НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Вузовские учебники

Ядра комет. Шульман Л. М. — 1987 г.

Леонид Маркович Шульман

Ядра комет

*** 1987 ***


DjVu


PEKЛAMA Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD. Подробности...

Выставлен на продажу домен
mp3-kniga.ru
Обращаться: r01.ru
(аукцион доменов)



 

      ОГЛАВЛЕНИЕ
     
      Предисловие 5
     
      Глава 1. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ЯДРАХ КОМЕТ 7
      § 1.1. Эмпирический базис теории кометных ядер 7
      § 1.2. Модель ядра кометы в виде облака частиц 17
      § 1.3. Модель каменистого монолита 19
      § 1.4. Ледяная модель 21
     
      Глава 2. КРИТИКА НЕМОНОЛИТНЫХ И КАМЕНИСТЫХ МОДЕЛЕЙ 25
      § 2.1. Динамическая неустойчивость ядра кометы в виде роя частиц 25
      § 2.2. Могут ли кометы обладать кратными ядрами? 29
      § 2.3. Аргументация против каменистой модели 31
     
      Глава 3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КОМЕТНЫХ ЯДЕР 37
      § 3.1. Реконструкция по данным спектроскопии кометных атмосфер 37
      § 3.2. Химические реакции в атмосферах комет 46
      § 3.3. Космогонический подход к проблеме состава кометных ядер 52
      § 3.4. Радиационно-химические процессы в ядрах комет 72
      § 3.5. Космические лучи как фактор химической эволюции кометных льдов 75
      § 3.6. Неизвестные компоненты? 84
     
      Глава 4. СТРОЕНИЕ И РАЗМЕРЫ КОМЕТНЫХ ЯДЕР ПО ДАННЫМ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ФОТОМЕТРИИ 88
      § 4.1. Связь параметров ядра с интегральным блеском кометы 88
      § 4.2. Тепловой режим и сублимация чистого льда 90
      § 4.3. Однослойное экранирование льда пылью 103
      § 4.4. Основные фотометрические закономерности и их интерпретация 109
      § 4.5. Размеры ядер комет по фотометрическим данным 123
     
      Глава 5. ПЫЛЕВАЯ КОМПОНЕНТА ЯДЕР 129
      § 5.1. Наблюдательные данные о пыли в кометах 129
      § 5.2. Диагностика кометной пыли по собственному инфракрасному излучению 130
      § 5.3. Происхождение кометной пыли 139
      § 5.4. Вклад пыли в интегральный блеск кометы 143
     
      Глава 6. СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ ЯДРА 148
      § 6.1. Доводы в пользу неоднородности поверхности ядер комет 148
      § 6.2. Вращение ядер и его фотометрическое проявление 148
      § 6.3. Тепловой баланс и испарение льда под пылевым слоем 161
      § 6.4. Псевдоожижение пылевого слоя. Субкритический режим 168
      § 6.5. Частичное псевдоожижение 173
      § 6.6. Оценка роли неучтенных эффектов 180
     
      Глава 7. ВНУТРЕННИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ? 184
      § 7.1. Развитие идей о внутренних источниках энергии в ядрах комет 184
      § 7.2. Ионно-молекулярные кластеры как резервуар внутренней энергии 190
      § 7.3. Проявление внутренних источников энергии 200
      После миссий к комете Галлея (вместо послесловия) 203
      Список литературы 205

     
     

