Кометы:происхождение и состав

               СОВРЕМЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМЕТ.

 
Проект «Вега». 
Проект «Вега» («Венера - комета Галлея») был одним из самых сложных в истории космических исследований. Он состоял из трёх частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов, изучение динамики атмосферы Венеры при помощи аэростатных зондов, пролёт через кому и плазменную оболочку кометы Галлея. 
Автоматическая станция «Вега-1» стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984 года, через 6 дней за ней последовала «Вега-2». В июне 1985 года они друг за другом прошли вблизи Венеры, успешно проведя исследования, связанные с этой частью проекта. 
Но самой интересной была третья часть проекта - исследования кометы Галлея. Космическим аппаратам впервые предстояло «увидеть» ядро кометы, неуловимое для наземных телескопов. Встреча «Веги-1» с кометой произошла 6 марта, а «Веги-2» - 9 марта 1986 года. Они прошли на расстоянии 8900 и 8000 километров от её ядра. 
Самой важной задачей в проекте было исследование физических характеристик ядра кометы. Впервые ядро рассматривалось как пространственно разрешённый объект, были определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристик поверхностного слоя. 
В то время ещё не представлялось технической возможности совершить посадку на ядро кометы, так как слишком велика была скорость встречи - в случае с кометой Галлея это 78 км/с. Опасно было даже пролетать на слишком близком расстоянии, так как кометная пыль могла разрушить космический аппарат. Расстояние пролёта было выбрано с учётом количественных характеристик кометы. Использовалось два подхода: дистанционные измерения с помощью оптических приборов и прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию движения аппарата. 
Оптические приборы были размещены на специальной платформе, разработанной и изготовленной совместно с чехословацкими специалистами, которая поворачивалась во время полёта и отслеживала траекторию движения кометы. С ёе помощью проводились три научных эксперимента: телевизионная съёмка ядра, измерение потока инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектра инфракрасного излучения внутренних «околоядерных» частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения его состава. Исследования ИК излучения проводились при помощи инфракрасного спектрометра ИКС. 
Итоги оптических исследований можно сформулировать следующим образом: ядро - вытянутое монолитное тело неправильной формы, размеры большой оси - 14 километров, в поперечнике - около 7 километров. Каждые сутки его покидают несколько миллионов тонн водяного пара. Расчёты показывают, что такое испарение может идти от ледяного тела. Но вместе с тем приборы установили, что поверхность ядра чёрная (отражательная способность менее 5%) и горячая (примерно 100 тысяч градусов Цельсия). 
Измерения химического состава пыли, газа и плазмы вдоль траектории полёта показали наличие водяного пара, атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (угарный газ, диоксид углерода, гидроксил, циан и др.) компонентов, а также металлов с примесью силикатов. 
Проект был осуществлён при широкой международной кооперации и с участием научных организаций многих стран. В результате экспедиции «Вега» учёные впервые увидели кометное ядро, получили большой объём данных о его составе и физических характеристиках. Грубая схема была заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. 
В настоящее время NASA готовит три больших экспедиции. Первая из них называется «Stardust» («Звёздная пыль»). Она предполагает запуск в 1999 году космического аппарата, который пройдёт в 150 километрах от ядра кометы Wild 2 в январе 2004 года. Основная его задача: собрать для дальнейших исследований кометную пыль с помощью уникальной субстанции, называемой «аэрогель». Второй проект носит название «Contour» («COmet Nucleus TOUR»). Аппарат будет запущен в июле 2002 года. В ноябре 2003 года он встретится с кометой Энке, в январе 2006 года - с кометой Швассмана-Вахмана-3, и, наконец, в августе 2008 года - с кометой d'Arrest. Он будет оснащён совершенным техническим оборудованием, которое позволит получить высококачественные фотографии ядра в различных спектрах, а также собрать кометные газ и пыль. Проект также интересен тем, что космический аппарат при помощи гравитационного поля Земли может быть переориентирован в 2004-2008 году на новую комету. Третий проект - самый интересный и сложный. Он называется «Deep Space 4» и входит в программу исследований под названием « NASA New Millennium Program». В его ходе предполагается посадка на ядро кометы Tempel 1 в декабре 2005 года и возвращение на Землю в 2010 году. Космический аппарат исследует ядро кометы, соберёт и доставит на Землю образцы грунта.

Наиболее  интересными событиями за последние несколько лет стали: появление кометы Хейла-Боппа и падение кометы Шумахера-Леви 9 на Юпитер. 
Комета Хейла-Боппа появилась на небе весной 1997 года. Её период составляет 5900 лет. С этой кометой связаны некоторые интересные факты. Осенью 1996 года американский астроном-любитель Чак Шрамек передал во всемирную сеть Интернет фотографию кометы, на которой отчётливо был виден яркий белый объект неизвестного происхождения, слегка сплюснутый по горизонтали. Шрамек назвал его «Saturn-like object» (сатурнообразный объект, сокращённо - «SLO»). Размеры объекта в несколько раз превосходили размеры Земли.

