Курсовая: Кометы

Курсовая: Кометы

План

Введение

1. Ядро и хвост кометы

2. Происхождение комет

3. Кометные орбиты

4. Точность определения кометных орбит

5 Причина свечения комет и их химический состав

6. Открытие Галлея

7. Столкновение земли с кометой

Заключение

ВВЕДЕНИЕ

Вокруг сияющего света,

Что вечно льет источник дня,

Кружатся легкие кометы,

Как мотыльки среди огня.

Н.А. Морозов

На ночном небе, среди привычных фигур созвездий вдруг появляется яркая новая

звезда, окруженная туманной оболочкой и украшенная длинным серебристым

хвостом. От ночи к ночи она медленно движется, меняет свой внешний вид.

Просияв, несколько недель или дней, слабеет и пропадает среди звезд или

исчезает в лучах Солнца.

Это конечно не звезда, а яркая комета. Люди замечали их с незапамятных времен

– летописи, исторические хроники, устные сказания донесли до нас сведения об

их появлении на небе в самых разных странах света. Яркие кометы – это редкое

событие – они появляются три-четыре раза в столетие.

Древние летописцы передают лишь состояние ужаса, которое охватывало наших

далеких пращуров перед непонятным явлением. Более спокойные и детальные

описания комет, даже некоторые измерения их дошли до нас в записях древних и

средневековых астрономов. Но там нет никаких объяснений природы этого

явления. Предполагалось, что кометы появлялись неспроста, они предшествовали

различным бедствиям, которые обрушивались на людей: войнам, голоду,

наводнениям, засухе и т. п. Поскольку в человеческой истории такие испытания

не были редкостью, то зачастую, действительно в год, когда появлялась какая-

нибудь комета, происходили памятные события. Это еще больше укрепляло в людях

убеждение, что кометы проходят достаточно близко от места бедствия.

Современные астрономы и даже любители астрономии, занимающиеся исследованием

этих небесных тел, могут рассказать о природе и поведении комет уже довольно

много: откуда появляются кометы, чем объясняется их необычный облик и даже

предскажут, когда и где можно будет наблюдать какую-нибудь из них.

1. Ядро и хвост кометы.

В отличие от мерцающих звезд и четко очерченных планет комета выглядит как

туманное светящееся пятнышко. Это пятнышко называют головой кометы. Если

кометы очень яркие и их без труда можно наблюдать невооруженным глазом, то

они всегда имеют светящиеся длинные хвосты. Именно поэтому их назвали

«кометы», что в переводе с греческого языка означает «хвостатые звезды».

Как выглядят слабые кометы, едва различимые глазом или практически невидимые,

можно установить, анализируя их фотографии, полученные с помощью больших

телескопов. Эти кометы также имеют едва заметные короткие хвостики. Однако

все кометы, и яркие, и слабые, когда уходят очень далеко от Солнца, выглядят

как едва заметные туманные пятнышки с размытыми краями. Хвосты на таких

огромных расстояниях не удается различить даже на фотографиях.

Голова или, как еще называют, кома – самая яркая часть кометы. Внутри ее

предполагается твердое ядро.

«Основа» любой кометы – ее ядро – огромный ком космической пыли, камней,

замерзших газов и сложных химических соединений, накрепко спаянных

космическим холодом. Его размеры по космическим масштабам просто ничтожны –

километры или десятки километров. Массы комет невелики: они не превышают

одной миллионной доли массы Земли.

Предполагается, что на больших расстояниях от Солнца, кометы представляют

собой голые ядра, т.е. глыбы твердого вещества, состоящего из обыкновенного

водяного льда и льда из метана и аммиака. В лед вморожены каменные и

металлические пылинки и песчинки. При приближении к Солнцу этот очень грязный

лед начинает испаряться, создавая вокруг ядра огромную газопылевую оболочку.

Под действием давления солнечного света часть газов оболочки отталкивается в

сторону, противоположную Солнцу, образуя хвост. У некоторых комет эти

процессы протекают настолько интенсивно, что оболочка и хвост достигают

чудовищных размеров. Так, например, диаметр оболочки сверх гигантской кометы

Холмса в 1882 году был равен 1,5 миллиона километров, а длина ее хвоста

достигала 300 миллионов километров!

Плотность и комы, и особенно хвоста, чрезвычайно мала. Хвост у кометы бывает

прямой или изогнутый и направлен от ядра в сторону, противоположную Солнцу.