      Последняя в СССР монография, посвященная кометам в целом, опубликована О. В. Добровольским в 1966 г. С тех пор объем сведений и размах работ по физике комет увеличились настолько, что стали появляться книги, посвященные отдельным разделам физики и астрономии комет: происхождению (Всехсвятский, 19676), атмосферам комет (Шульман, 1972а) и т.п. Монография о ядрах комет представляется вниманию читателя впервые. Она суммирует знания, добытые почти за триста лет (начиная с И. Ньютона, догадавшегося о существовании твердых кометных ядер) примерно двумя сотнями исследователей.
      Как и многие другие, наука о кометных ядрах полна противоречивых концепций, полемики, дискуссионных и сомнительных (с точки зрения автора) выводов.
      Несмотря на это, автор попытался изложить единую, последовательную точку зрения на ядра комет, избегая превращения монографии в фрагментарный набор рефератов с комментариями. Вместе с тем альтернативные взгляды также отражены и процитированы и во многих случаях комментируются или критикуются.
      Примерно 700 работ, упомянутых в списке литературы не являются исчерпывающей библиографией по данному и смежным вопросам. Автор старался выдержать следующий принцип: процитировать все монографии, сборники статей и обзоры, упомянуть по меньшей мере один раз каждого из исследователей, внесших вклад в изучение данной проблемы и, если одному автору принадлежит несколько работ по кометным ядрам, представить по возможности каждый цикл хотя бы одной работой. При составлении списка литературы автор особенно старался учесть интересы двух групп читателей: начинающих астрофизиков, выбравших в качестве объекта исследования кометы, и опытных специалистов, пришедших в комет-ную физику из смежных наук.
      Первым книга может служить в качестве введения в проблематику, в методы постановки и решения задач. Для пользы этого круга читателей в список литературы включены ссылки на монографии и статьи по различ-
      ным разделам физики, химии, математики, криогеники, которыми должен сейчас владеть исследователь комет.
      Комета Галлея привлекла к кометам внимание большого числа опытных специалистов из других наук. Принадлежащий к этой категории читатель сможет найти здесь ответ на вопрос, насколько нова выдвинутая им идея, какое место она занимает в общем ряду. С этой целью автор старался проследить развитие каждой ключевой идеи в физике кометных ядер, в том числе тех, которые оказались неверными, сослужив, однако, свою службу прогрессу науки.
      Добавление в корректуре. Во время подготовки настоящей книги появилось много статей, посвященных проблеме кометных ядер. Следует особо отметить выход трехтомного сборника докладов Гейдельбергского международного симпозиума по комете Галлея1) трудов Брюссельского симпозиума2), интересны примыкающие к настоящему исследованию работы Т. Ямамото с сотрудниками.
     
