Мы никогда не узнаем, кто был первым человеком, обратившим внимание на «хвостатую звезду» на небосводе. Но можем сказать наверняка, что на протяжении большей части истории человечества именно появление комет в небе служило главным возмутителем спокойствия. Их визиты ассоциировались с началом войн и эпидемиями, самим своим существованием они, казалось, бросали вызов устоям геоцентрической системы. Даже в новое время, когда кометы лишились своего мистического ореола, они все еще продолжают пугать людей — чего стоила та же нашумевшая кометная паника 1910 года!
Итак, наш сегодняшний разговор будет посвящен «хвостатым звездам». В первой части материала мы расскажем, как астрономы раскрыли секрет происхождения комет, и определили, откуда те попадают в Солнечную систему.
Предвестники беды
Человечество наблюдало кометы на протяжении тысяч лет. Записи об их появлениях можно найти и в старинных китайских летописях, и на глиняных табличках, обнаруженных посреди руин Вавилона. Не в силах объяснить природу «хвостатых звезд», люди обычно считали их проявлением божественной воли. Так, наблюдавшаяся в 44 году до н.э. комета была истолкована как знак причисления недавно убитого Юлия Цезаря к пантеону богов.
Но чаще всего в умах людей кометы знаменовали скорые потрясения и беды. В этом плане больше всего «повезло» знаменитой комете Галлея. Современники ассоциировали ее визит в 451 году н.э. с битвой на Каталаунских полях, закончившейся разгромом войска Атиллы. А появление кометы Галлея в 1066 году назвали предвестником битвы при Гастингсе, приведшей к нормандскому завоеванию Англии. Широко известна и комета 1811 года, которую ретроспективно связывали с российским походом Наполеона.
Несмотря на подобные мистические представления, даже в древности некоторые мыслители предпринимали попытки раскрыть тайну природы комет. Одну из первых гипотез на этот счет выдвинул Аристотель. Он полагал, что кометы возникают в результате воспламенения воздуха. Многие из последующих античных мыслителей полемизировали с точкой зрения Аристотеля, указывая, что характер движения комет свидетельствует о том, что они явно должны находиться за пределами «воздушной сферы».
Некоторые ученые древности пошли еще дальше. Так, индийские астрономы выдвинули предположения относительно того, что кометы возвращаются к Земле, и даже предпринимали попытки вычислить периодичность их визитов. Однако, что касается европейской научной мысли, то к Средним векам в ней прочно укрепилась аристотелевская концепция, согласно которой кометы образуются именно в атмосфере.
Ситуация начала меняться лишь с наступлением эпохи Возрождения. В 1472 году астроном Региомонтан предпринял первую, весьма грубую попытку определить расстояние между Землей и наблюдавшейся тогда кометой. Куда более значимую роль сыграли расчеты Тихо Браге. Ему удалось измерить параллакс большой кометы 1577 года и показать, что она располагалась как минимум в четыре раза дальше от Земли, чем Луна. Это означало, что кометы никак не могли являться атмосферным феноменом.
Не все ученые изначально приняли этот вывод (так, до конца жизни Галилей считал кометы лишь оптическими иллюзиями). Но со временем представление о кометах как о путешествующих по Солнечной системе телах закрепилось в астрономическом сообществе. Следующей важной вехой была Большая комета 1680 года. Она стала первой в истории кометой, найденной с помощью телескопа. А Исаак Ньютон использовал ее движение для подтверждения законов Кеплера.
Впрочем, окончательный перелом оказался связан с именем Эдмунда Галлея. Он рассчитал орбиты более чем двух десятков комет и обратил внимание на сходство параметров нескольких из них. При этом промежутки между их появлением составляли 75-76 лет. Галлей выдвинул смелое предположение, что речь идет об одном и том же объекте. В 1716 году он опубликовал подробные расчеты, предсказав, что в следующий раз комета вернется в 1758-м.
Сам Галлей не дожил до этой даты, но 25 декабря 1758 года астроном Иоганн Палич действительно обнаружил предсказанную ним комету. Это событие стало первым триумфальным подтверждением закона всемирного тяготения Ньютона. Комета же была названа в честь Галлея.
