурна, они остаются холодными, замёрзшими и дремлющими; хотя они постоянно движутся, у них ничего не меняется. Но всё меняется, когда они начинают приближаться к орбите Юпитера – из-за близости к Солнцу.
Внешняя часть кометы разогревается, замёрзший лёд на поверхности подвергается сублимации, а излучение и ветер Солнца сдувают молекулы с её поверхности. И вот уже совсем скоро комета начинает не только светиться отражённым солнечным светом, но и демонстрирует два хвоста – один серый, другой голубой – и жутковатую зелёную кому вокруг её центра. И вот, почему так происходит.
Кометы состоят из смеси скалистых компонентов, похожих по составу на земную мантию, пыли и льдов. Лёд в данном случае – это не только вода (H2O), но также и такие летучие компоненты, как сухой лёд (твёрдый CO2), метан (CH4), аммиак (NH3) и оксид углерода (CO). Весь набор кометных льдов изучался миссией “Розетта“, но это – пятёрка главных. В типичных прохладных условиях эти льды остаются твёрдыми, но при приближении кометы к Солнцу они начинают разогреваться.
Первое, что происходит с кометой при приближении к Солнцу – количество ультрафиолета становится таким, что он начинает ионизировать слабейшую из представленных молекул: оксид углерода. В результате появляется избыток ионов CO+, утекающих в сторону от Солнца. Они превращаются в голубой ионный хвост, и это первое кометное свойство из всех, что появляются при разогреве.
Ионный хвост всегда направлен от Солнца и всегда голубой. По приближении кометы к Солнцу, где-то в районе орбиты Марса, она разогревается ещё больше. При разогреве ядра кометы больше льда плавится и улетает с её поверхности, что создаёт мощный рассеянный поток частиц вокруг ядра. Этот участок известен, как кома кометы, и состоит из смеси газа и пыли.
После появления комы она подвергается воздействию солнечного света. Давление света сдвигает частицы пыли из комы и в сторону от Солнца, что создаёт второй, жёлто-белый хвост: пылевой. И хотя голубой ионный хвост всегда направлен от Солнца, пылевой хвост искривляется, поскольку комета движется вокруг Солнца по эллиптической орбите.
Ионный хвост узкий, поскольку все ионы определённого типа имеют один размер. Пылевой хвост широкий, поскольку частицы пыли различаются в размерах, из-за чего приобретают разную скорость. И, наконец, с кометы могут сорваться крупные частицы, породив поток обломков. Этот поток будет двигаться по той же эллиптической орбите, что и комета, но со временем распределится по её пути. Когда планета (например, Земля) проходит через поток обломков, он порождает метеоритный дождь. Да, Земля – не единственная сталкивающаяся с ними планета; даже Меркурий, не обладающий атмосферой, может испытать метеоритные дожди!
Но кома – это не только пыль. Там есть ещё и газ, порождённый сублимированными составами, бывшими частью кометы. На ней находятся не просто льды и камни, но и более сложные молекулы, состоящие из фундаментальных строительных блоков: в основном, это водород, кислород, углерод и азот. Две молекулы, которые нас особенно интересуют, это цианид (CN) и двухатомный углерод (C2).
Такой зеленовато-голубой цвет появляется потому, что при стимуляции газов ультрафиолетом, присутствующим в солнечном свете, их связанные электроны переходят на более высокие энергетические уровни: базовое правило атомных переходов. Но электроны не остаются в состоянии с более высокой энергией вечно; они падают обратно на нижние уровни. И некоторые из этих переходов порождают линию испускания, попадающую в ту часть электромагнитного спектра, к которой чувствительны глаза человека.
Когда вы видите такой зелёный свет, это говорит о том, что вместе сошлось несколько вещей:
- в коме содержится большое количество молекул CN и C2,
- комета активная (испускает газы) и тёплая (находится близко к Солнцу),
- высок потенциал её раскола или извержения.
В августе относительно недалеко от Земли, на расстоянии в 113 млн. км., находилась комета C/2017 S3 (PANSTARRS). Она светится зелёным, довольно яркая, и направляется к Солнцу. За её цвет её называют “невероятным Халком”.
Но это свечение не является ни чем-то странным, ни необычным. Ближе всего к Земле она была 8 августа, а к Солнцу – 15 августа, и в такие моменты может произойти раскол ледяного ядра кометы. Если это происходит, то комета резко прибавляет в яркости.
Все свойства данной кометы – ионный хвост, пылевой хвост, кома, ядро – типичны практически для всех комет, попадающих во внутреннюю Солнечную систему. Когда комета разогревается достаточно сильно, она порождает растянутое, богатое газом облако вокруг её ядра – кому. Если в коме содержатся углерод-азотные и углерод-углеродные связи, ультрафиолет Солнца возбудит их внутренние электроны, из-за чего они начнут испускать зелёный цвет, переходя на более низкий энергетический уровень. Когда вы видите такое свечение, знайте, что всегда есть шанс распада кометного ядра.