Поэтому когда комета из межпланетного пространства приближается к нашему

светилу, то движется она головой вперед, как всякое создание имеющее голову и

хвост. А вот когда, обогнув Солнце, комета удаляется от него, то хвост

движется впереди головы. Голова и хвост кометы светятся: пылевые частицы

просто отражают свет Солнца, а атомы молекул и газов переизлучают поглощенные

ими кванты солнечного света. Кометное ядро «превращается» в доступную для

наблюдений комету.

Форма и протяженность хвостов различны. У кометы 1843 года хвост имел длину

не менее 300 млн. км. (диаметр головы ее составлял 1,5 млн. км., т. е.

несколько превышал диаметр Солнца). У большой кометы 1744 года было шесть

ярких хвостов. Неоднократно наблюдались кометы, у которых хвост даже не

развился с приближением их к Солнцу. Например, «бесхвостой» была довольно

странная комета, открытая в 1881 году английским астрономом Деннингом. Она

выглядела как дискообразное пятнышко со светящимися точками в центре.

Приблизившись к Юпитеру на 24 млн., к Марсу на 9 млн., и к Земле на 6 млн.

км., комета подошла на 3 млн. км. к орбите Венеры, а затем повернула назад,

уходя к границам Солнечной системы. Комета 1807 года имела два хвоста: один

узкий и прямой, направленный в противоположную сторону от Солнца, а второй –

расширяющийся веерообразный и изогнутый в начальной части.

Классификацию кометных хвостов предложил в XIX в. замечательный русский

астроном Ф.А. Бредихин. Хвосты I типа – прямые, направленные от Солнца. По

современным представлениям они образованы ионизированными молекулами кометной

атмосферы, которые солнечным ветром уносятся прочь от ядра. Хвосты II типа

изогнуты и по отношению к орбите кометы отклоняются назад. Образуются они

непрерывно истекающими из ядра частичками пыли. Хвосты III типа – короткие,

почти прямые, заметно отклоняющиеся от линии «Солнце – ядро кометы». Такие

хвосты образуются при единовременных «извержениях» из ядра целого облака

пылинок различных размеров, растягивающихся поэтому в полоску под действием

светового давления.

Иногда в хвостах I типа наблюдаются «облачные образования» голубого цвета,

покидающие ядро кометы со скоростью около

200 км/с. Бывают «аномальные хвосты », направленные в сторону Солнца.

Особенно любопытна в этом отношении непериодическая комета Аренда – Ролана

1957 года: после прохождения через перигелий у нее появился узкий и длинный

«аномальный хвост» диаметром около 13 тыс. км. и длиной в миллионы

километров. Из него исходило радиоизлучение на волне около 11 м., центр

которого находился в нескольких миллионах километров от ядра кометы. Когда по

удалении от Солнца хвосты стали уменьшаться, источник радиоизлучения «сошел»

с кометной орбиты и стал двигаться радиально от Солнца. Этот вызвавший

большие споры «антихвост» или «выброс к Солнцу», кометы Аренда - Ролана был

объяснен как видимый с ребра широкий веер пылевых частиц, истекающих из

головы кометы.

Интерес ученых к кометам связан главным образом с желанием изучить их состав.

Многие полагают, что это – своеобразный “строительный мусор”, оставшийся

после образования планет Солнечной системы из первоначального газо-пылевого

облака.

Наблюдение комет может дать представление о первичной материи, из которой

сформировались их тела, причем эта материя дошла до нас в

«законсервированном » виде, сохраняется без изменений, возможно, около 10

миллиардров лет! Благодаря космическому эксперименту ученые впервые увидели

кометное ядро, которое оказалось очень похожим на спутники Марса Фобос и

Деймос, а также на малые спутники Сатурна и Урана. А это свидетельствует о

том, что на заре формирования Солнечной системы кометные ядра могли

образовываться в сравнительной близости от Солнца приблизительно в районе

между орбитами планет-гигантов Юпитера и Нептуна. В дальнейшем ядра будущих

комет могли быть выброшены гравитационным полем планет на окраины Солнечной

системы.

Советская астрофизическая станция «Астрон» вела космические наблюдения кометы

Галлея (комета названа по имени английского астронома, дипломата и

переводчика Эдмунда Галлея) почти восемь месяцев с декабря 1985года по июль

1986 года. Был исследован газовый состав головы кометы, сфотографировано

несколько спектров, был получен ответ на вопрос, как быстро теряет свою массу

кометное ядро в зависимости от расстояния до Солнца. Оказалось, что каждый

раз, когда комета сближается с Солнцем (через каждые 75 лет), ядро кометы

теряет 370 миллионов тонн своей массы. Это не так уж много, если учесть, что

по современным оценкам масса ядра кометы Галлея составляет примерно 10

миллиардов тонн.