Жизненный цикл комет
Появление более мощных телескопов и начало использования фотографии позволило существенно расширить представления о кометах. Астрономы выяснили, что это совсем небольшие тела, движущиеся вокруг Солнца по крайне вытянутым орбитам.
Яркость комет объясняется тем, что их поверхность покрыта большим количеством летучих веществ, которые при приближении к Солнцу начинают испаряться. В результате комета обзаводится комой (окружающей ее газопылевой оболочкой) и хвостом. При том, что диаметр ядра кометы обычно составляет несколько десятков километров, протяженность их хвостов измеряется многими миллионами километров.
Когда в 1910 году астрономы провели спектральный анализ хвоста кометы Галлея, то обнаружили там цианид и угарный газ. Поскольку Земля должна была пройти через хвост, эта новость спровоцировала небольшую панику в США (в продажу даже поступили «противокометные» защитные маски и противогазы). Разумеется, ничего страшного не произошло. Дело в том, что несмотря на гигантскую протяженность, кометные хвосты настолько разрежены, что физически не способны оказать ни малейшего влияния на земную атмосферу.
Чем дольше астрономы наблюдали кометы, тем отчетливее становилось понятно, что те можно разделить на две основные группы. Первые — это короткопериодические кометы. Они движутся по орбитам с периодом обращения менее 200 лет. Комета Галлея является наиболее известным представителем этой категории.
Поскольку короткопериодические кометы регулярно сближаются с Солнцем, они довольно быстро теряют все запасы летучих веществ. Та же комета Галлея, как считается, уже потеряла порядка 80-90% своей изначальной массы (это значит, что ее предыдущие визиты явно были намного зрелищнее, чем сейчас). Когда же она полностью лишится всех летучих веществ, то станет «выгоревшей» кометой — объектом, не демонстрирующим никакой видимой активности, который будет не так-то и просто отличить от обычного астероида.
По расчетам астрономов, средний срок жизни короткопериодической кометы составляет от нескольких сотен тысяч до миллиона лет. Это вызывает логичный вопрос: если кометы так быстро выгорают, почему их все еще можно увидеть на земном небе? Дело в том, что они получают «пополнение». Время от времени с дальних рубежей Солнечной системы прилетают так называемые долгопериодические кометы, чьи периоды обращения составляют десятки, сотни тысяч, а то и целые миллионы лет.
Их дальнейшая судьба может складываться по-разному. Кометы, впервые сближающиеся с Солнцем, в среднем более хрупкие, поскольку в их составе содержится очень большое количество «первобытных» веществ, оставшихся со времен формирования Солнечной системы. Из-за этого порой они не переживают встречи с нашей звездой и распадаются.
Другой сценарий заключается в том, что орбита долгопериодической кометы меняется таким образом, что после сближения с Солнцем она навсегда покидает Солнечную систему и ускользает в межзвездное пространство. Одновременно это означает, что некоторые из прилетающих к нам комет могут быть посланцами из других звездных систем. В 2019 году астрономам удалось обнаружить первый в истории такой объект, получивший название комета Борисова. Она сблизилась с Солнцем, после чего вновь исчезла в межзвездном пространстве.
Что же касается тех долгопериодических комет, которые успешно выдерживают встречу с Солнцем и при этом не уходят в межзвездное пространство, то со временем они перемещаются на более близкие орбиты, пополняя популяцию короткопериодических комет.
Относительно недавно астрономы узнали о существовании еще одной субпопуляции «хвостатых звезд». Речь об околосолнечных кометах. В перигелии они подходят чрезвычайно близко к нашему светилу, иногда пролетая на расстоянии всего нескольких тысяч километров от его поверхности. Как правило, такие кометы имеют небольшие размеры (чаще всего от 10 до 50 м) и полностью испаряются во время сближения с Солнцем.
Свыше 85% известных нам околосолнечных комет являются частью семейства Крейца. Это обломки гигантского ледяного тела, распавшегося примерно 2400 лет назад. Большинство из них невелики, но попадались и довольно крупные фрагменты, которые были хорошо заметны на земном небе и становились «большими» кометами.
