Валентин Урбан: aby se napít, známky a extáze Голосов: 1 Адрес блога: http://dubva1.livejournal.com/ Добавлен: 2008-08-04 10:21:30 блограйдером pinker

От суеверия до астрофизики

2011-11-18 14:29:03 (читать в оригинале)

Кроме сверхновых, которые вспыхивают на небосводе никак не в каждом столетии, кометы всегда были единственными нарушителями нескончаемого и постоянного порядка «в кругу расчисленном светил». Эти небесные тела не один раз удостаивались ярких описаний в преданиях и исторических анналах. «Она зияла дневным светом и волочила за собой хвост, схожий на нажимало скорпиона», – писали древнейшие вавилоняне о комете 1140 года до нашей эпохи. Из 1036 комет, включенных в опубликованное в 2001 году четырнадцатое издание интернационального «Каталога кометных орбит», четыре сотки стали известны еще до изобретения телескопа.





Природа комет давно заинтересовывала пытливое население земли. Вавилоняне и халдеи почитали их не то пламенными воздушными вихрями, не то реальными небесными телами. Пифагорейцы и еще многие ученые мужи древнегреческого мира считали их реальными планетками, которые нечасто возникают на земном небосклоне и, подобно Меркурию, низковато висят над горизонтом. Это разъяснение на много веков заблокировал авторитет Аристотеля, который утверждал, что кометы чисто атмосферный парадокс, так как передвигаются по небесной сфере как им вздумается, а не только лишь поблизости путей, по которым движутся Солнце и планетки. Таким макаром, Аристотель отказал кометам в галлактическом статусе, потому что они, выражаясь современным языком, могут как угодно отклоняться от плоскости эклиптики Галлактики. Интересно, что от этого очень нетривиального утверждения выслеживается нить исторической преемственности, которая тянется к современной теории происхождения комет.


В Средние века энтузиазм к кометам в главном проявляли астрономы. Возникновение хвостатых странниц на небосклоне не раз фиксировалось в летописях (в «Нюрнбергских хрониках» 684 года не только лишь описана, да и нарисована именитая комета, которая через тыщу с излишним лет получила имя Галлея).


Китайские сведения были намного обширней. За полторы тыщи лет начиная с 1400 года до н.э. хронисты Поднебесной отметили 338 возникновений комет. Приблизительно в 300 году до н.э. был составлен 1-ый в собственном роде богато иллюстрированный трактат о кометах, написанный на шелковой ткани.


В руках науки


В Европе XVI века труды Аристотеля уже закончили принимать как непреложную правду, и астрологи поновой заинтересовались кометами. Первыми были итальянец Джиролами Фракасторо (не только лишь наблюдающий небес, да и большой врач-инфекционист, описавший симптомы заболевания, которое он именовал сифилисом) и германец Петер Апиан. В 1530–1540-х годах они отследили несколько комет и независимо друг от друга отметили, что их хвосты направлены от Солнца (на данный момент мы знаем, что бывают и исключения).


Но подлинный момент рождения кометной астрономии пришелся на 70-е годы такого же XVI столетия. В 1572 году в созвездии Кассиопеи зажглась сверхновая, сразу увиденная величавым астрономом-наблюдателем Тихо Браге. Неожиданная вспышка этого светила уверила его, что от небес можно ждать и не таких сюрпризов. Пятью годами позднее он два с половиной месяца с величавым тщанием выслеживал показавшуюся на небосклоне комету и даже вычислил, что дистанция до нее по последней мере в четыре раза превосходит расстояние до Луны. Тем он первым обосновал, что кометы следует считать реальными галлактическими телами, отдаленными от Земли на большие расстояния (хотя утверждение, что хвостатая гостья обращается вокруг Солнца по кругу, было неправильным и практически противоречило его своим наблюдениям).