Реакция официальных научных представителей была странной. Снимок Шрамека был  объявлен подделкой, а сам астроном - мистификатором, но вразумительного  объяснения характера SLO не было предложено. Снимок, опубликованный в Интернет, вызвал взрыв оккультизма, распространялось огромное количество рассказов о грядущем конце света, «мёртвой планете древней цивилизации», злобных пришельцах, готовящихся к захвату Земли с помощью кометы, даже выражение: «What the hell is going on?» («Что за чертовщина происходит?») перефразировали в «What the Hale is going on?»... До сих пор не ясно, что это был за объект, какова его природа. 
23 июля появилось сообщение о том, что ядро кометы разделилось пополам.

Предварительный анализ показал, что второе «ядро» - звезда на заднем плане, но последующие снимки опровергли это предположение. С течением времени «глаза» опять соединились, и комета приняла первоначальный вид. Этот феномен также не был объяснён ни одним учёным. 
Таким образом, комета Хейла-Боппа была не стандартным явлением, она дала учёным новый повод для размышлений.

Другим  нашумевшим событием стало падение  в июле 1994 года короткопериодической кометы Шумахера-Леви 9 на Юпитер. Ядро кометы в июле 1992 года в результате сближения с Юпитером разделилось на фрагменты, которые впоследствии столкнулись с планетой-гигантом. В связи с тем, что столкновения происходили на ночной стороне Юпитера, земные исследователи могли наблюдать лишь вспышки, отражённые спутниками планеты. Анализ показал, что диаметр фрагментов от одного до нескольких километров. На Юпитер упали 20 кометных осколков.

Учёные  утверждают, что распад кометы на части - редкое событие, захват кометы Юпитером - ещё более редкое происшествие, а столкновение большой кометы с планетой - экстраординарное космическое событие. 
Недавно в американской лаборатории на одном из самых мощных компьютеров Intel Teraflop с производительностью 1 триллион операций в секунду была просчитана модель падения кометы радиусом 1 километр на Землю. Вычисления заняли 48 часов. Они показали, что такой катаклизм станет смертельным для человечества: в воздух поднимутся сотни тонн пыли, закрыв доступ солнечному свету и теплу, при падении в океан образуется гигантское цунами, произойдут разрушительные землетрясения... По одной из гипотез, динозавры вымерли в результате падения большой кометы или астероида. В штате Аризона существует кратер диаметром 1219 метров, образовавшийся после падения метеорита 60 метров в диаметре. Взрыв был эквивалентен взрыву 15 миллионов тонн тринитротолуола. Предполагается, что знаменитый Тунгусский метеорит 1908 года имел диаметр около 100 метров. Поэтому учёные работают сейчас над созданием системы раннего обнаружения, уничтожения или отклонения крупных космических тел, пролетающих недалеко от нашей планеты.

 
  ЗАЩИТА ЗЕМЛИ ОТ КОМЕТНОЙ ОПАСНОСТИ.

Проблема  кометной опасности детально проанализирована во множестве публикаций. Следует  отметить, что наибольшую опасность  представляют собой массивные долгопериодические кометы, их появление чаще всего бывает неожиданным из-за произвольной ориентации плоскостей орбит и больших или очень больших периодов обращения. Более того, многие из этих комет - апериодические, то есть движутся по незамкнутым траекториям (параболическим или гиперболическим) и поэтому действительно являются новыми. У этих комет возможна более высокая скорость столкновения с Землей - до 72 км/с (на встречных траекториях), что может привести к глобальным катастрофическим последствиям. Возможность подобных катастрофических событий подтверждается многими фактами. Во-первых, к настоящему времени на поверхности Земли обнаружено свыше 230 больших ударных кратеров 
 
Конечно, большинство этих кратеров, скорее всего, были образованы при падении на земную поверхность каменистых тел, которые могут пронизывать земную атмосферу практически не разрушаясь. Вполне вероятно, что какая-то часть кратеров была образована и крупными кометными ядрами или телами промежуточного состава. Но столкновения с кометами могут приводить не только к катастрофическим последствиям. Ряд ученых считает, что сразу после своего формирования при высоких температурах и охлаждения земная поверхность была очень сухая (например, как сейчас лунная), и что практически вся вода и другие летучие соединения были доставлены потоком комет, обрушившимся в то время на Землю. Кстати, кометы могли доставить не только воду, но и сложные органические соединения, возникновение которых в земных условиях, как некоторые полагают, было маловероятным, и таким образом создали основу для зарождения простейших организмов. Хотя это пока и гипотезы, но кроме Тунгусского явления, есть и другие факты, подтверждающие падения ядер комет в прошлом на Землю. Например, одно из наиболее массовых вымираний флоры и фауны за последние 230 млн. лет произошло 65 млн. лет назад (между мезозойской и кайнозойской биологическими эрами или на рубеже мелового и третичного геологических периодов), когда исчезло около 2/3 всех живых организмов, включая динозавров. С этим же моментом в геологических отложениях земной поверхности связан слой с повышенным содержанием чрезвычайно редкого на Земле элемента иридия.