Околосолнечные кометы было крайне сложно обнаружить посредством наземных наблюдений. Ситуация изменилась после запуска в 1995 году солнечной обсерватории SOHO. Просматривая ее снимки, ученые с удивлением обнаружили, что на них часто попадают околосолнечные кометы. Иногда в течение недели аппарат фотографирует до десятка таких объектов.
Источник комет
Как сказано выше, долгопериодические кометы прилетают с дальних рубежей Солнечной системы. Это происходит ввиду изменивших их орбиту гравитационных пертурбаций, например, вызванных периодическими сближениями Солнца с другими звездами. Следовательно, это означает, что где-то на окраине Солнечной системы должно существовать гигантское кометное «хранилище». Его называют облаком Оорта.
Несмотря на то, что астрономы пока не могут наблюдать непосредственно само облако Оорта, мало кто из них сейчас сомневается в его существовании. Считается, что оно состоит из двух областей: внутреннего диска и сферической внешней области. По оценкам ученых, внутренняя граница облака проходит за 2000-5000 а.е. от Солнца, в то время как внешняя — на расстоянии не менее 50 000 а.е. (то есть почти в световой год). Граница облака фактически соответствует границе Солнечной системы.
Но откуда взялось облако Оорта? Это остаток исходного протопланетного диска, из которого 5 млрд лет назад сформировались Земля и другие планеты. Скорее всего, изначально орбиты населяющих его ледяных тел проходили ближе к Солнцу, однако гравитационное воздействие планет-гигантов постепенно перевело их на дальние рубежи нашей системы.
На данный момент у астрономов довольно приблизительное представление о строении облака Оорта. Но даже самые скромные оценки говорят о том, что оно населено триллионами комет диаметром свыше километра. Их общая масса как минимум в разы превосходит массу Земли. Другими словами, облако Оорта содержит на несколько порядков больше материала, чем Главный пояс астероидов и пояс Койпера вместе взятые.
Роль комет в происхождении жизни на Земле
Кометы привлекают астрономов не только своей красотой, но и той ролью, которую они сыграли в истории нашей планеты. А она, без преувеличения, огромна.
Начнем с того, что кометы могут подтверждать свою дурную репутацию и нести смерть. Человечество получило наглядное доказательство этому в 1994 году, когда Юпитер пережил самую настоящую бомбардировку обломками кометы Шумейкеров-Леви 9.
Последствия падения кометы Шумейкеров-Леви 9 намного превзошли самые смелые ожидания астрономов. Во время входа в атмосферу ее обломки образовали гигантские огненные шары, температура внутри которых достигала 24 000 градусов. Общий объем энергии, выделившейся при падении одного только самого крупного осколка кометы, был оценен в 6000 гигатонн в тротиловом эквиваленте (в 600 раз больше, чем весь ядерный арсенал человечества). Сразу после удара в атмосферу Юпитера поднялись облака раскаленного газа, а на месте упавших обломков остались огромные темные пятна, которые затем затягивались в течение года.
Разумеется, Юпитер является не единственной планетой Солнечной системы, которой довелось пережить подобную бомбардировку. Тектоника плит и эрозия скрыли большую часть кратеров с земной поверхности. Но на сегодняшний день астрономы нашли уже немало следов древних ударных формаций на нашей планете. Какие-то из них оставлены астероидами, а какие-то — кометами. Не исключено, что «хвостатые звезды» вызвали как минимум некоторые массовые вымирания, поставившие биосферу нашей планеты на грань гибели.
В то же время, хотя кометы едва не уничтожили (и возможно, еще уничтожат) жизнь на Земле, вполне вероятно, что без них она бы попросту не смогла появиться. Согласно популярной гипотезе, именно кометы стали одним из основных поставщиков воды на молодую Землю.
Более того, уже сейчас нам известно о том, что кометы на удивление богаты сложными органическими веществами. А это значит, что помимо воды, кометы могли занести на нашу планету и базовые строительные кирпичики, без которых у жизни попросту не было бы шансов на появление.
В следующей части нашего материала мы расскажем об уже отправленных и планируемых миссиях к кометам.