В XVII веке кометы изучали многие большие астрологи. Превосходный Иоганн Кеплер предназначил им особый труд, итальянец Джованни Борелли и поляк Ян Гевелий (по совместительству бургомистр Гданьска и известный пивовар, которого не позабыли и доныне) сообразили, что кометы могут двигаться не только лишь по замкнутым орбитам, да и по разомкнутым траекториям. Ученик Гевелия Георг Дорффел сделал последующий шаг, поместив Солнце в фокусе параболической орбиты кометы 1680 года. А 2-мя годами позже 26-летний англичанин Эдмонд Галлей просчитал траекторию перемещения открытой им кометы вспять во времени и заявил, что конкретно ее-то в 1531 году следил Апиан, а в 1607 году – Кеплер. Из этого следовало, что период кометы составляет 75–76 лет, и Галлей «с полной уверенностью» (его собственные слова) предсказал, что в конце 1758 года она вновь появится на земном небосклоне.


Пророчество Галлея стопроцентно подтвердилось. В рождественскую ночь 1758 года обещанную комету узрел проживавший недалеко от Дрездена астроном-любитель Иоганн Георг Палич, который первым и оповестил мир о величавом событии. Незадолго ранее французский астролог и математик Алексис Клеро поновой вычислил орбиту этой кометы, приняв в расчет гравитационные возмущения со стороны Юпитера и Сатурна (с этими трудозатратными расчетами ему посодействовали узнаваемый астролог Жозеф Жером де Лаланд и, что умопомрачительно для тех пор, женщина-математик Николь де ла Бриер Лепот). У их вышло, что комета Галлея приблизится к Солнцу на наименьшую дистанцию (перигелий) 15 апреля 1759 года с вероятной ошибкой примерно в один месяц. «Волосатая звезда» не подвела ученых и прошла перигелий 13 марта. Современники восприняли это совпадение как подлинный триумф ньютоновской небесной механики. Последний раз комету Галлея лицезрели в 1986 году, а в последующий раз она объявится спустя 55 лет.


Прогноз Галлея занимает в истории астрономии особенное место к тому же поэтому, что без малого полтора столетия он оставался единственным. Исключительно в 1819 году Иоганн Энке предсказал, что промелькнувшая год назад комета возвратится в 1822 году, – и попал в яблочко. С того времени комету Энке наблюдают в особенности нередко, что и нехитро, так как ее период составляет всего 3,3 года (у всех иных узнаваемых комет он длиннее).


С этой кометой связано очередное открытие. Энке увидел, что с каждым оборотом ее период миниатюризируется на пару часиков. Это значит, что комета тормозится какими-то силами не гравитационной природы. Сам Энке считал, что ее замедляет сопротивление неведомой науке среды; другие астрологи ссылались на столкновения с маленькими частичками, предположительно обращающимися поблизости Солнца. Но позже выяснилось, что некие кометы, напротив, наращивают собственный период и, как следует, ускоряются. В 1835 году Фридрих Бессель представил, что скорость меняется под воздействием реактивной тяги газов, которые выбрасываются в место, когда солнечный свет нагревает и испаряет вещество кометного ядра. Эта догадка оказалась справедливой, но подтвердить ее удалось только через 100 с излишним лет.


Посреди 1860-х кометы стали учить при помощи спектроскопических способов, что отдало много инфы об их составе. Ученые узнали, что в состав кометного вещества входят водород и кислород (в том числе в виде молекул воды и гидроксильных групп), углерод и его окислы, азот, силикаты и целый ряд металлов. Астрологи составили систематизацию кометных хвостов – вобщем, поначалу только по внешнему облику. С течением времени было подтверждено, что вытянутые по прямой от Солнца хвосты первого типа состоят из газовой плазмы, а скошенные в сторону хвосты второго типа содержат много пылевых частиц. Обычно, любая комета обладает 2-мя хвостами – и ионным, и пылевым. Хвосты обоих типов могут растягиваться на огромные расстояния – прямо до одной астрономической единицы.


Что у нее снутри


В 1950 году гарвардский астролог Фред Лоуренс Виппл выступил с теорией кометных ядер, получившей с течением времени полное признание. Ее именуют моделью «грязного снежка». Кометное ядро в ней стает как большой ком смерзшихся ледяных частиц, заключенный в узкую пылевую оболочку. В состав кометных льдинок величиной от микрона до дециметра заходит вода, окись и двуокись углерода, циан, аммиак, метан и еще некие вещества, которые при повышении температуры стремительно перебегают в газообразное состояние.


