Видели ли вы когда нибудь яркую комету? Не просто точку на фото, а настоящее зрелище в ночном небе. Кометы это одно из самых красивых и загадочных явлений, которые дарит нам Вселенная.
На протяжении тысячелетий люди смотрели на них со страхом и восхищением. В древности их появление считалось дурным предзнаменованием, вестником плохих новостей, эпидемий и падения империй. Их внезапное появление и столь же внезапное исчезновение нарушало привычный, упорядоченный ход жизни.
Сегодня мы знаем об этих объектах гораздо больше. Мы больше не видим в них гнев богов, а видим в них посланников из самых дальних и холодных окраин Солнечной системы. Это ледяные странники, которые несут в себе тайны рождения нашего мира.
Анатомия ледяного путешественника
Давайте разберемся, что же такое комета. Когда мы видим ее на небе, мы видим яркую голову и длинный хвост. Но это лишь временная форма, которую комета принимает при приближении к Солнцу. В своем обычном состоянии, вдали от солнечного тепла, комета это просто темный неприметный и холодный объект.
Представьте себе глыбу, состоящую из смеси водяного льда, замерзших газов, таких как углекислый газ, метан и аммиак, и вкраплений пыли и каменистых пород. Астроном Фред Уиппл придумал для этого очень точное и запоминающееся название: грязный снежок. Ядра комет имеют неправильную форму, так как их гравитация слишком слаба, чтобы придать им форму шара. Размеры ядер варьируются от нескольких сотен метров до нескольких десятков километров в диаметре. Большую часть своей жизни кометы проводят в этом замороженном, спящем состоянии.
Но все меняется когда путь кометы приводит ее во внутреннюю часть Солнечной системы ближе к Солнцу. Под действием солнечного тепла льды на поверхности ядра начинают испаряться, или, говоря научным языком, сублимировать, переходя сразу из твердого состояния в газообразное. Этот процесс похож на то, как испаряется сухой лед на Земле. Вырывающиеся струи газа и пыли окутывают ядро огромным, но очень разреженным облаком. Это облако называется кома. Кома может достигать в диаметре сотен тысяч километров, становясь по размеру больше планеты. Именно кома, отражая солнечный свет, делает комету видимой с Земли как яркое туманное пятно.
Но самый впечатляющий атрибут кометы это, конечно, ее хвост. У кометы почти всегда не один, а два хвоста. И они разные по своей природе и внешнему виду.
Первый хвост пылевой. Он состоит из более тяжелых частиц пыли, которые были выброшены из ядра вместе с газом. Эти частицы продолжают двигаться по своей орбите, но на них действует давление солнечного света. Да, у света есть давление, хоть и очень слабое. Оно отталкивает пылинки от Солнца. В результате образуется широкий, изогнутый хвост, который светится отраженным солнечным светом и обычно имеет желтоватый или белый оттенок. Этот хвост тянется вдоль орбиты кометы.
Второй хвост ионный, или газовый. Он состоит из легких молекул газа, которые под действием ультрафиолетового излучения Солнца теряют свои электроны и становятся ионизированными, то есть приобретают электрический заряд. Эти заряженные частицы, ионы, подхватываются мощным потоком заряженных частиц, летящих от Солнца, который называется солнечным ветром. Солнечный ветер отбрасывает ионы строго в направлении от Солнца, как флюгер на ветру. Поэтому ионный хвост всегда прямой, узкий и направлен точно от нашего светила, независимо от того, куда летит сама комета. Он светится своим собственным светом, обычно голубым или синеватым, из за флуоресценции ионов угарного газа.
Пояс Койпера и Облако Оорта
Если кометы это гости, то откуда они прилетают? Ученые установили, что у комет есть два источника происхождения, два гигантских резервуара на самых дальних рубежах Солнечной системы. Они сильно отличаются друг от друга по форме, размеру и типу комет, которые они выпускают.
Первое и ближайшее к нам хранилище называется Пояс Койпера. Представьте себе гигантский диск, который начинается сразу за орбитой самой далекой планеты, Нептуна, и простирается на многие миллиарды километров. Этот диск лежит примерно в той же плоскости, что и орбиты планет. Пояс Койпера это что то вроде космического склада строительного мусора, оставшегося после формирования Солнечной системы. Он населен миллионами ледяных тел, похожих на ядра комет. Здесь же обитают и карликовые планеты, такие как Плутон, Эрида и Макемаке.
Объекты в Поясе Койпера находятся в относительно стабильном состоянии. Но иногда гравитационное влияние гигантских планет, в основном Нептуна, может нарушить их покой. Гравитационный толчок может выбить одно из этих ледяных тел с его стабильной орбиты и отправить в долгое путешествие к Солнцу. Так рождаются так называемые короткопериодические кометы. Их называют так потому, что их период обращения вокруг Солнца составляет менее двухсот лет. Они вращаются в той же плоскости, что и планеты, и в том же направлении. Самая известная из них это комета Галлея.
