Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич (книги онлайн без регистрации полностью .txt) 📗
У новых или «молодых» комет, совершивших всего одно или несколько сближений с Солнцем, этот процесс идет интенсивно, поскольку они состоят из реликтовых (неизмененных) льдов. Но у «старых» комет при очередных возвращениях к Солнцу испарение вещества происходит все слабее, поскольку на поверхности их ядер накапливаются тугоплавкие частицы пыли и крупные силикатные фрагменты, образующие защитную корку, предохраняющую лежащий под ней лед от испарения.
Модель Уиппла проста, поэтому не может объяснить тонкостей. Если исходить из этой модели, то льды разных летучих соединений должны испаряться с разными скоростями и, что самое главное — при разных температурах, а значит, на разных расстояниях от Солнца. Но это не подтверждают спектральные наблюдения. В 1952 г. модель Уиппла усовершенствовали П. Свинге и А. Дельзем, предположив, что в кометные ядра входят не чистые льды летучих веществ, а их гидраты. В каждое из таких соединений наряду с «родительской» молекулой вещества входят и несколько молекул воды, число которых определяется свойствами родительской молекулы. Такие сложные гидраты могут образовываться в космическом вакууме при очень низких температурах. По физическим свойствам все они очень схожи, в частности, испаряются примерно при одинаковой температуре и с близкими скоростями.
Современные модели «новых» комет представляют ядро как очень рыхлое образование, типа гигантского снежного кома. После многократных прохождений близ Солнца «новая» комета стареет, ее ядро уменьшается за счет потери большей части летучих из поверхностного слоя и покрывается коркой из нелетучих соединений.
С другой стороны, ядра «старых» комет, к которым относят и комету Галлея, хорошо описываются «пятнистой» моделью. Такое название связано с предположением о том, что в поверхностной теплоизолирующей корке имеются дыры, трещины или другие обнажения подкоркового вещества с высоким содержанием летучих соединений, из которых происходит интенсивная сублимация этих веществ, вплоть до истечения газовых струй, способных вызывать реактивное ускорение кометного ядра.
Массы ядер комет, вероятно, лежат в пределах от нескольких тонн (мини-кометы) до 1011—1012 т. Измерить массы кометных ядер пока не удается по причине их малости. Более или менее точно удалось оценить только массу ядра кометы Галлея по его гравитационному влиянию на космические зонды «Вега-1 и -2» (СССР) и «Джотто» (ЕКА), сблизившиеся с ним в марте 1986 г. В тот момент масса ядра была близка к 6×1011 т.
Тогда же было подтверждено, что ядро кометы Галлея представляет ледяную глыбу (по форме напоминающую картофелену. Размер этого тела вдоль большой оси около 14 км., а вдоль двух малых осей — по 7,5 км. Ядро вращается вокруг малой оси с периодом 53 часа. Температура поверхности ядра на расстоянии 0,8 а.е. от Солнца была 360 К (87°С). Поверхность ядра оказалась очень темной, отражающей лишь 4% света (примерно как свеженакатанный асфальт). Вероятно, ледяное тело кометы действительно покрыто теплоизолирующим слоем из тугоплавких частиц (металлов, серы, кремния, их окислов и других соединений), существование которого предполагал Уиппл в своей модели. Там, где лед испаряется, струи водяного пара, углекислого и других газов вместе с пылью вырываются из-под коры. В момент прохождения перигелия комета каждую секунду теряла около 45 т. газообразных соединений и 5-8 т. пыли.
Рис. Ядро кометы Галлея.
Легко подсчитать, что запасов летучего вещества должно хватить комете Галлея на сотню тысяч лет. За это время она может совершить еще около 1300 оборотов вокруг Солнца, а затем, вероятно, пополнит число вымерших комет. Это бывшие кометные ядра, которые уже не проявляют признаков активности и по наблюдаемым характеристикам ничем не отличаются от астероидов.
Опасно ли для Земли столкновение с кометой?