Когда комета приближается к Солнцу, ядро прогревается и начинает испаряться (точнее, сублимироваться – из твердого, а не водянистого состояния). Равномерно оно кутается газопылевым облаком поперечником от 100 тыщ до миллиона км, так именуемой комой. Время от времени это случается меж орбитами Сатурна и Юпитера, но почаще в районе головного пояса астероидов, меж Юпитером и Марсом. Кометный хвост формируется в силу того, что под давлением света и солнечного ветра вещество комы отбрасывается прочь от Солнца. 10 годов назад ученые нашли, что кометы испускают рентгеновские лучи; считается, что это получается благодаря столкновениям частиц комы с резвыми солнечными ионами.


Кометы юпитерианского семейства встречаются с Солнцем почаще, чем другие, и резвее худеют. В конце концов неважно какая поистине повторяющаяся комета разрушается и исчезает.


«Снежковая» модель не раз модифицировалась в деталях, но в главном сохранила силу до наших дней. Она отлично разъясняет появление комы и формирование хвостов, так как при полной сублимации 1-го грамма кометного льда высвобождается 1022–1023 молекул газа. Эта же модель позволила доказать старенькую догадку Бесселя. Кометный лед плохо проводит тепло, и потому при нагревании солнечными лучами испарение происходит только с поверхности ядра. При вращении ядра зона сублимации успевает уйти из-под прямого освещения, так что газы покидают ядро под углом к Солнцу. Возникающая реактивная тяга также оказывается «скошенной». Она может и разгонять, и тормозить ядро – все находится в зависимости от нрава его вращения.


Теория Виппла получила убедительное доказательство в 1986 году, когда на свидание с кометой Галлея направились 5 автоматических галлактических станций. В составе «галлеевской армады» (так их тогда называли) были европейский зонд Giotto, советско-французская пара «Вега-1» и «Вега-2» и жители страны восходящего солнца Suisei и Sakigake. Giotto прошел всего в 600 км от ядра и выслал на Землю больше 2000 снимков, изготовленных в разных участках диапазона. На этих фото ядро смотрится чернее сажи, так что пыли в нем, судя по всему, много больше, ежели льда. В первый раз были достоверно определены и линейные размеры ядра, которые оказались равны 7,5х8,2х16 км.


Вид из космоса


Вот уже практически 37 лет кометы изучают не только лишь с Земли, да и из космоса. 14 января 1970 года южноамериканская орбитальная обсерватория OAO-2 сделала ультрафиолетовые снимки только-только открытой кометы Таго–Сато–Косаки. Скоро и эта станция, и другие галлактические аппараты приступили к наблюдению за кометами Беннета, Энке и Когоутека. С той поры исследования комет создают с многих галлактических платформ, а именно – с запущенного в 1990 году орбитального телескопа «Хаббл».


1-ые экспедиции к кометам стартовали практически четверть века вспять. В 1982 году автоматический зонд International Sun-Earth Explorer 3 выполнил свою первоначальную цель, но не выработал ни ресурса, ни горючего. Его переименовали в International Cometary Explorer и выслали к комете Джикобини–Циннера. В сентябре 1985-го он приблизился к цели и произвел замеры плотности хвоста и комы. Потом последовал полет «галлеевской армады». В 1992 году завершивший свою основную цель Giotto прошел в 200 км от ядра кометы Григга–Скьеллерупа, но из-за неисправности камеры никакой инфы не прислал.


22 сентября 2001 года южноамериканский аппарат Deep Space 1 пропархал недалеко от восьмикилометрового ядра кометы Борелли. В январе 2004 года автоматический зонд Stardust приблизился к голове кометы Вильда-2 и набрал частички комы в аэрогельную ловушку, которую 15 января 2006-го выслал на Землю. И в конце концов, 4 июля 2005 года очередной посланец NASA Deep Impact ударил по ядру юпитерианской кометы Темпель-1 372-килограммовым пробником, который вышиб с поверхности фонтан вещества общим весом в 10 000 т, где оказалось много сложных органических соединений. Таким макаром, к истинному времени автоматические зонды подходили уже к 6 кометам.