Но есть и другие кометы. Те, которые прилетают к нам с гораздо более далеких расстояний, имеют огромные периоды обращения в тысячи или даже миллионы лет и могут появляться с любого направления на небесной сфере, а не только из плоскости планет. Откуда берутся они? Для них существует второе, гораздо более грандиозное хранилище. Оно называется Облако Оорта.
Представьте себе не диск, а гигантскую сферическую оболочку, которая окружает всю нашу Солнечную систему со всех сторон. Эта сфера начинается на расстоянии в тысячи раз дальше от Солнца, чем Пояс Койпера, и простирается почти на световой год, до половины пути до ближайшей звезды. Облако Оорта это самый дальний и самый большой объект нашей Солнечной системы. Мы никогда не видели его напрямую. Его существование было предсказано теоретически голландским астрономом Яном Оортом в 1950 году, и все косвенные данные подтверждают его правоту.
Считается, что в Облаке Оорта может находиться до триллиона кометных ядер. Это ледяные тела, которые были выброшены на эту далекую окраину гравитацией молодых планет гигантов на заре формирования Солнечной системы. Там, в космической глуши, они находятся в состоянии глубокой заморозки, едва связанные гравитацией Солнца.
Причина долгого полета
Почему же эти далекие ледяные странники из Облака Оорта срываются со своих мест и устремляются в центр Солнечной системы? Их орбиты там настолько велики и нестабильны, что даже очень слабого внешнего воздействия достаточно, чтобы их нарушить.
Главным возмутителем спокойствия для Облака Оорта являются проходящие мимо звезды. Наше Солнце не стоит на месте, оно вращается вокруг центра Галактики. И время от времени другие звезды проходят относительно близко к нашей системе. Их гравитационное притяжение, даже на расстоянии в световой год, может слегка встряхнуть Облако Оорта. Этого гравитационного толчка достаточно, чтобы некоторые кометные ядра потеряли свою стабильность. Часть из них будет выброшена в межзвездное пространство навсегда. Но другая часть, наоборот, будет направлена внутрь, в сторону Солнца. Так рождаются долгопериодические кометы, которые совершают свой первый и, возможно, последний визит во внутреннюю часть Солнечной системы.
Их путешествие длится миллионы лет. Они медленно падают из темноты, постепенно ускоряясь под действием солнечной гравитации. Для нас они появляются на небе как новые, ранее неизвестные объекты. Пролетев мимо Солнца, они могут быть выброшены обратно в дальний космос или, если их орбита изменится под влиянием планет, они могут стать периодическими, возвращаясь к нам через десятки тысяч лет.
Вода, органика и польза для человечества
Итак, кометы это просто грязные снежки, которые иногда прилетают к нам издалека. Оказывается, их роль в нашей истории и потенциальная польза для будущего могут быть огромными.
Давайте вернемся на четыре миллиарда лет назад, на молодую Землю. Наша планета была тогда горячим, сухим и безжизненным миром. Откуда же взялись наши океаны, которые покрывают две трети поверхности? Одна из ведущих теорий гласит, что воду на Землю доставили именно кометы и астероиды. В те времена Солнечная система была гораздо более хаотичным местом. Землю постоянно бомбардировали ледяные тела, оставшиеся после формирования планет. Каждая упавшая комета была как гигантская цистерна с водой, которая испарялась при ударе и пополняла атмосферу водяным паром. За сотни миллионов лет такого космического душа на планете могло накопиться достаточно воды для образования океанов.
Но кометы могли принести нам не только воду. Анализ состава комет, проведенный с помощью космических аппаратов, показал, что в их льдах содержатся сложные органические молекулы. Это строительные кирпичики жизни. В комете Чурюмова Герасименко, которую изучала миссия Розетта, были обнаружены аминокислоты, например, глицин, которые являются основой для белков. Были найдены и другие сложные соединения, которые могли послужить сырьем для зарождения жизни. Получается, что кометы могли не только наполнить наши океаны, но и засеять их первыми органическими ингредиентами, из которых затем сварился первичный бульон жизни.
А в чем может быть польза комет для человечества в будущем? Кометы это легкодоступные источники ресурсов в космосе. Их ядра состоят из водяного льда. Воду можно использовать для питья, для получения кислорода и для производства ракетного топлива. В будущем, когда человечество начнет активно осваивать Солнечную систему, кометы и астероиды могут стать космическими заправочными станциями или источниками воды для колоний на Луне или Марсе. Добыча ресурсов на этих малых телах может оказаться гораздо дешевле, чем доставка их с Земли.
Угроза с небес
Несмотря на всю свою красоту и потенциальную пользу, кометы несут в себе и угрозу. История нашей планеты отмечена несколькими катастрофическими массовыми вымираниями, когда большая часть живых видов исчезала с лица Земли. И по крайней мере одно из них, вымирание динозавров 66 миллионов лет назад, было вызвано падением на Землю крупного космического тела. Хотя в том случае это был астероид, падение кометы сопоставимого размера имело бы такие же или даже более разрушительные последствия.