      ГЛАВА 1
      РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ЯДРАХ КОМЕТ
     
      § 1.1. Эмпирический базис теории кометных ядер
      Ярчайшие кометы, обладающие грандиозными хвостами, описаны в древних хрониках задолго до нашей эры. Изменчивость внешнего вида комет навела древних естествоиспытателей на мысль об их газообразной природе. Кометы считали испарениями Земли вплоть до Тихо Браге, который параллактическими наблюдениями доказал, что комета 1557 г. была дальше от Земли, чем Луна и, следовательно, являлась небесным телом.
      На рубеже XVII и XVIII веков И. Ньютон и Э, Галлей заложили основы динамики комет. Первый разработал, а второй применил на практике способ определения кометных орбит. В науке утвердился факт: кометы движутся вокруг Солнца, как материальные точки, взаимодействующие с Солнцем и планетами по закону всемирного тяготения Ньютона, Ньютону и его современникам представлялось маловероятным, что облако газа, клочковатое и изменчивое, может вести себя подобным образом. Так возникла догадка о существовании твердого ядра кометы, В 1687 г. И. Ньютон (1916) выразил свое мнение следующим образом: хвост кометы есть не что иное, как тончайший пар, испускаемый головой или ядром кометы вследствие его нагревания”. Современник И, Ньютона физик Роберт Гук после наблюдения комет 1680 и 1682 годов (кометы Галлея) писал: Мне кажется ясным, что очень легкие и тонкие частицы, подобно парам, распространяются от ядра на значительные расстояния от него в направлении к Солнцу и, достигнув некоторого предела, возвращаются назад и идут в сторону, противоположную Солнцу”. Противником идеи Ньютона о газообразной природе кометных хвостов был Ломоносов (1952), считавший, что хвосты комет не суть пары, из них восстающие, но токмо движения эфира, от электрической силы происходящие”. Хотя Ломоносов ошибался, отрицая испарение ядра, он верно угадал и аргументировал электрическую природу ускорения вещества в плазменных хвостах. С ростом точности определения положений комет выяснилось, что их движение вокруг Солнца не вполне описывается законом всемирного тяготения, Расхождение, так называемые негравитационные эффекты, сразу же было приписано действию реактивной силы струи испаряющегося вещества. Модель кометы должна объяснить существование, величину и направление негравитационных возмущений. Теория негравитационных возмущений не входит в рамки настоящей работы. Заинтересованный читатель может обратиться к работам Секанины (1967а, б, 1972) Марсдена и др. (1972, 1973), Уиппла иСеканины (1979) и других авторов.
      Важный элемент эмпирического базиса теории кометных ядер — фотометрия комет. Практически все известные астрономы прошлого, наблюдавшие кометы, оценивали их интегральный визуальный блеск. В кометогра-фии С.К. Всехсвятского (19586) можно найти оценки интегрального блеска комет, принадлежащие Кеплеру, Гевелию, Цизату, Флемстиду, Мессье,
      В. Гершелю, К. Гершель, Ольберсу, Мешену, Понсу, Гардингу, Струве, Виннеке и многим другим.
      В Математических началах натуральной философии” (1687) И. Ньютон впервые поставил задачу найти алгоритм определения расстояния до кометы по ее блеску. Ньютон, предполагая, что ядро кометы светится отраженным солнечным светом, выводит первый в истории закон изменения интегрального блеска кометы
      где Ек — освещенность от всей кометы на Земле, А и/к - соответственно гео- и гелиоцентрическое расстояния, Е11 — освещенность Земли светом кометы при гк = А = 1 а.е.
      Формулой (1.1) пользовался Шмидт (1863), затем Мюллер (1897). В 1816 г. формулу (1,1) подтверждает Ольберс. С повышением точности фотометрических оценок и накоплением их количества закон Ньютона критикует Берберих (1888), а Голечек (1894) предлагает вместо формулы (1.1) другую:
