Ми ніколи не дізнаємося, хто був першою людиною, яка звернула увагу на “хвостату зорю” на небосхилі. Але можемо сказати напевне, що протягом більшої частини історії людства саме поява комет у небі виступала головним порушником спокою. Їхні візити асоціювалися з початком воєн та епідеміями, самим своїм існуванням вони, здавалося, кидали виклик засадам геоцентричної системи. Навіть у новий час, коли комети втратили свій містичний ореол, вони все ще продовжують лякати людей — чого вартувала та ж гучна кометна паніка 1910 року!
Отже, наша сьогоднішня розмова буде присвячена “хвостатим зорям”. У першій частині матеріалу ми розповімо, як астрономи розкрили секрет походження комет, і визначили, звідки вони потрапляють до Сонячної системи.
Провісники біди
Людство спостерігало комети тисячі років. Записи про їхню появу можна знайти і в старовинних китайських літописах, і на глиняних табличках серед руїн Вавилона. Не в змозі пояснити природу “хвостатих зір”, люди зазвичай вважали їх виявом божественної волі. Так, комета, що спостерігалася 44 року до н.е., була витлумачена як знак зарахування нещодавно вбитого Юлія Цезаря до пантеону богів.
Але найчастіше в уявленні людей комети знаменували скорі потрясіння та біди. У цьому плані найбільше “пощастило” знаменитій кометі Галлея. Сучасники асоціювали її візит у 451 році н.е. з битвою на Каталаунських полях, що закінчилася розгромом війська Атілли. А появу комети Галлея 1066 року називали провісником битви при Гастінгсі, що призвела до норманського завоювання Англії. Широко відому комету 1811 року ретроспективно пов’язували з російським походом Наполеона.
Попри подібні містичні уявлення, навіть у давнину деякі мислителі робили спроби розкрити таємницю природи комет. Одну із перших гіпотез щодо цього висунув Аристотель. Він вважав, що комети виникають внаслідок займання повітря. Багато наступних античних мислителів полемізували з поглядом Аристотеля, вказуючи, що характер руху комет свідчить про те, що вони мають перебувати поза “повітряною сферою”.
Деякі вчені давнини пішли ще далі. Так, індійські астрономи висунули припущення, що комети повертаються до Землі, і навіть робили спроби визначити періодичність їхніх візитів. Однак, що стосується європейської наукової думки, то до Середньовіччя в ній міцно утвердилася арістотелівська концепція, за якою комети утворювалися саме в атмосфері.
Ситуація почала змінюватися лише з настанням епохи Відродження. 1472 року астроном Регіомонтан зробив першу, дуже грубу спробу визначити відстань між Землею і кометою, що спостерігалася тоді. Куди більшу роль зіграли розрахунки Тихо Браге. Йому вдалося виміряти паралакс великої комети 1577 року і показати, що вона перебувала як мінімум вчетверо далі від Землі, ніж Місяць. Це означало, що комети не могли бути атмосферним феноменом.
Не всі вчені спочатку прийняли цей висновок (так, до самої смерті Галілей вважав комети лише оптичними ілюзіями). Але з часом уявлення про комети як про тіла, що подорожують Сонячною системою, закріпилося в астрономічній спільноті. Наступною важливою віхою була Велика комета 1680 року. Вона стала першою в історії кометою, знайденою за допомогою телескопа. А Ісаак Ньютон використав її рух для підтвердження законів Кеплера.
Утім, остаточний перелом виявився пов’язаним із ім’ям Едмунда Галлея. Він розрахував орбіти понад двох десятків комет і звернув увагу на схожість параметрів кількох із них. При цьому проміжки між появою становили 75-76 років. Галлей висунув сміливе припущення, що йдеться про один і той самий об’єкт. 1716 року він опублікував докладні розрахунки, передбачивши, що наступного разу комета повернеться у 1758-му.
Сам Галлей не дожив до цієї дати, але 25 грудня 1758 року астроном Йоганн Паліч дійсно виявив передбачену ним комету. Ця подія стала першим тріумфальним підтвердженням закону всесвітнього тяжіння Ньютона. Комета була названа на честь Галлея.