Однако через несколько десятков сближений кометы с Солнцем ее ядро полностью

потеряет запас льда и превратится в «высохшую комету», похожую на астероид.

Тогда ядро уже не будет иметь светящейся головы и хвоста, а будет выглядеть

как очень слабенькая звездочка, найти которую на небе можно будет в очень

мощный телескоп.

Комету Веста открыли в 1975 году, когда она была чрезвычайно слаба и

абсолютно не представляла интереса для астрономов-любителей. Ее просто не

было видно. А когда к марту следующего она «разгорелась» почти до яркости

Венеры, выяснилось, что вездесущие средства массовой информации просто

«прохлопали» такой лакомый кусочек.

Главными виновниками оказались, конечно, астрономы, не давшие своевременно

«пищи для пера» журналистам, умеющим оповестить мир о действительных и мнимых

чудесах.

Если триумф кометы Веста прошел так сказать в тени общественного мнения, то

одной из ее предшественниц достались и огонь, и вода, и медные трубы,

правда, в обратном порядке.

Речь идет о комете Когоутека (1973 год). Предполагалось, что при подходе к

Солнцу она по яркости будет конкурировать с кометой Галлея образца 1910 года.

Широкая реклама, предшествовавшая появлению кометы, дала импульс к оживлению

любительских наблюдений во многих странах.

Но главным было предположение, что комета Когоутека должна столкнуться с

Солнцем, К сожалению, многое из того, что ожидалось, не подтвердилось в

действительности. Столкновения не произошло, хотя комета сблизилась с Солнцем

на очень опасное для себя расстояние, да и прогнозы о яркости оказались

слишком оптимистическими. Среди астрономов-любителей и просто людей,

возбужденных разговорами о комете Когоутека, наблюдалось полнейшее

разочарование.

Однако с точки зрения профессиональных астрономов комета дала неоценимые

сведения. Это произошло, прежде всего, благодаря тому, что впервые комету

исследовали не только с помощью наземных средств, но и с привлечением

космических методов. Была открыта огромная внешняя оболочка кометы, состоящая

из нейтрального водорода, размеры которой превышали диаметр Солнца! Трудно

себе вообразить, что крошечное кометное ядро способно сформировать такую

огромную атмосферу, однако совершенно невидимую с поверхности Земли.

Поперечники кометных ядер не превышают десятка километров, а поперечник

Солнца составляет 1400 000 километров!

Расположение кометы Когоутека в пространстве было таково, что видна она была

лишь вблизи горизонта, да и то очень быстро скрывалась из поля зрения. Решено

было наблюдать ее по цепочке: каждая более западная обсерватория вела

наблюдения вслед за своей восточной соседкой. Совершенно ясно, что такая

цепочка была бы неполной, поэтому программа носила международный характер. В

итоге результаты последовательных единичных наблюдений были смонтированы в

одну киноленту, просмотр которой выявил динамическую картину

«взаимоотношений» головы и хвоста кометы.

2. Происхождение комет.

За обозримое прошлое человечества было открыто много комет. Каждая из них

имеет свои особенности. На первых порах серьезного изучения комет никому не

приходила в голову мысль, что они принадлежат Солнечной системе.

Раньше предполагалось, что таинственные небесные странницы приходят к нам из

далеких безвестных глубин межзвездного пространства, совершая удивительное

«паломничество». Они подходят к Солнцу на расстояние в несколько десятков или

сотен миллионов километров, «приветствуют» его и затем пускаются в обратный

путь. При этом, чем дальше кометы уходили от Солнца, тем сильнее ослабевал их

блеск, пока совсем не пропадал. Так заканчивался каждый вояж.

Куда направлялись таинственные визитеры: искать ли другие солнца, или

возвращались в какой-то давно обжитый «дом», скрытый от нашего взора далекими

километрами космических расстояний? Долгое время это оставалось загадкой.

Большинство астрономов предполагали, что каждая комета приходит к Солнцу лишь

один раз и затем навсегда покидает его окрестности.

Однако эта мысль утвердилась не сазу. Еще Аристотель – могучий авторитет

среди научного мира, задумываясь о природе комет, выдвинул гипотезу, что

кометы имеют земное происхождение. Они, якобы, порождаются в атмосфере Земли,

«висят» на сравнительно небольшой высоте, медленно проплывая по небу.

Удивительно, что точка зрения Аристотеля господствовала около двух

тысячелетий, и никакие попытки поколебать ее не давали положительного

результата. Хотя некоторые ученые склонны были думать, что кометы все-таки

приходят из каких-то далеких, неведомых нам глубин космического пространства.