      где п — фотометрический показатель кометы. Голечек показал, что значение п - 4 гораздо ближе к истине, чем принятое Ньютоном и Ольберсом п = 2. Формулу Ньютона критиковали и с теоретических позиций, однако неудачно. Дайхмюллер (1892) предложил, что наблюдатель определяет не поток излучения от всей кометы, а ее поверхностную яркость. Тогда эта величина не зависит от геоцентрического расстояния и справедлив закон
      где 2?к — поверхностная яркость объекта, Вх — та же величина при единичном гелиоцентрическом расстоянии. Здесь допущены сразу две погрешности; неверно, что глаз наблюдателя реагирует на поверхностную яркость; неверно, что поверхностная яркость кометы обратно пропорциональна квадрату гелиоцентрического расстояния.
      Противоположное и столь же неверное предположение сделал В. Гершель (1912). Он считал, что, подобно звездам, комета обладает постоянной светимостью и поэтому ее интегральный блеск должен зависеть только от геоцентрического расстояния.
      С.В. Орлов (1911, 1912) впоследствии основатель советской школы исследователей комет, разработал и поныне применяемый способ определения фотометрических параметров комет, основанный на формуле (1.2). Логарифмический эквивалент этого соотношения в шкале звездных величин имеет вид
     
      и содержит два параметра: фотометрический показатель п и константу
      названную впоследствии абсолютной звездной величиной кометы.
      С этого момента начинаются массовые определения фотометрических параметров комет и работы по анализу изменений блеска комет. Вслед за Орловым это делает Критцингер (1914), С.К. Всехсвятский (19586, 1964, 1966, 1967а), Бейер (1930 — 1959), Бобровников (1927, 1941а, б, 1942а, в, 1943), Боушка (1949- 1951), Коноплева (1950), Водопьянова (1954а, б, в, 1956), Ванысек (1949, 1952), Боушка и Ванысек (1949), Ванысек и Гже-бик (1954), Грушка (1957), Грушка и Ванысек (1958), Всехсвятский и Ильчишина (1974) и многие другие.
      Очередной, после выводов Ньютона и Гука, шаг делает Б.Ю. Левин (1943а, б, 1947, 1948). Полагая, что кометные ядра по физико-химической природе тождественны метеоритам, отличаясь от последних размерами и количеством сорбированных газов, Левин показывает, что температура поверхности такого тела зависит от гелиоцентрического расстояния по закону
      где Ti — температура при rK = 1. Скорость десорбции грубо зависит от температуры экспоненциально:
      Отсюда следует связь между блеском кометы и расстояниями вида
      где L — энергия десорбции. Сопоставляя закон (1.8) с наблюдениями, Левин показывает, что он ничуть не хуже описывает фотометрическую кривую кометы, чем (1.2), однако в отличие от (1.2) обладает определенным физическим смыслом и позволяет сделать выводы о химической природе кометного ядра.
      С позиций науки сегодняшнего дня нетрудно указать отдельные огрехи в работах Левина (1943а, б). Предложенная модель оказалась неверной, однако сама работа сыграла большую роль в физике комет, стимулировав разработку модели ядра и фотометрию комет.
      Следующий шаг принадлежит С.К. Всехсвятскому (1948), который приходит к двум важным выводам. Во-первых, в кометных ядрах происходит не десорбция газов из метеоритного вещества, а испарение льда, таК1 как наблюдаемый поток вещества слишком силен для десорбции. Во-вторых, Всехсвятский (1950а, б) отмечает, что испаряются льды сложных соединений. Как показало дальнейшее развитие науки, эти выводы оказались правильными. Однако детальной разработки модели ядра в упомянутой статье не было. В последующие годы в кометной литературе господствуют представления о каменистых ядрах, и многочисленные исследователи интерпретируют данные кометной фотометрии в рамках десорбционной модели Левина. В 1949 г. в научно-популярной статье, опубликованной в журнале Природа”, Левин также пишет о льдах в кометных ядрах, однако
     