При прохождении Земли через кометные хвосты не было замечено никаких, даже самых незначительных эффектов. Опасность для Земли могут представлять только кометные ядра. Подтверждением этого, служит явление «Тунгусского метеорита», случившееся 17 (30) июня 1908 г. в безлюдном таежном районе Сибири, в бассейне р. Подкаменная Тунгуска. В действительности, это уникальное природное событие закончилось не падением на землю метеорита, а мощным взрывом в атмосфере, на высоте около 10 км. Энергия взрыва составила 1016—1017 Дж, что эквивалентно 10-мегатонной бомбе. Произошел массовый вывал леса в радиусе 15—30 км., но ни вещества метеорита, ни кратера от его падения найдено не было. Отсутствие космических обломков стало одним из основных аргументов в пользу кометной природы Тунгусского тела. Если оно состояло из замерзших летучих веществ, то могло полностью испариться при резком торможении и взрыве в земной атмосфере. Астрономы И.Т. Зоткин и Л. Кресак независимо показали, что координаты радианта Тунгусского метеорита (т.е. направление, откуда он двигался) совпадают с координатами радианта метеорного потока Таурид, связанного с кометой Энке (2P/Encke).
Наибольшую опасность для биосферы Земли представляют массивные долгопериодические кометы, хотя они и попадают в зону планет земной группы примерно в десять раз реже, чем короткопериодические. Их появление чаще всего бывает неожиданным из-за произвольной ориентации плоскостей орбит и очень больших периодов обращения. На встречных траекториях скорость столкновения этих комет с Землей очень высока — до 72 км/с, что может вызвать колоссальный взрыв. Возможность подобной катастрофы подтверждается фактами: на поверхности Земли обнаружены сотни крупных ударных кратеров.
Одно из самых массовых вымираний флоры и фауны за последние 230 млн. лет произошло 65 млн. лет назад (между мезозойской и кайнозойской биологическими эрами, т.е. на рубеже мелового и третичного геологических периодов), когда исчезло около 2/3 всех биологических видов, включая динозавров. С этим же моментом в геологических отложениях связан слой с повышенным содержанием очень редкого на Земле элемента иридия. Л. Альварес и С. Ванденберг показали, что содержание иридия в тот период на земной поверхности могло резко увеличиться в результате падения крупного кометного ядра, имевшего повышенное содержание этого элемента. Был даже найден кратер с подходящим возрастом и соответствующими морфологическими особенностями, который мог при этом образоваться. Это кратер Чиксулуб диаметром 180 км. на полуострове Юкатан в Мексике. Но причиной вымирания стала не повышенная концентрация иридия, а сильнейший взрыв при столкновении кометного ядра с Землей, который привел к выбросу в атмосферу огромного количества пыли.
Глобальное запыление атмосферы неизбежно приводит к резкому падению температуры ее нижних слоев (на 10—15°С), так как пыль экранирует солнечные лучи. Такое изменение средней температуры может сохраняться до 1 года, вызывая эффект «ядерной зимы» (неизбежный при массовом применении ядерного оружия, откуда и родилось его название). Вполне вероятно, что такой эффект, вызванный падением крупного кометного ядра или астероида, привел 65 млн. лет назад к катастрофической гибели живых организмов.
Еще одно недавнее событие напомнило нам о реальности столкновения с кометой: в июле 1994 г. в Юпитер врезались фрагменты кометы Шумейкеров-Леви-9. Ее обнаружили в окрестности Юпитера в начале 1993 г. уже после того, как она распалась на 20 фрагментов, цепочкой растянувшихся вдоль орбиты. Вероятно, это кометное ядро было разорвано на части приливными силами Юпитера в момент близкого прохождения мимо него. Падение обломков кометы размером от 1 до 10 км. со скоростью около 60 км/с происходило с 16 по 22 июля 1994 г. Эффект был грандиозным. Следы взрывов в виде огромных темных пятен надолго остались в атмосфере Юпитера.
Но столкновения с кометами могут приводить не только к катастрофам. Ряд ученых считает, что сразу после своего формирования охладившаяся поверхность Земли была очень суха (как сейчас лунная), и что практически вся вода и другие летучие соединения были принесены на Землю ядрами комет. Кстати, кометы могли доставить не только воду, но и сложные органические соединения, создав основу для зарождения жизни.