Життєвий цикл комет
Поява потужніших телескопів і початок використання фотографії дозволили істотно розширити уявлення про комети. Астрономи з’ясували, що це зовсім невеликі тіла, що рухаються навколо Сонця вкрай витягнутими орбітами.
Яскравість комет пояснюється тим, що їхня поверхня вкрита великою кількістю летких речовин, які при наближенні до Сонця починають випаровуватися. В результаті комета обзаводиться комою (тобто її оточує газопилова оболонка) і хвостом. Діаметр ядра комети зазвичай становить кілька десятків кілометрів, а от протяжність їхніх хвостів вимірюється багатьма мільйонами кілометрів.
Коли 1910 року астрономи провели спектральний аналіз хвоста комети Галлея, то виявили там ціанід і чадний газ. Оскільки Земля мала пройти через хвіст, ця новина спровокувала невелику паніку в США (у продаж навіть надійшли “протикометні” захисні маски та протигази). Звісно, нічого страшного не сталося. Адже, попри гігантську протяжність, кометні хвости настільки розріджені, що фізично не здатні вплинути на земну атмосферу.
Що довше астрономи спостерігали комети, то чіткіше ставало зрозуміло, що їх можна розділити на дві основні групи. Перші — це короткоперіодичні комети. Вони рухаються орбітами з періодом звернення менше 200 років. Комета Галлея є найвідомішим представником цієї категорії.
Оскільки короткоперіодичні комети регулярно зближуються із Сонцем, вони досить швидко втрачають усі запаси летких речовин. Та сама комета Галлея, як вважається, вже втратила близько 80-90% своєї початкової маси (це означає, що її попередні візити явно були набагато видовищнішими, ніж зараз). Коли ж вона повністю позбудеться всіх летких речовин, то стане “кометою, що вигоріла” — об’єктом, який не демонструє жодної видимої активності, та який не так вже й просто відрізнити від звичайного астероїда.
За розрахунками астрономів, середній термін життя короткоперіодичної комети становить від кількох сотень тисяч до мільйона років. Виникає логічне запитання: якщо комети так швидко вигорають, то чому їх все ще можна побачити на земному небі? Річ у тім, що вони отримують “поповнення”. Іноді з далеких рубежів Сонячної системи прилітають так звані довгоперіодичні комети, чиї періоди звернення становлять десятки, сотні тисяч, а подеколи й цілі мільйони років.
Їхня подальша доля може складатися по-різному. Комети, що вперше зближуються із Сонцем, загалом більш крихкі, оскільки в їхньому складі міститься дуже велика кількість “первісних” речовин, що залишилися з часів формування Сонячної системи. Через це вони не переживають зустрічі з нашою зорею і розпадаються.
Інший сценарій полягає в тому, що орбіта довгоперіодичної комети змінюється таким чином, що після зближення із Сонцем вона назавжди залишає Сонячну систему та вислизає у міжзоряний простір. Відтак це означає, що деякі з комет, які прилітають до нас, можуть бути посланцями з інших зіркових систем. 2019 року астрономам вдалося виявити перший в історії такий об’єкт, який отримав назву комета Борисова. Вона зблизилась із Сонцем, після чого знову зникла у міжзоряному просторі.
Що ж до тих довгоперіодичних комет, які успішно витримують зустріч із Сонцем і не йдуть у міжзоряний простір, то згодом вони переміщаються на ближчі орбіти, поповнюючи популяцію короткоперіодичних комет.
Нещодавно астрономи дізналися про існування ще однієї субпопуляції “хвостатих зір”. Йдеться про присонячні комети. У перигелії вони підходять надзвичайно близько до нашого світила, іноді пролітаючи на відстані лише кількох тисяч кілометрів від його поверхні. Як правило, такі комети мають невеликі розміри (найчастіше від 10 до 50 м) і повністю випаровуються під час зближення із Сонцем.
Понад 85% відомих нам присонячних комет є частиною сімейства Крейця. Це уламки гігантського крижаного тіла, що розпалося приблизно 2400 років тому. Більшість із них маленькі, але траплялися й досить великі фрагменти, які були добре помітні на земному небі та ставали “великими” кометами.