Только в конце XVI века идея Аристотеля была опровергнута.

В конце XVI века астрономы наблюдали яркую комету с двух наблюдательных

пунктов, очень удаленных друг от друга. Если бы комета находилась в

атмосфере, т.е. недалеко от наблюдателей, то должен был бы наблюдаться

параллакс: с одного пункта комета должна быть видна на фоне одних звезд, а с

другого - на фоне других. Однако наблюдения показали, что никакого параллакса

не было, и, значит, комета находилась гораздо дальше, чем Луна. Земная

природа комет была опровергнута, что сделало их еще более таинственными. Одна

тайна сменилась другой, еще более заманчивой и недоступной.

У многих астрономов сложилось мнение, что кометы приходят к нам из

межзвездных глубин, т.е. не являются членами Солнечной системы. В какой-то

момент даже предполагалось, что кометы приходят к Солнцу по прямолинейным

траекториям и по таким же прямолинейным траекториям уходят от него.

Трудно сказать, сколько времени продолжалось бы такое положение, если бы не

одно важнейшее событие в истории человечества.

Гениальный естествоиспытатель, великий физик и математик Исаак Ньютон

завершил выдающийся научный труд, связанный с анализом движения планет вокруг

Солнца, и сформулировал закон всемирного тяготения: сила взаимного притяжения

между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно

пропорциональна квадрату между ними.

Согласно этому закону природы все планеты движутся вокруг Солнца не

произвольным образом, а строго по определенным орбитам. Орбиты эти

представляют собой замкнутые линии.

Галлей обратился к Ньютону с предложением рассмотреть, как должны двигаться

кометы в соответствии с законами всемирного тяготения.

Даже сейчас обработка данных, полученных в результате космического

эксперимента и наземных наблюдений, продолжается.

Кометы, которые нам удается наблюдать, приходят к нам с далеких окраин

Солнечной системы. По сегодняшним представлениям более 100 миллиардов

кометных ядер населяют эти окраины, которые отстоят от Земли в 10 тысяч раз

дальше, чем Солнце.

Есть предположение, что кометные ядра образовались в одно время со всей

Солнечной системой и поэтому могут являть собой образцы того первичного

вещества, из которого впоследствии образовались планеты и их спутники. Свои

первозданные свойства ядра могли сохранить благодаря своему «постоянному

месту» вдали от Солнца и больших планет, оказывающих огромное влияние на

ближайшее окружение.

.Гипотезы захвата комет из межзвездного пространства и их вулканического

происхождения весьма немирно сосуществовали рядом, не желая уступить друг

другу пальму первенства. Однако в 1950 году они были сильно потеснены одной

старой идеей в новом оформлении.

Еще в 1932 году один из выдающихся астрономов, Эрнст Эпик, высказал идею о

возможной концентрации большого количества облаков кометных и метеоритных

тел, «подчиняющихся» Солнцу, несмотря на то, что размещались они на

расстоянии четырех световых дней от него.

В 1950 году голландский астроном Ян Оорт, исследуя ряд долгопериодических

комет, обнаружил, что их афелии (наиболее удаленные от Солнца точки орбит)

концентрируются вблизи границы Солнечной системы. Можно было бы посчитать

этот результат малопримечательным, тем более, что количество комет было

совсем небольшим – 19. Однако Оорт увидел за этим явление большого масштаба.

Он возродил к жизни идею Эпика о хранилище кометных ядер на «задворках»

Солнечной системы. Из его исследований вытекало, что зона, оккупированная

кометами, простирается в поясе от 30 до 100 тыс. а. е. от Солнца.

Сам Оорт полагал на первых порах, что кометы образовались в процессе взрыва

Фаэтона. Взрыв, по его мнению, был настолько силен, что большая часть мелких

осколков была заброшена так далеко, что попала под косвенное влияние соседних

звезд, да так и осталась на окраинах Солнечной системы.

И хотя красивая гипотеза о Фаэтоне оказалась несостоятельной, идея

забрасывания вещества из внутренних областей Солнечной системы во внешние, в

дальнейшем получила подтверждение.

Сегодня механизм образования облака Эпика – Оорта выглядит приблизительно

так. В эпоху гравитационного «склеивания» планет из газопылевого облака

формировалось большое количество сгустков вещества или так называемых

зародышей. Однако не все зародыши обрастали веществом с одинаковой скоростью.

Некоторые значительно опережали своих ближайших и дальних соседей. Так,

будущие планеты-гиганты, не набрав еще массы Земли и Марса, начали проявлять

свой агрессивный «характер». Все, что эти планеты не в силах были поглотить,

они выталкивали своим гравитационным полем далеко от своих «участков».

