1.1. Кометы

… Как беззаконная комета

В кругу расчисленных светил.

А.С.Пушкин. «Портрет», 1828 г.

Какое роскошное диво! Почти занимая полсвета,

Загадочна, очень красива, Парит над Землёю комета.

И хочется думать: — Откуда Явилось к нам светлое чудо?

И хочется плакать, когда

Оно улетит без следа.

А нам говорят: — Это лёд! А хвост её — пыль и вода!

Неважно, к нам Чудо идёт, А Чудо прекрасно всегда!

Римма Алдонина

Кометы действительно являются необычными, «беззаконными» представителями космических объектов в огромном разнообразии бесчисленных или «расчисленных светил». У комет есть хвост, который может простираться на сотни миллионов километров, Такие размеры трудно признать признаками объекта «малых тел». Тем не менее, поскольку основная масса кометы сосредоточена в небольшом ядре, кометы относятся к группе объектов, называемых малыми телами. Наличие на небесном своде летящей кометы всегда привлекает внимание, и расставание с такими яркими объектами немного печалит.

Итак: Кометы это вторая крупная группа объектов, относящаяся к малым телам. Ядра комет как правило невелики (обычный размер – от нескольких сотен метров до нескольких километров в поперечнике, хотя встречаются и «гиганты» диаметром в несколько десятков километров), как правило, движущиеся по вытянутым орбитам и проявляющие «кометную активность».

Эта активность состоит в испарении с поверхности кометного ядра составляющих ее летучих веществ – замерзших газов: метана, азота, окислов углерода, воды, льда и т.п. Когда ядро кометы в своем орбитальном движении начинает приближаться к Солнцу, температура кометного ядра повышается, и такое испарение (сублимация) становится возможным.

Когда происходит такое испарение, вокруг кометного ядра начинает формироваться кома – облако покинувших ядро кометы молекул газов, частичек пыли, и небольших обломков. Кома может достигать размера в сотни тысяч и миллионы километров.

Для земного наблюдателя все это выглядит так, как будто ядро кометы окутано туманом. Такой объект и называется кометой. В дальнейшем, под действием солнечной радиации частицы вещества, составляющего кому, начинают отдаляться от ядра и у кометы формируется так называемый «хвост», направленный в сторону от Солнца и состоящий из удаляющихся от ядра кометы частиц пыли и газов.

Влияние давления солнечной радиации (ультрафиолетового излучения Солнца) различно для частиц с разной массой и размером, поэтому в хвосте кометы происходит сортировка частиц по массам и часто у комет присутствуют, по крайней мере, два хвоста. Подробнее о хвостах далее в 1.1.1.

Классификация комет представлена в Приложении 1.

1.1.1. Механизмы формирования «хвостов» комет

Комет горенье - стозвучный крик

(Цепка как демон космоса вязь),

Комете с солнцем - гореть, не жить,

В солнечном ветре в бездну несясь.

Марина Цветаева

Как ни странно, можно констатировать: автор этих стихов, в какой-то степени понимала о каких процессах, происходящих в кометном веществе, она пишет и в связи с чем эти процессы происходят. Астрономию в то время преподавали хорошо.

Мы тоже попытаемся восполнить школьные пробелы нынешнего образования и как можно проще пояснить то, что происходит в кометном веществе при прохождении комет рядом с Солнцем.

Самые легкие частицы хвоста комет – молекулы газов, содержащиеся в хвосте кометы – формируют газовый, или ионный хвост. Газ подвержен ионизации заряженными частицами, поэтому, как правило, газовый хвост ионизован. То есть его можно называть и ионным хвостом. Этот хвост направлен прямо от Солнца. Такая ориентация ионного хвоста обусловлена тем, что ионный хвост увлекается так называемым Солнечным ветром. Солнечный ветер-это поток частиц плазмы Солнца, заряженных ионизованных частиц: поток, который постоянно «истекает» в окружающее пространство из Солнечной короны. Скорость этого потока внушительна: от 300 до 1 200 км в секунду, Такая скорость в состоянии «причесать» легкий газовый (ионный) хвост по тому направлению, в котором этот Солнечный ветер распространяется в окружающее космическое пространство.

