Кометы. Странники Солнечной системы - Леонид Владимирович Еленин

том, что динамика частиц кометного хвоста вызвана отталкивающими силами, исходящими от Солнца и изменяющимися обратно пропорционально квадрату гелиоцентрического расстояния[45]. Опираясь на его труды по исследованию хвоста кометы Галлея при ее появлении в 1835 году, Бредихин создал максимально точную на то время «механическую теорию кометных форм». Его математическая модель позволила описать поведение вещества – малых пылевых частичек – как в голове кометы, так и внутри ее хвоста. Пыль, выброшенная из ядра кометы, начинает двигаться не только под действием притяжения к Солнцу, но и отталкиваясь от него вследствие давления солнечного света. Что же касается газового или, как его еще называют, ионного хвоста кометы, который «развевается» в потоке солнечного ветра, то до открытия этого плазменного эффекта и даже появления самого термина «солнечный ветер», введенного американским астрофизиком Юджином Паркером, оставалось еще сто лет. В 1877 году в свет вышла классификация кометных хвостов, в которой Бредихин изначально разделил их на три типа: прямолинейные, в виде изогнутого конуса и короткие прямые хвосты. В 1884 году он добавил и четвертый тип – аномальный хвост, направленный к Солнцу. Но более подробно об украшениях комет – их хвостах, а также структуре их ядер, газово-пылевой оболочке и физических свойствах мы поговорим в следующей главе, а здесь продолжим повествование о развитии наших знаний о кометах.

Итак, первые фотоснимки комет были получены; следующим этапом стали спектроскопические исследования. Ими занялся все тот же астроном, в честь которого была названа первая сфотографированная комета – Джованни Донати. Идея одновременной регистрации всей ширины электромагнитного спектра была реализована немецким ученым Йозефом Фраунгофером еще в начале XIX века. В его первом приборе – спектроскопе – луч света, прошедший через специальные щели и линзы, превращался в узкий пучок параллельных лучей, которые, падая на призму, расщеплялись, и волны разной длины отклонялись на разные углы. Изображение наблюдали через специальную трубку с нанесенной на нее шкалой для измерений. Изобретение фотографии многое поменяло не только в повседневной жизни, но и в различных областях науки. Вместо трубки стали использовать фотокамеру, и спектры стали проецировать на фотопластинку для их дальнейшего анализа.

В 1862 году Донати опубликовал работу о возможности определения физических свойств звезд по их спектрам. А в 1864 году ученый, уже имевший опыт получения спектров Солнца и ярких звезд, впервые провел спектроскопические наблюдения яркой кометы C/1864 N1 (Tempel), или 1864 II по старой номенклатуре. Заметим, что спектроскопические измерения голов комет отличаются от исследования звезд. В большей степени газово-пылевые оболочки комет «светят» отраженным солнечным светом, то есть их спектр ничего не говорит нам о химических элементах в составе головы кометы. Чем активнее комета, тем выше вероятность зафиксировать эмиссионные линии – линии излучения веществ, входящих в состав окружающей ядро газово-пылевой оболочки. Но состав самого ядра все равно от нас скрыт.

Донати повезло: на фоне отраженного солнечного спектра он увидел несколько эмиссионных линий, хотя и не смог их идентифицировать. Спустя четыре года ему помог с этим английский астроном-любитель Уильям Хаггинс, первым установивший, что это свечение принадлежит молекулам двухатомного углерода (C2). В 1881 году уже сам Хаггинс, который построил частную обсерваторию и всерьез занялся новым направлением в астрономии, с помощью щелевого спектрографа обнаружил эмиссионные линии активного радикала циана CN, а также молекулы трехатомного углерода (C3) в газово-пылевой оболочке кометы Теббатта (C/1881 K1), или Великой кометы 1881 года. Независимо ее спектр изучал и другой гениальный самоучка – американский врач и астроном-любитель Генри Дрейпер (Дрэпер). Кстати, именно он получил первый широкоугольный снимок кометного хвоста. Спектроскопия комет стала научной обыденностью, но продолжила совершенствоваться.

Наступил XX век. В 1909 году мир ждал нового пролета кометы Галлея. Во-первых, это было ее первым появлением с момента изобретения фотографии, а во-вторых, ученые уже были вооружены и другим научным новшеством – спектроскопией. Комета была обнаружена, или, как говорят астрономы, переоткрыта, 11 сентября 1909 года немецким астрономом Максимилианом Вольфом в Гейдельбергской обсерватории с помощью 72-сантиметрового телескопа-рефлектора как объект 16–17 звездной величины. 20 апреля 1910 года она прошла перигелий, а 18 мая ее ядро оказалось точно на фоне диска Солнца. В этот момент Земля погрузилась в ее протяженный хвост, из-за чего, конечно же, началась паника, но об этом я более подробно расскажу в другой главе. За этим историческим транзитом следили многие обсерватории по всему миру, в том числе и в Москве. Наблюдения проводили Витольд Карлович Цераский и Павел Карлович Штернберг. Они не смогли, как и их зарубежные коллеги, зафиксировать ядро кометы и на основании этого дали верхнюю оценку диаметра ядра – не более двадцати километров, что подтвердилось при следующем пролете кометы в 1986 году.

Комета Донати

В ходе сближения кометы Галлея с Землей в 1910 году было получено свыше полутысячи фотоснимков и около сотни спектрограмм. В ее хвосте были обнаружены смертельно опасные для человека циан (C2N2) и угарный газ (CO). Конечно, вещество в хвосте кометы настолько разрежено, что оно не могло нанести вреда нашей планете и ее населению. Накопленные научные данные позволили немецкому астроному и физику Карлу Шварцшильду и химику Ричарду Крону в 1911 году понять механизм свечения кометных молекул, а советскому астроному Сергею Владимировичу Орлову, внесшему большой вклад в исследования комет, создать теорию формирования и эволюции кометных голов.

В 1930-х годах советский астроном и известный исследователь комет Сергей Константинович Всехсвятский, автор фундаментального научного труда «Физические характеристики комет», пытается развить гипотезу французского математика и астронома Жозефа-Луи Лагранжа, предложенную им еще в 1812 году, говорящую о том, что кометы – это выбросы вещества с поверхности планет и спутников. Но это был ошибочный путь. В начале 1940-х годов советский ученый Отто Юльевич Шмидт предлагает новую концепцию формирования планетных систем – из протопланетного диска путем аккумуляции (объединения) малых тел. Эта теория впервые объяснила деление планет Солнечной системы по массе и химическому составу, а позже была дополнена теорией гравитационной аккреции вещества.

Комета Галлея в 1910 году

Начало 1950-х годов выдалось революционным в области изучения комет. В 1950 году американский астроном Фред Лоуренс Уиппл[46] в серии статей предлагает общепринятую теперь концепцию строения кометных ядер: они состоят из смеси льдов (замороженных летучих веществ) и тугоплавкого каменистого метеоритного вещества. Данная теория «грязного снежка» была подтверждена космическими миссиями, о которых я расскажу совсем скоро, а о теории формирования кометных ядер мы поговорим уже в следующей главе. В том же переломном для наших знаний о кометах году Ян Оорт предлагает научному миру свое видение основного источника долгопериодических комет, о чем мы уже подробно говорили в первой главе. Спустя год немецкий астроном Людвиг Бирман впервые дает верное