Ученые  Л. Альварес и С. Ванденберг показали, что содержание этого элемента в  тот период на земной поверхности  могло резко увеличиться в результате падения крупного кометного ядра (с поперечником около 10 км), имевшего повышенное содержание иридия. Был даже найден кратер с подходящим возрастом и соответствующими морфологическими особенностями, который мог возникнуть при таком событии. Этот кратер, по имени Чиксулуб, имеет диаметр 180 км и находится на полуострове Юкатан в Мексике. Но причиной вымирания живых организмов тогда могла быть не повышенная концентрация иридия, а сильнейший взрыв, вызванный столкновением кометного ядра с земной поверхностью, который привел к выбросу в атмосферу (в том числе в ее верхние слои) огромного количества пыли. Глобальное запыление атмосферы неизбежно приводит к резкому падению температуры ее нижних слоев (на 10 и более градусов), так как пыль экранирует поток солнечного излучения. Такое изменение средней температуры может сохраняться до 1 года - так называемый эффект «ядерной зимы» (он также неизбежен при массовом применении ядерного оружия, откуда и появилось соответствующее название). Вполне вероятно, что такой эффект, вызванный падением крупного кометного ядра (но это мог быть и астероид) на земную поверхность 65 млн. лет назад, и привел к катастрофической гибели живых организмов. 
 
Еще одно подтверждение реальности столкновений кометных ядер с планетами - уникальное событие, которое произошло «на глазах» у всего современного человечества. Имеется ввиду падение фрагментов кометы Шумейкера-Леви 9 на Юпитер в июле 1994 г. Эта комета была обнаружена в окрестностях Юпитера в начале 1993 г. уже после того, как распалась на 20 фрагментов, которые распределились вдоль ее орбиты в виде светящегося «небесного ожерелья». Как показало моделирование движения этой кометы «назад», она была либо сорванным «с места» удаленным ледяным спутником Юпитера, либо ранее захваченной планетой-гигантом обычной кометой. Скорее всего, кометное ядро было разорвано на части приливными силами при близком прохождении к Юпитеру. Падение обломков ядра кометы с размерами от 1 до 10 км со скоростью около 60 км/с происходило с 16 по 22 июля 1994 г. на обратную сторону южного полушария Юпитера. Это не позволило непосредственно наблюдать эффекты столкновений. Но последствия падений становились наблюдаемыми на видимом полушарии Юпитера уже через 40-50 мин. по причине его быстрого вращения. Они были грандиозными. Следы взрывов в виде огромных темных пятен и расходящихся от них кольцевых ударных волн (по диаметру сравнимых с Землей) на фоне юпитерианской атмосферы наблюдались во всех обсерваториях мира. Но лучшие по качеству снимки были получены с помощью орбитального телескопа «Хаббл» работающего за пределами земной атмосферы

Но прежде, чем приступить к обсуждению вопроса  о защите Земли от крупных комет  и астероидов, остановимся кратко на обсуждении более « простой» проблемы - а так ли уж велика опасность столкновения Земли с кометами? 
Говоря языком математики, речь идет о нахождении вероятности пересечения орбит Земли и кометы практически в одной точке. Интуитивно кажется, что эта вероятность должна быть исключительно мала, но какова количественная оценка этой малости? Для ответа на вопрос достаточно учесть, что из наблюдений около 200 долгопериодических комет известно, что около 5 комет в год пересекают плоскость орбиты Земли (напомним, что речь идет только уже об известных кометах типа кометы Карла V или кометы Галлея). 
Для столкновения необходимо, чтобы траектория хотя бы одной из таких комет пересеклась с положением Земли, точнее прошла бы через окружность площадью в ¼ площади земной поверхности. Расчеты показывают, что вероятность такого события, как и ожидалось, экстремально мала - примерно одно событие в 50-100 млн. лет. Но геологический возраст Земли близок к 4,5 млрд.лет. Значит, за это время нас «посетили», как минимум, несколько десятков комет? А если учесть, что каждый год астрономы открывают еще 3-5 новых комет, то кометный фактор становится одним из важнейших элементов земной истории! Этот вывод подтверждается и данными наблюдений кратеров Луны, значительная часть которых сформировалась под воздействием комет, астероидов и метеоритов. 
 