Ядро кометы, летящее со скоростью в десятки километров в секунду, обладает колоссальной кинетической энергией. При столкновении с Землей эта энергия мгновенно высвобождается, вызывая взрыв, по мощности превосходящий все ядерные арсеналы мира в тысячи раз. Ударная волна, землетрясения и цунами уничтожат все в радиусе сотен километров. В атмосферу будет выброшено огромное количество пыли и сажи, которые закроют Солнце на месяцы или годы. Наступит так называемая ударная зима. Растения погибнут из за отсутствия света, за ними последуют травоядные, а затем и хищники.
К счастью, столкновения с крупными кометами это очень редкие события, происходящие раз в десятки или сотни миллионов лет. Гораздо чаще Земля сталкивается с мелкими обломками. Каждый год наша планета проходит сквозь пылевые хвосты, оставленные кометами на их орбитах. Это вызывает красивые метеорные дожди, такие как Персеиды или Леониды, когда мелкие пылинки сгорают в атмосфере. Но иногда в атмосферу вторгаются и более крупные фрагменты. Многие ученые считают, что знаменитый Тунгусский феномен 1908 года, когда в сибирской тайге произошел мощнейший взрыв, поваливший лес на площади в две тысячи квадратных километров, был вызван именно входом в атмосферу и разрушением фрагмента кометы.
Осознавая эту угрозу, человечество создает систему планетарной защиты. По всему миру работают телескопы, которые сканируют небо в поисках потенциально опасных астероидов и комет. Новые обсерватории, такие как строящаяся обсерватория имени Веры Рубин с ее телескопом LSST, смогут каталогизировать почти все объекты в Солнечной системе, представляющие хоть малейшую угрозу. Наша задача обнаружить опасного гостя за много лет или десятилетий до возможного столкновения. Это даст нам время для разработки и отправки миссии, которая сможет изменить траекторию кометы, например, с помощью кинетического удара или гравитационного буксира.
Кометы, изменившие мир
Некоторые кометы оставили в истории человечества особенно яркий след. Они стали настоящими знаменитостями, и каждая из них рассказала нам что то новое о Вселенной.
Самая известная комета всех времен это, без сомнения, комета Галлея. Она возвращается во внутреннюю часть Солнечной системы каждые 75–76 лет. Люди наблюдали ее на протяжении тысячелетий, отмечая ее появление в летописях. Но именно английский астроном Эдмонд Галлей в начале 18 века, используя законы движения планет, открытые Исааком Ньютоном, понял, что кометы, наблюдавшиеся в 1531, 1607 и 1682 годах, это один и тот же объект. Он предсказал, что она вернется в 1758 году. Когда комета действительно появилась в предсказанное время, это стало триумфом науки над суевериями. Кометы перестали быть непредсказуемыми знамениями и стали полноправными, подчиняющимися законам физики членами Солнечной системы.
Другая великая комета, которую многие из нас могли видеть, это комета Хейла Боппа. Она украшала наше небо в 1997 году и была одной из самых ярких и долго видимых комет 20 века. Ее можно было наблюдать невооруженным глазом на протяжении рекордных 18 месяцев. Она была настолько яркой, что ее было видно даже из больших городов. Комета Хейла Боппа стала настоящим культурным феноменом и для целого поколения стала тем самым первым, незабываемым небесным зрелищем.
Но пожалуй, самой важной для науки в последние годы стала комета 67P Чурюмова Герасименко. Это небольшая короткопериодическая комета, которая стала целью одной из самых амбициозных космических миссий в истории, миссии Европейского космического агентства Розетта. В 2014 году аппарат Розетта после десятилетнего путешествия прибыл к комете и вышел на ее орбиту. Впервые в истории человечество получило искусственный спутник кометы. Розетта сопровождала комету на ее пути к Солнцу, наблюдая за ее пробуждением вблизи. Апогеем миссии стала попытка высадки на ядро небольшого спускаемого аппарата Филы. Хотя посадка прошла не совсем штатно, и Филы, и сама Розетта передали на Землю бесценную информацию. Мы увидели поверхность ядра в мельчайших деталях, с ее скалами, трещинами и пылевыми дюнами. Мы проанализировали состав газа и пыли и нашли там, как я уже говорил, сложные органические молекулы. Миссия Розетта превратила кометы из далеких туманных объектов в реальные, осязаемые миры, которые мы можем изучать.
Заключение
Итак, что же такое кометы? Это не просто красивые огни в ночном небе. Они гораздо сложнее и интереснее.
Кометы это живые архивы, капсулы времени, доносящие до нас информацию о самых первых мгновениях существования Солнечной системы.
Это возможные источники жизни. Они могли принести на безжизненную Землю воду для океанов и органику для зарождения жизни. Мы можем быть обязаны своим существованием этим ледяным путникам.
Кометы это идеальный символ двойственности природы.