2 марта 2004 года Европейское галлактическое агентство послало к комете Чурюмова–Герасименко станцию Rosetta. Если все пойдет по плану, то в ноябре 2014-го она отстрелит на поверхность кометы спускаемый модуль с оборудованием для хим анализа, а сама перевоплотится в ее спутник.


Пасмурное хранилище


В 1950 году имел место очередной теоретический прорыв, который разрешил делему происхождения комет. Его сделал доктор Лейденского института Ян Хендрик Оорт, который еще в конце 1920-х обосновал, что наша Галактика крутится, а после 2-ой мировой войны стал одним из основоположников радиоастрономии. К тому времени было точно понятно, что большая часть комет приходят к Солнцу с очень огромных дистанций. Потому Оорт счел непериодические и длиннопериодические кометы бывшими жителями великанского сферического облака, внутренняя граница которого отдалена от Солнца на 20 000 а.е., а наружняя – на 150 000 а.е. (около 2,5 световых лет). Он подсчитал, что в этом галлактическом рое приблизительно 100 миллиардов. кометных ядер и их суммарная масса составляет 1–10% от массы Земли. Позже это скопление получило заглавие облака Оорта.


В принципе, эта идея была никак не нова. Во 2-ой половине XIX века нечто схожее представил южноамериканский астролог и математик Бенджамен Пирс, а в 1932 году – доктор Тартуского института Эрнст Юлиус Эпик, который работал тогда в Гарвардском институте. Почему-либо статья Эпика не произвела особенного воспоминания, хотя он имел репутацию очень сильного астрофизика. А вот работу Оорта «Структура кометного облака, окружающего Галлактику, и догадка его происхождения» коллеги сходу оценили.


Скопление Оорта и на данный момент остается чисто теоретическим объектом (кометы, входящие в его состав, не заметны ни в один телескоп), но в его существовании никто не колеблется. Астрологи считают, что оно содержит порядка 10 трлн. тел (в 100 раз больше, чем подразумевал Оорт), а его масса оставляет 40–45 земных масс.


Скопление Оорта является реликтом первичной газопылевой туманности, которая 5 миллиардов. годов назад перетерпела гравитационный коллапс, положивший начало процессу образования Солнца и планет. Первым шагом к этому стала конденсация планетезималей, относительно маленьких комков вещества, которые потом объединялись и слипались в протопланеты. «Уже после образования наружных планет некие планетезимали разогнались в их гравитационном поле и были отброшены далековато от Солнца. Там они образовали великанский диск, прилегающий к плоскости эклиптики, – растолковал «ПМ» астрофизик Майкл Мумма из Годдардовского центра исследования галлактических полетов. – Равномерно гравитационные возмущения перевели тела этого пояса на еще больше дальние околосолнечные орбиты и разбросали их по всем фронтам. Конкретно так диск перевоплотился в сферическое облако».


Откуда берутся кометы? Замерзшие глыбы из облака Оорта притягиваются к Солнцу настолько слабо, что могут изменять свои орбиты под действием очень малых возмущений. Каждые миллион лет 10–12 звезд сближаются с Солнцем на 200 000 а.е., так что скопление Оорта оказывается в зоне их воздействия. Кроме этого на него оказывают влияние приливные силы, порожденные как притяжением центральной плоскости нашей галактики, так и (хотя в наименьшей степени) галактического ядра.


И в конце концов, Солнце раз в несколько сотен миллионов лет встречается с великанскими водородными тучами, притяжение которых тоже осязаемо для Облака. В итоге таких воздействий некие жители Облака покидают свою орбиту и устремляются к Солнцу.


На выходе из облака Оорта ядро будущей кометы движется по гиперболической либо параболической линии движения, которую тяготение планет трансформирует в очень вытянутый эллипс. Так возникают непериодические и длиннопериодические кометы.


А кометы с периодами наименее 200 лет? «Все либо практически все юпитерианские кометы растягиваются из пояса Койпера притяжением 4 циклопических планет, – гласит доктор Мумма. – Происхождение галлеевских комет до сего времени остается предметом обсуждений. Новые модели облака Оорта позволяют полагать, что оно состоит из 2-ух частей: наружной, сферической, и внутренней, сжатой к плоскости эклиптики и расположенной поближе к Солнцу. Не исключено, что малочисленные галлеевские кометы родом конкретно оттуда».