Вот с более тяжелой составляющей хвоста кометы – пылевой – направление вдоль потока Солнечного ветра уже невозможно.

Пылевой хвост комет занимает в пространстве промежуточное положение между орбитой кометы и газовым хвостом – чем легче частицы пыли, тем ближе они к газовому хвосту.

Ориентируется этот хвост вдоль орбиты кометы, то есть хвост газовый и хвост пылевой, беря свое начало в коме кометы, располагаются под определенным углом друг к другу.

Если пояснять эти процессы более строго, но менее понятно для читателей, которые не имеют базовой подготовки по атомной физике, то механизм образования хвостов следует определять так: Солнце излучает в числе прочих видов излучения коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Энергия частиц, составляющих ультрафиолетовое излучение высока. Поток этого ультрафиолетового излучения Солнца ионизует (заряжает) часть молекул газа кометного хвоста.

Ион –это молекула у которой либо не хватает электрона, либо есть один лишний электрон. Такой электрон называют либо свободным, либо оптическим электроном. И молекула без электронов и электроны без молекулы очень быстро и активно вступают в «связи»: в реакции. Процесс образования ионов--называют ионизацией. Ионизация может происходить при высоких температурах, под воздействием электрического поля, ионизирующего излучения и т.п. В нашем случае ионизация происходит под воздействием ультрафиолетового излучения.

Заряжается, ионизуется та часть газа газового хвоста, которая «встречается на пути» частиц ультрафиолетового излучения света. Давление солнечного ветра, которое представляет собой поток испускаемых Солнцем ионизованных частиц, толкает эти заряженные ионы газа кометного хвоста, (заряженные при «встрече с ультрафиолетовым излучением Солнца) и вытягивает кому кометы в длинный хвост. Этот хвост достигает протяжённости в более чем 100 миллионов километров.

Солнечный ветер изменчив. Он зависит от процессов, которые происходят на Солнце. Поскольку направление ионной часть кометного хвоста зависит от направления Солнечного ветра, то изменения в потоке солнечного ветра могут приводить к наблюдаемым быстрым изменениям вида хвоста и полному обрыву хвоста. Это означает, что по поведению кометного хвоста можно судить о изменениях, происходящих на Солнце.

Ионы газового хвоста кометы разгоняются солнечным ветром до скоростей в десятки и сотни километров в секунду, много больших, чем скорость, с которой комета движется по своей орбите.

Таким образом, движение ионов газа направлено почти точно в направлении от Солнца. Так и образуется ионный, газовый хвост, который обозначают как хвост I типа. Хвосты I типа – это исключительно газовые хвосты, их направленность обычно совпадает с радиус-вектором, направленным от Солнца – к ядру кометы и к хвосту.

На кометную пыль солнечный ветер (как мы упоминали это поток заряженных частиц) почти не действует, её направляет и выталкивает из комы давление солнечного света. Солнечное излучение, его давление, придает скорость пылевым частицам много меньшую чем та скорость, которую приобретают частицы в ионных, газовых хвостах. Значит, движение и скорость частиц пылевого хвоста определяется только изначальной орбитальной скоростью движения кометы и тем ускорением, которое придает давление излучения. Таким образом, частицы пыли «отстают» от ионного хвоста и получаются несколько изогнутые в направлении орбиты хвосты. Такие пылевые хвосты обозначают как хвосты II или III типа. Хвосты II типа образуются от равномерного потока пыли с поверхности ядра кометы. III тип хвоста образуют быстрые выбросы больших пылевых облаков из ядра кометы. являются результатом кратковременного выброса большого облака пыли. Хвост III типа изогнут под несколько большим углом, от радиус вектора, присущего хвосту первого типа, чем хвост II типа, поскольку быстрый выброс пылевого облака приводит к большему ускорению частиц пылевого хвоста III типа.

В некоторых источниках (К.И. Чурюмов) принято еще одно название хвоста кометы: антихвост или аномальный хвост, который всегда направлен к Солнцу и состоит он из самых тяжелых частиц кометного ядра. Антихвост является крайне редко наблюдаемым явлениям.