Главной помехой в этой выталкивающей деятельности было Солнце, старавшееся

удержать даже любую мелочь на ее исконных орбитах. Но чем дальше от Солнца

формировалась планета-гигант, тем легче ей было проявлять самостоятельность и

по-своему вершить судьбы более мелких тел. Поэтому основным поставщиком

кометных ядер в облако Эпика – Оорта был Нептун. Поскольку Нептун расположен

очень далеко от Солнца, то все его окружение живет в состоянии вечного холода

и, следовательно, содержит большое количество летучих веществ, которые не

могли удержаться в более близких Солнцу телах. Именно содержание таких

веществ и характерно для планет, которые удалось выудить из далекого облака.

Тело, заброшенное Нептуном в облако, существует там до тех пор, пока что-

нибудь не уменьшит его скорость обращения вокруг Солнца. Этим «что-нибудь»

могли быть возмущения со стороны соседних звезд. Конечно, если возмущение не

уменьшит, а увеличит скорость кометного ядра, то ядро может покинуть

Солнечную систему навсегда.

Итак, планеты забросали всю периферию Солнечной системы кометными ядрами.

Приближаясь к Солнцу, ядра начинают испаряться, обрастают кометами, формируют

хвосты.

Описанная вкратце модель Оорта, – разумеется, не окончательно решает вопрос о

происхождении комет и, особенно о способах забрасывания их внутрь планетной

системы.

3. Кометные орбиты.

Согласно результатам исследований Ньютона, кометы движутся либо по

эллиптическим, либо по параболическим, либо по гиперболическим орбитам,

причем в фокусе каждой орбиты находится Солнце. Фокус кривой – это некоторая

точка F , лежащая в плоскости этой кривой. Фокусы у парабол, гипербол и

эллипсов расположены вблизи закруглений этих кривых. Очевидно, что у параболы

и гиперболы имеется по одной такой точке, в ней и находится Солнце, а у

эллипса таких точек две, и Солнце находится в одной из них.

Астрономам достаточно вычислить орбиту кометы, и эта орбита сама «скажет»,

вернется ли комета к Солнцу, или навсегда покинет его. Если комета окажется

параболической или гиперболической, т.е. незамкнутой, то комета, имеющая такую

орбиту, уже никогда не вернется. Каждая из них имеет фокус, в котором

расположено Солнце, но у них нет конечных значений величины а (большая

полуось эллиптической орбиты). Поэтому вместо значения а в случаях

параболических и гиперболических кометных орбит используют величину q –

расстояние перигелия от Солнца. Для гиперболических орбит эксцентриситет е

> 1, а для параболических – всегда е=0. Для определения формы и

расположения гиперболических орбит применяют параметры е, i,

,, q, параболических - i,

,, q.

Как полагают многие ученые, ядра комет, имеющих параболическую или

гиперболическую орбиту, удаляясь от Солнца с все уменьшающейся скоростью, на

расстоянии порядка 150 тысяч астрономических единиц от него почти

останавливаются. Постепенно там образовался огромный рой, миллиарды кометных

ядер – так называемое облако Оорта (по имени голландского ученого А.Оорта,

который выдвинул эту гипотезу). Поскольку тяготение Солнца на столь больших

расстояниях ничтожно, ядра могут оставаться там почти без движения бесконечно

долго. Лишь изредка, испытав гравитационное возмущение, к примеру, от

проходящей недалеко звезды, часть ядер в облаке начинает перемещаться,

некоторые из них, возможно, в сторону Солнца.

Совсем другое дело, если орбита окажется эллиптической. Поскольку эллипс –

линия замкнутая, комета должна обязательно вернуться в ту точку пространства,

в которой ее уже наблюдали с Земли.

Сколько же времени нужно комете, движущейся по эллипсу, чтобы сделать один

оборот? Это зависит от различных параметров эллипса, в частности от

расстояния между его фокусами. Чем меньше это расстояние, тем быстрее комета

совершит оборот вокруг Солнца.

Точная форма любого эллипса однозначно определяется величиной а большой

его полуоси и значением некоторой величины е – эксцентриситета,

характеризующего «степень сплюснутости» эллипса. Эксцентриситет е=0 для

окружности, а для эллипса 0<е<1. И чем ближе значение е к

0, тем больше эллипс походит на окружность, а чем ближе его значение к единице,

тем больше эллипс сплюснут и вытянут вдоль большой оси. Например, для планетных

Страницы: 1, 2