      ни сам Левин, ни его ученики не занялись разработкой новой модели ко-метного ядра. Эта заслуга полностью принадлежит Ф. Уипплу.
      Фундаментальный вывод о вековом ослаблении комет был сделан Всех-святским (1927) на основе анализа фотометрических параметров кометы Энке, а затем и нескольких других комет (1930, 1938). В дальнейшем в литературе возникла серьезная дискуссия, продолжающаяся и в настоящее время. Всехсвятский (1950а, б, 19586), Чередниченко (1953), Коноплева (1953, 1954), Секанина (1960, 1962, 1963) и др. пришли к выводу о существенном ослаблении многих периодических комет, поддерживая первоначальный вывод Всехсвятского о дезинтеграции, а следовательно, и идею молодости комет.
      Другая группа исследователей комет: Бобровников (1941 — 1943), Левин (1948), Кресак (1966) — полностью или частично отрицала вековое ослабление комет. Первым критиком результатов Всехсвятского был Бобровников. Основная идея возражения состоит в том, что не кометы ослабевают с течением времени, а сильнеют” инструменты, с помощью которых кометы наблюдаются. Бобровников предложил исправлять значение блеска кометы, уменьшая ее звездную величину на некоторую поправку, пропорциональную диаметру инструмента.
      Выводы Бобровникова подверглись критике со стороны Всехсвятского (1950а, б), справедливо указавшего, что диаметр зрительной трубы не единственный и, возможно, не самый главный источник инструментальной погрешности. Попытку эмпирически найти зависимость инструментальной поправки как функции трех параметров: диаметра, относительного отверстия и окулярного увеличения — предпринял Секанина (1962, 1963), подтвердивший вывод Всехсвятского о вековом ослаблении комет. Теоретический анализ методики визуальной фотометрии дан также Левиным (1947), Эпиком (19636), Добровольским (19496, 1950, 1954, 19666), Майзелем (1970), Моррисом (1973), Майзелем и Моррисом (1976).
      Автор настоящей работы более склонен принять вывод о вековом ослаблении комет, чем аргумент о вековом усилении” инструментов. Дело в том, что рост диаметра телескопов не коснулся интегральной фото: метрии комет. Визуальные оценки блеска комет, полученные с помощью крупнейших телескопов мира, редки. Как и во времена Голечека, их по-прежнему получают с помощью зрительных труб и биноклей, причем во многих случаях любители астрономии. Иногда в поддержку идеи усиления” телескопов приводят факт смещения порога обнаружения комет в сторону более слабых объектов. Смещение порога обнаружения, показанное Добровольским (1949а), реально, так как возрастает доля комет, открываемых не визуальными наблюдателями-любителями, а фотографически, с помощью крупных широкоугольных астрографов.
      Кроме среднего хода интегрального блеска кометы обнаруживают нерегулярные кратковременные вариации блеска иногда очень большого размаха, которые называют вспышками блеска, хотя наверняка понятие вспышки собирательное, включающее в себя несколько различных явлений, происходящих по физически различным причинам. Еще Мюллер (1884) и Берберих (1888), изучая колебания блеска кометы Энке, обратили внимание на их связь с солнечной активностью. Вспышки блеска изучались многими авторами: С.В. Орловым (1923, 1935, 1958), Рихте-10
      ром (1953, 19546), Бахаревым (1949), ван Бисбруком (1946), Рёмер (1958). Особенно обстоятельно проблема вспышек комет рассмотрена в серии статей и монографий Добровольского (1961 и цитированная там литература). Изучали вспышки блеска также Рийвес (1954), Андриенко и Ващенко (1981).
      Еще один интересный факт фотометрического поведения комет - перигелийная асимметрия их блеска. Многочисленные примеры этого явления можно найти в кометографии Всехсвятского (19586). Еще Бейер (1953) определял различные фотометрические параметры для одной и той же кометы до и после перигелия. На большую роль перигелийной асимметрии для выбора модели кометного ядра указал Левин (1966).
      Кроме вспышек блеска существуют также нерегулярные вариации с различными характерными временами, к которым иногда причисляют и вспышки, объединяя их общим термином активность комет” (см., например, Коноплева, 1967). Наиболее интересен для построения модели ядра тот факт, что кометы проявляют активность на больших гелиоцентрических расстояниях (Рёмер, 1962; Секанина, 1973; 1975; Вест, 1978; Кокрен и Мак-Колл, 1980).
      Таким образом, с точки зрения интегральной фотометрии комет модель ядра должна объяснять весьма значительную совокупность фактов.
      Еще один элемент эмпирического базиса теории кометных ядер - спектроскопия. Датой рождения кометной спектроскопии следует считать 5 августа 1864 г., когда Донати наблюдал спектр кометы Темпеля 1864 И. Первое правильное отождествление спектра кометы выполнено Хаггинсом (1868), приписавшим три яркие полосы в спектре кометы Виннеке углероду, и было сделано задолго до создания квантовой механики и систематики молекулярных спектров. По кометной спектроскопии опубликованы обзоры Бальде (1926), Бобровникова (19426), Свингса (1941, 1943, 1956, 1965), Свингса, Мак-Келлара и Минковского (1943), Вурма (1943, 1963), Рихтера (1963), Арпиньи (1965), Добровольского (1961, 1966а), Герцберга (1976), атлас кометных спектров Свингса и Хазера (1956), JI.M. Шульмана (1979а), АХерна (1982) , Б.С. Шульмана (1947).