Присонячні комети було вкрай складно виявити за допомогою наземних спостережень. Ситуація змінилася після запуску 1995 року сонячної обсерваторії SOHO. Переглядаючи її знімки, вчені з подивом виявили, що на них часто потрапляють комети. Іноді протягом тижня апарат фотографує до десяти таких об’єктів.
Джерело комет
Як сказано вище, довгоперіодичні комети прилітають із далеких рубежів Сонячної системи. Це відбувається внаслідок гравітаційних пертурбацій, що змінили їхню орбіту, наприклад, спричинених періодичними зближеннями Сонця з іншими зорями. Відповідно, це означає, що десь на околиці Сонячної системи має існувати гігантське кометне “сховище”. Його називають хмарою Оорта.
Попри те, що астрономи поки що не можуть спостерігати безпосередньо саму хмару Оорта, мало хто з них зараз сумнівається у її існуванні. Вважається, що вона складається з двох областей: внутрішнього диска та сферичної зовнішньої області. За оцінками вчених, внутрішній кордон хмари проходить за 2000-5000 а.о. від Сонця, тоді як зовнішній — на відстані щонайменше 50 000 а.о. (тобто майже світловий рік). Кордон хмари фактично відповідає межі Сонячної системи.
Але звідки взялася хмара Оорта? Це залишок вихідного протопланетного диска, з якого 5 млрд років тому сформувалися Земля та інші планети. Найімовірніше, спочатку орбіти крижаних тіл, що його населяли, проходили ближче до Сонця, однак гравітаційний вплив планет-гігантів поступово перевів їх на далекі межі нашої системи.
Наразі у астрономів досить приблизне уявлення щодо будови хмари Оорта. Але навіть найскромніші оцінки говорять про те, що вона населена трильйонами комет діаметром понад кілометр. Їхня загальна маса як мінімум у рази перевищує масу Землі. Іншими словами, хмара Оорта містить на кілька порядків більше матеріалу, ніж Головний пояс астероїдів та пояс Койпера разом узяті.
Роль комет у походженні життя на Землі
Комети цікавлять астрономів не лише своєю красою, а й тією роллю, яку вони відіграли в історії нашої планети. А вона, без перебільшення, величезна.
Почнемо з того, що комети можуть доводити свою погану репутацію та нести смерть. Людство отримало наочне підтвердження цьому в 1994 році, коли Юпітер пережив справжнісіньке бомбардування уламками комети Шумейкерів-Леві 9.
Наслідки падіння комети Шумейкерів-Леві 9 набагато перевершили найсміливіші очікування астрономів. Під час входу в атмосферу її уламки утворили гігантські вогняні кулі, температура всередині яких сягала 24 000 градусів. Загальний обсяг енергії, що виділилася при падінні одного лише найбільшого уламка комети, був оцінений у 6000 гігатонн у тротиловому еквіваленті (у 600 разів більше за увесь ядерний арсенал людства). Відразу після удару в атмосферу Юпітера піднялися хмари розпеченого газу, а на місці уламків залишилися величезні темні плями, які потім затягувалися протягом року.
Зрозуміло, Юпітер є не єдиною планетою Сонячної системи, якій довелося пережити подібне бомбардування. Тектоніка плит та ерозія приховали більшу частину кратерів із земної поверхні. Проте сьогодні астрономи знайшли вже чимало слідів древніх ударних формацій на планеті. Частина з них залишені астероїдами, а якісь — кометами. Припускають, що “хвостаті зорі” спричинили щонайменше деякі масові вимирання, які поставили біосферу нашої планети на межу загибелі.
Водночас, хоча комети ледь не знищили (і можливо, ще знищать) життя на Землі, цілком імовірно, що без них воно просто не змогло б з’явитися. Згідно з популярною гіпотезою, саме комети стали одним із основних постачальників води на молоду Землю.
Ба більше, вже зараз нам відомо, що комети напрочуд багаті складними органічними речовинами. А це означає, що окрім води, комети могли занести на нашу планету й базові будівельні цеглинки, без яких у життя просто не було би шансів на появу.
У наступній частині нашого матеріалу ми розповімо про вже відправлені та заплановані місії до комет.