Соединяя «оптимистическую» и «пессимистическую» точки зрения на кометную угрозу для Земли, можно указать наиболее надежный интервал для таких событий - примерно один раз в 10-20 млн.лет. Много это или мало? Стоит ли принимать во внимание кометную опасность и предпринимать какие-то превентивные меры? Для тех, кто настроен «оптимистически» (по принципу - на мой век хватит), заметим, что приведенные выше оценки характеризуют лишь частоту событий, но в принципе не могут дать ответа на вопрос, когда же это событие произойдет. Следует пояснить, что и в повседневной жизни мы интуитивно оцениваем опасность того или иного фактора. Даже без специальных пояснений, каждый из нас осознает, что опасность от движущегося автомобиля намного превышает опасность от упавшего с крыши кирпича или аварии самолета. Следовательно, в первую очередь нужно «страховаться» от потенциально наиболее вероятного события. Но что до этой логики человеку, на которого кирпич все-таки упал! Мы прекрасно понимаем, что вероятность аварии на атомной станции чрезвычайно мала. И, несмотря на это, мы стали свидетелями ужаса Чернобыля. Следовательно - сама про себе вероятность того или иного события хотя и важна, но недостаточна для характеристики степени опасности явления. 
 
Ученые уже давно понимали этот факт при разработке и проектировании сложных систем. Для сравнения разных по своим вероятностным свойствам и воздействию на человека событий было предложено использовать понятие «фактор опасности», равный произведению вероятности события на число потенциальных жертв. Так например, ежегодно на земном шаре в авиационных катастрофах погибает около тысячи человек. Статистические данные показывают, что вероятность одной такой катастрофы примерно составляет одно событие в месяц. В этом случае фактор опасности авиационных катастроф для человечества составляет около 80-90. Если учесть, что столкновение крупной кометы с Землей будет сопровождаться гибелью всего живого, то рейтинг этой угрозы превышает авиационный почти в 5-7 раз! Вероятность эффекта мала, но зато последствия глобальны!

                                                      ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

    В  эпоху,  когда  астрономия  как  наука  переживала   период   своего младенчества,  люди  изучали  небо  невооруженным   глазом.   Поэтому   все открываемые в ту пору «хвостатые звезды» были  довольно  яркими.  Когда  на помощь астрономам пришел телескоп (с XVII  века),  кометы  стали  открывать чаще. Сначала далекие, слабые кометы обнаруживали случайно, при  наблюдении других небесных объектов. Потом появились  астрономы,  упорно  обшаривавшие небо  в  поисках  чего-то  нового.  Через  десятки  лет  на   счету   таких наблюдателей оказывалось по 5-10, а иногда и больше открытых ими  комет.  А после того как телескопы стали доступны большому кругу людей,  увлекающихся астрономией, появилась целая армия «охотников за кометами» – бескорыстных и

преданных сподвижников науки. Эти любители астрономии внесли огромный вклад в науку о кометах. Так, Ж. Понс, всю свою жизнь  прослуживший  сторожем  на Марсельской обсерватории, открыл за  тридцать  лет  26  комет  (его  рекорд держался 165 лет!).

В 1892 году американский ученый Э. Барнард впервые  открыл  комету  на фотопластинке. Это был важный шаг в техническом развитии астрономии,  после чего очень скоро фотография окончательно отучила  астрономов-профессионалов от   визуальных   наблюдений.   Появившиеся   затем   новые    светосильные фотографические телескопы-фотокамеры оказались очень  удобными  для  поиска слабых небесных  объектов.  Таким  образом,  произошло  разграничение  сфер деятельности между профессионалами и любителями:  ученые  переключились  на фотографический поиск и при этом стали открывать слабые, ранее  недоступные для наблюдений объекты. А любители продолжали  обшаривать  небо  с  помощью своих скромных телескопов.

Казалось  бы, в наше время, когда вводятся в строй все  новые  и  новые фотографические инструменты, любители должны  оставаться  «не  у  дел».  Но этого не происходит,  и  число  открытий,  сделанных  любителями,  остается весьма  значительным.  В  1974  году  из  пяти  новых  комет  две   открыты любителями, в  1987  из  семнадцати  вновь  открытых  –  семь,  в  1988  из

пятнадцати  – четыре, в 1989 из двадцати – шесть, в 1990 из девяти – две,  в 1991 «вольные охотники» обнаружили  три  новых  (из  девятнадцати).  Таким образом, как столетие  назад,  так  и  в  наши  дни,  любители  по-прежнему обнаруживают 20-40 процентов новых комет. И, по всей  видимости,  до  конца эпохи любительства в астрономии еще далеко.