      Основной вывод о механизме свечения кометных атмосфер — установление факта резонансной флуоресценции. Впервые термин флуоресценция” употребили Шварцшильд и Крон (1911), анализируя распределение яркости в хвосте кометы Галлея. Однако авторами резонансно-флуоресцентного механизма их считать, нельзя, так как в то время квантовая механика только зарождалась и само понятие резонансных линий возникло много позже.
      Занстра впервые пишет о резонансной флуоресценции, однако работу Занстра (1928) можно рассматривать только как предложение идеи резонансной флуоресценции, а не ее доказательство. То, что в кометах действительно имеет место резонансная флуоресценция молекул, т.е. возбуждение из основного квантового состояния, показали Вурм и Мекке (1934) и Вурм (1934).
      В тридцатые — пятидесятые годы были отождествлены и исследованы основные компоненты кометных атмосфер, позже найдены сероуглерод и сера. Выяснилось, что кометные атмосферы состоят из химически нестабильных в твердой фазе радикалов. Так возникла ключевая идея в физике
      комет, имеющая непосредственное отношение к их ядрам, — идея родительских молекул, принадлежащая также Вурму (1934, 1943). К настоящему времени проблему родительских молекул полностью решить не удалось, однако радионаблюдения обнаружили по крайней мере две молекулы, которые могут претендовать на роль родительских: метилциан и синильную кислоту. Таким образом, кометная спектроскопия предписывает модели ядра определенный химический состав.
      В 1819 г. Араго обнаружил, что излучение кометы поляризовано. С тех пор многие кометы специально подвергались поляризационным исследованиям.
      Поляризация излучения комет иногда достигала 20 %. Киселев и Чернова (1981) обнаружили отрицательную поляризацию при малых фазовых углах. Поляриметрия указывает на запыленность кометных атмосфер и дает некоторую информацию о самих пылинках.
      Кроме фотометрии, динамики, спектроскопии и поляриметрии комет, построение модели ядра должно опираться на данные анализа изображений комет. С помощью анализа изображений задолго до интерпретации поляриметрических наблюдений комет было установлено, что в кометах, а следовательно, и в их ядрах присутствует пыль. Было доказано, что кометное ядро неоднородно как источник вещества, так как по крайней мере часть вещества кометной атмосферы поступает туда в виде фонтанных струйчатых образований. Было показано также, что ядро — нестационарный источник вещества, а следовательно, неоднородно по глубине.
      Поскольку хвосты комет всегда направлены от Солнца, Кеплер в 1608 г. выдвинул гипотезу, что хвост состоит из частичек головы кометы, на которые действуют отталкивающе солнечные лучи.
      В 1811 г. Ольберс на основании зарисованной кривизны хвоста кометы 1811 г. приходит к выводу о существовании отталкивательной силы и приписывает этой силе электрическую природу. Первые количественные прикидки теоретической формы хвоста принадлежат Брандесу и выполнены в 1826 г. на основе наблюдений той же самой кометы 1811 г. Брандес первым догадался, что отталкивательное ускорение обратно пропорционально квадрату гелиоцентрического расстояния.
      Первая механическая теория кометных форм создана Бесселем (1836) для интерпретации наблюдений кометы Галлея в 1835 г. Эта теория была исправлена и усовершенствована Бредихиным (1862), а до него Нортоном (1861). Собственно говоря, работу Нортона нельзя назвать усовершенствованием теории Бесселя, так как, заподозрив у Бесселя погрешность, Нортон не стал ее искать, а построил собственную точную теорию гиперболического движения частиц в хвосте кометы. Теория оказалась сложной для вычислительных средств того времени и не стала популярной. Бредихин устранил погрешности в разложениях Бесселя, после чего эти формулы стали широко применяться в практике анализа изображений искривленных хвостов II типа по Бредихину.
      В 1873 г. был опубликован трактат Максвелла (1954) об электричестве и магнетизме, где было показано, чго свет имеет электромагнитную природу и что электромагнитное поле оказывает давление на препятствия. Зная о работах Бредихина по теории хвостов комет, Лебедев приступает к серии экспериментов для доказательства существования светового дав-
      ления на твердые тела и газы. Лебедев (1900) завершает первую серию экспериментов, в которых доказывает существование светового давления на твердые тела.
      Далее Лебедев (1908, 1910) доказывает существование светового давления на газы. Еще раньше Лебедев (1903) писал, что свечение кометы обусловлено флуоресценцией сильно освещенного газа, однако кроме флуоресценции (разрядка наша. — Л.Ш.) возможно также и резонансное излучение. Таким образом, за девять лет до публикации статьи Шварцшильда и Крона (19.11) Лебедев уже произнес оба слова: резонанс и флуоресценция. Однако контекст показывает, что Лебедев вкладывая в эти слова смысл, довольно далекий от современного, поэтому ни его, ни Шварцшильда с Кроном авторами резонансно-флуоресцентного механизма считать нельзя.