Если говорить о цвете присущем этим двум типам (хвост III типа относится к пылевым и цвет пылевых хвостов одинаков), то цвет хвостов объясняется следующими факторами:

Для газовых, ионных хвостов: молекулы этих газов поглощают солнечный свет и далее переизлучают этот солнечный свет на линиях длин волн, которые могут быть отличными от длин волн, составляющих спектры излучения этих газов.

Такое явление (излучение) называется флуоресценцией, проще говоря, послесвечением. Подобное флуоресценции явление - люминесценция. Это явление можно наблюдать и в бытовых условиях, если подсвечивать разные виды люминофоров ртутными лампами. В спектре ртутной лампы присутствуют линии УФ излучения. Простейший пример люминисценции – лампы дневного освещения старого образца – длинные трубки. На их внутреннюю поверхность нанесен люминофор.

Цвет газового, ионного хвоста – имеет голубовато зеленные оттенки.

Для пылевых частиц: они не изменяют длины волн, они рассеивают солнечный свет. Поэтому цвет пылевого хвоста имеет красноватые оттенки- обычный цвет Солнечного света.

Для измерения угла отклонения хвостов от радиус вектора хвоста 1 типа (Солнце-ядро кометы - хвост) вводится понятие позиционного угла хвоста кометы, который отсчитывается от направления на север через восток: PA= 0 градусов - хвост направлен на север, РА= 90 градусов - хвост направлен на восток, РА= 180 градусов - хвост направлен на юг, РА= 270 градусов - хвост направлен на запад.

Наблюдая глазом или в телескоп комету, и нанося на карту положение хвоста, можно без особого труда определить его позиционный угол с помощью транспортира. Точность оценки до 1 градуса. Такую точность проще достичь, используя увеличенные фото наблюдаемых комет.

Позиционный угол замеряется против часовой стрелки от основного радиус вектора хвоста кометы – от положения газового хвоста, хвоста I типа.

Наши фотографии кометы Хейла-Боппа (C\1995 O1) и кометы PANSTARRS (C\2011 L4, условия указаны на фото), на фотографии кометы Хейла-Боппа различимы 2 хвоста.

При фотографировании кометы Хейла-Боппа использовалась технология подготовки пленки –«гиперсенсибилизация» так назван такой тип технологии обработки пленки. В переводе с английского “сверхчувствительность” . То есть придание высокой чуствительности пленке, которая находилась в объеме, из которого откачивали воздух и наполняли объем водородом.

Такая технология применяется, если необходимо увеличить чувствительность пленки многократно. При фотографировании кометных хвостов применение этого метода актуально.

Фото 1. Комета Hale-Bopp,

Снимок сделан 19.03.1997 в 21час 50 мин. Пленка «гиперсенсибилизорована», сверчувствительна, после нахождения в объеме с водородом.

Автор снимка И.Н.Нестеренко, обсерватория Вега, УААК КОФ ФФ НГУ.

Фото 2. Ольги Козыренко, обс. Вега, НГУ пленка не гиперсенсибилизирована.

Комета с хорошо развитым хвостом (хвостами) может представлять собой весьма впечатляющее зрелище и быть хорошо видимой невооруженным глазом. Такие кометы называют «Великими», а их появление раньше считалось предвестником различных бедствий, войн и эпидемий. Длина хвоста кометы может составлять десятки миллионов километров, хотя вещество комы и хвоста кометы крайне разреженно и по земным меркам являются очень глубоким физическим вакуумом, так что сквозь кометное вещество различимы звезды. По крайней мере, в телескопы.

Помимо очень мелких частиц, составляющих хвост кометы и быстро выбрасываемых из ядра кометы, комета оставляет за собой и шлейф более крупных частиц, размером от миллиметров до нескольких метров в поперечнике. Влияние солнечной радиации на движение таких частиц сравнительно невелико, и поэтому орбита этих частиц оказывается достаточно близкой к орбите породившей их кометы.

Эти частицы обычно не видны при наблюдениях кометы, но их можно заметить тогда, когда Земля пересекает плоскость орбиты кометы. В этом случае свет, отражаемый такими частицами «складывается», тем самым усиливается его интенсивность и на узкой полосе неба и становится видна длинная тонкая полоса света, исходящая из ядра кометы. Это след кометы, частицы, рассеянные ядром кометы вдоль ее орбиты.