      После работ Лебедева механическая теория кометных форм утвердилась как физическая теория. В 1907 г. Бальде и некоторые другие наблюдатели описали вид спектра хвоста кометы Даниеля 1907 IV, обнаружив в нем три характерные дублетные полосы, названные полосами кометных хвостов. Фаулер (1910а, б) воспроизвел этот спектр в лаборатории и убедился, что только разряд в разреженной окиси углерода СО и углекислом газе С02 дает систему полос кометных хвостов, которую приписывали углероду.
      Эксперименты Фаулера однозначно доказывали, что светится в хвостах комет именно ион СО + . Попутно Фаулер доказал, что другие, более слабые полосы кометных хвостов возбуждаются, когда в газоразрядной трубке присутствует молекулярный азот. Мы знаем сейчас, что это полосы N2 .
      Таким образом, сейчас известно, что хвосты I типа — плазменные, состоящие .из ионов СО+ и N2 и электронов, а хвосты II типа — пылевые. Две теоретические работы, сыграли важную роль в развитии физики комет. Дебай (1908, 1909) рассмотрел давление света на диэлектрические шарообразные пылинки, а Ми (1908) нашел общее решение задачи о взаимодействии света со сферическими однородными пылинками с произвольным показателем преломления.
      По-видимому, многим астрофизикам было ясно, что пылевой хвост кометы — своеобразный масс-спектрометр, демонстрирующий распределение пылинок по величине отталкивательного ускорения. Изображения всех комет качественно свидетельствуют, что в кометах преобладают мелкие пылинки, образующие резкий край хвоста, обращенный в сторону орбитального движения кометы. Край, обращенный в противоположную сторону, всегда размыт и менее ярок. Отсюда качественно ясен характер распределения пылинок по размерам. Попытку количественного извлечения этой информации предприняли Финсон и Пробстейн (1968), а затем Секанина (19766).
      Хвосты III типа по Бредихину стали считать пылевыми концевыми синхронами, т.е. нестационарными выбросами крупных частиц. То же относится к аномальным хвостам, существование которых объясняют выбросом настолько крупных пылевых частиц, что они притягиваются к Солнцу. Существование у некоторых комет синхрон в пылевых хвостах может интерпретироваться по Долгинову (1972) как испарение с вращающегося неоднородного ядра с сосредоточенным на поверхности источником
      пылинок. Другие пекулярные особенности - фонтанные излияния и струи, галосы и оболочки - также свидетельствуют о неоднородности и неста-ционарности ядра в роли источника вещества. При этом кроме медленно нестационарных явлений, которые можно было бы приписать испарению неоднородного по глубине ядра, наблюдаются также быстрые явления, носящие взрывной характер. Панорамная поляриметрия комет позволила (Кларк (1971), Ошеров (1976)) сделать вывод об ориентированности кометных пылинок, а следовательно, об их несферичности.
      Важный источник данных для построения ядра — эксперименты по получению изображения кометы в излучении Лайман-альфа линии атомарного водорода. Ьа-излучение впервые обнаружили Код и др. (1970, 1972) с помощью спутника ”ОАО-2” у кометы Таго — Сато — Косака 1969 IX. Первое Ьа-изображение этой кометы было получено 25 января 1970 г. Дженкинсом и Вингертом (1972). Затем еще несколько комет наблюдали в ультрафиолете Каррузерс и др. (1974), Фесту и др. (1979), Фельдман и др. (1980). Главный результат работ по ультрафиолетовым изображениям — доказательство обилия воды в ядрах комет. Хотя Келлер (1976) и Келлер и Лилли (1976) привели доводы в пользу того, что вода — не единственный источник водорода в атмосферах комет, по-видимому, можно согласиться с оценкой удельной газопроизводительности комет-ного ядра, полученной на основе анализа ультрафиолетовых изображений и составляющей 1017 — 1018 см-2 с”1 при = 1 а.е.
      Последний элемент эмпирического базиса теории ядер комет — связь комет с метеорным веществом и астероидами. Связь комет с метеорными потоками была впервые установлена Скиапарелли и изложена в его четырех письмах к Секки. Краткое изложение содержания писем можно найти у Невской (1964).
      Скиапарелли определил скорость метеорных тел, показав, что она близка к параболической, как у комет, и установил, что облако метеорных тел под действием приливных сил растягивается вдоль орбиты. Наиболее важный результат Скиапарелли — доказательство тождества элементов орбиты метеорного потока Персеид и кометы 1862 И. Вслед за этим было установлено родство потока Леонид с кометой Темпеля — Туттля 1866 I. Более подробный список комет, связь которых с метеорными потоками установлена не столь надежно, можно найти у Всехсвятского (1953, 19676) .
      Из связи комет с метеорными потоками, в частности, следует, что в ядрах комет присутствуют наряду с очень мелкими пылинками частицы крупных размеров, для которых сила лучевого давления не может существенно изменить приблизительно кеплеровский характер движения в Солнечной системе. Кроме того, мы получаем возможность воспользоваться данными метеорной астрономии для определения гранулометрического состава.кометных пылинок.
      Однако установление связи комет с метеорным веществом сыграло в истории исследования комет и отрицательную роль, убедив целый ряд астрономов в тождестве комет с метеорными роями. Наиболее всесторонне разработал такую модель ядра кометы Б.А. Воронцов-Вельяминов.
      Если связь комет с метеорными телами твердо установлена и хорошо понятна, то это нельзя отнести к другой представительной группе малых тел Солнечной системы — астероидам. В разное время разные исследователи высказывали мысль о возможном превращении кометы в астероид после потери всех летучих веществ.
      Связь между кометами и астероидами подкреплялась прямыми свидетельствами наблюдателей, которые сообщали об активности, т.е. незначительном газовыделении отдельных астероидов (см. Орлов (1935)). Первую количественную модель превращения ледяного ядра кометы в астероид дал Шульман (1972).
      Совсем с другой стороны подошел к проблеме Кресак (1979, 1980). Он показал, что на диаграмме, где каждая комета или астероид изображаются точкой в координатах (я, е), малые тела распадаются на две четко разграниченные группы. Между кометами и астероидами проходит четкая сепаратриса (рис. 1). На различие орбит комет и астероидов ранее обращал внимание Всехсвятский (19676). Отмечены отдельные случаи аномального характера: например, Гидальго движется по типично кометной орбите, недавно открытый Ковалем и др. (1979) астероид Хирон обладает экстремально большим значением полуоси орбиты. С другой стороны, кометы Энке и Отерма движутся по орбитам, более характерным для астероидов, чем для комет.
      Неоднократно высказывались также мысли о возможности обратного процесса — образования комет из астероидов, если астероиды содержат летучие вещества под минеральной корой. В качестве механизма пролома коры Дробышевский (1978) привлекал удар метеорита, а Давыдов (1981) — приливное воздействие планет.
      В уже цитированной работе Кресак специально рассматривает проблему возможности превращения кометы в астероид, делая особенный упор на превращении астероидной орбиты в кометную, Четкое различие астероидных и кометных орбит, несмотря на отдельные исключения, по мнению Кресака — решительный довод против того, что кометы превращаются в астероиды.
      Резюмируем теперь все требования, которые предъявляет к модели кометного ядра совокупность наблюдательного материала.
      1. Газопроизводительность ядра должна обеспечить поток вещества на уровне 1028 — Ю30 с-1 со всей поверхности при гелиоцентрическом расстоянии 1 а.е.
      2. Закон газовыделения должен обеспечивать наблюдаемый ход интегральной яркости кометы и вариации фотометрических параметров как от кометы к комете, так и со временем.
      3. Модель ядра должна обеспечить наблюдаемый состав кометных атмосфер и вариации этого состава от кометы к комете.
      4. Ядро кометы должно обеспечивать при наличии благоприятных условий появление всех регулярных кометных форм: протяженной водородной атмосферы, нейтральной комы, пылевых и плазменных хвостов, редкое появление хвостов других типов.
      5. В рамках модели должны находить свое объяснение пекулярные явления в кометах: вспышки, галосы, расширяющиеся и захлопывающиеся оболочки, развалы ядер на отдельные фрагменты, исчезновение кометы после прохождения перигелия (редкий, но наблюдавшийся факт) и т.п.
      6. Модель ядра должна объяснить парадоксальную ситуацию с корреляцией кометной активности с солнечной, когда одни кометы реагируют на проявление солнечной активности, а другие — нет.
      7. Требуется объяснить существование атмосфер и активность комет на больших гелиоцентрических расстояниях.
      8. Модель должна объяснять наблюдаемую картину поляризации излучения комет, в том числе такие важные детали этой картины как явление отрицательной поляризации при малых фазовых углах, эффект оппозиции и пылевой” характер излучения кометы на больших гелиоцентрических расстояниях.
      9. Модель должна объяснять связь комет с метеорными потоками и согласовываться при этом с данными метеорной астрономии.
      10. Отрицательная” связь комет с астероидами, обнаруженная Креса-ком, должна естественно вписываться в модель.
      11. Модель должна правильно предсказывать негравитационные возмущения в движении кометы.
      12. Модель кометного ядра должна вписываться в кометную космогонию и космогонию Солнечной системы, согласуя эволюцию ансамбля комет с эволюцией других тел.
      Современные данные не позволяют еще идеально удовлетворить всем этим требованиям, однако физика кометных ядер существенно продвину-16
      лась вперед со времени первых моделей и еще больше продвинута космическими миссиями к комете Галлея.
      В конце 40-х годов нашего века накопилась критическая масса знаний о кометах, достаточная для построения модели кометного ядра. С небольшим интервалом времени три астрофизика: Б.А. Воронцов-Вельяминов (1945, 1946а, б), Б.Ю. Левин (1943а, 6,1948) и Ф. Уиппл (1950а, б, 1951, 1953) предложили научной общественности свои модели ядра кометы.


      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ

 

НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru