А. Глянцев. Крупные и мелкие, опасные и безвредные - 1,3 триллиона комет Солнечной системы

Комета Хейла-Боппа в 1997 году. © E. Kolmhofer, H. Raab; Johannes-Kepler-Observatory, Linz, Austria

Одна из самых крупных комет, C/2014 UN 271, она же комета Бернардинелли-Бернштейна, была открыта в 2014 году; в 2022-м астрономы измерили диаметр ее ядра с помощью радиотелескопа ALMA и получили ни много ни мало 137 ± 17 километров. Это огромная цифра: типичные кометные ядра измеряются единицами или первыми десятками километров.

Таких больших комет человечество еще не видело, если не считать объекта Хирон из группы кентавров, пасущейся между Юпитером и Нептуном. Но считать кентавров кометами или астероидами — большой вопрос, скорее это нечто среднее. Предыдущий рекордсмен — комета Хейла-Боппа с ядром около 74 километров в поперечнике.

Читатели «за тридцать» должны помнить, какое величественное зрелище комета Хейла-Боппа представляла собой в 1997 году. Огромный хвостатый зверь был ярче любого ночного светила, кроме Венеры и Луны. Тем, кто опоздал родиться и подрасти, не стоит отчаиваться: у них больше шансов дожить до ближайшего визита знаменитой кометы Галлея в 2061 году.

А вот комета Бернардинелли-Бернштейна, увы, не подарит нам шоу неземной во всех смыслах красоты: в 2031 году она разминется с Солнцем в 11 астрономических единицах (а. е.), то есть не пересечет и орбиты Сатурна. Напомним, что одна астрономическая единица равна расстоянию от Земли до Солнца (150 миллионов километров).

С другой стороны, это означает, что гость из космоса уж точно не угрожает Земле. Что не может не радовать: 140-километровый объект уничтожил бы все живое, кроме, быть может, бактерий, обитающих глубоко в земной коре. К счастью, столкновения с телами такого масштаба происходили только в эпоху формирования Земли, когда Солнечная система была забита строительным мусором. Так что удивительно не то, что на этот раз пронесло, а то, что столь огромная комета вообще заявилась в гости.

Что такое вообще комета? Это ледяное тело, которое периодически подходит так близко к Солнцу, что начинает испаряться и в связи с этим отращивает хвост.

Вдали от Солнца комета — это «ледяной астероид»: компактный объект размером в несколько километров (реже — десятков километров) без всякой атмосферы и тем более хвоста. Ее часто называют комком грязного снега: комета состоит в основном из льда, причем не только водяного. Компанию замерзшей воде составляют не менее замерзшие аммиак, метан и углекислый газ.

Но вода все же преобладает. Есть версия, что даже аммиачный и прочий «не водный» лед содержится в кометах в виде гидратов — соединений с водой. Никакой тайны в обилии воды нет, поскольку H2O — самое распространенное из сложных (т. е. состоящих из двух или более химических элементов) веществ во Вселенной. Ведь к космосе больше всего водорода (77%); кислород — на третьем месте (хотя его всего 1 %), на втором — гелий (примерно 23%), почти не вступающий в химические связи.

Планетологи до сих пор спорят, какова роль падавших на юную Землю комет в формировании океанов. По некоторым оценкам, мы должны благодарить хвостатых как минимум за треть живительной влаги на нашей планете.

Кроме льдов, в кометах есть силикатные породы в разных вариантах: от мелкой пыли до крупных скал. Очень интересный компонент кометного коктейля — органика. В основном это простейшие соединения вроде метана или циановодорода (HCN). Но встречаются и более любопытные вещества. Например, целых 45 % твердых частиц, отловленных зондом «Розетта» в атмосфере кометы Чурюмова-Герасименко, представляли собой органику, и в основном сложную. Кометы могли сыграть свою роль в поставках на древнюю Землю органического субстрата, из которого зародилась жизнь.

Наконец, в составе комет присутствуют и металлы, правда, в очень небольших количествах. В американском научно-популярном фильме 2021 года «Не смотрите вверх» (название которого ошибочно перевели как «Не смотрите наверх») хвостатое небесное тело оказывается кладезем редких металлов, важных для электронной промышленности.

Что происходит с кометой, когда она приближается к Солнцу? Под солнечными лучами лед начинает испаряться. Мощный поток газов увлекает за собой и пыль. «Ледяной астероид» превращается в ядро кометы, окутанное атмосферой — комой. Ядро и кома — это голова кометы, а вот хвоста у нее пока еще нет.

Кома обычно появляется на расстоянии около 10 а. е. от Солнца. Комета Бернардинелли-Бернштейна отличилась и здесь: первые признаки истечения газов были заметны уже с 24 а. е. Почему? Во-первых, эта комета уж очень велика. Во-вторых, это, похоже, ее первый визит к Солнцу, и она едва начала тратить запасы льда.

На расстоянии 3–4 а. е. от Солнца у кометы начинает расти хвост. Это вещество комы, которое вытягивается давлением солнечного света в направленный от Солнца шлейф. Хвост кометы может простираться на десятки и даже сотни миллионов километров. Он так разрежен, что с точки зрения земного инженера представляет собой глубокий вакуум, так что астрономы называют кометные хвосты «видимым ничто».

В такой разреженной среде каждый атом предоставлен самому себе. Так что, поглощая фотон солнечного света, он не сталкивается с другими атомами, а испускает точно такой же фотон. Так и возникает этот свет из пустоты. Есть, правда, и более тонкие и не до конца изученные механизмы свечения.

Комета ISON в 2013 году / (с)NASA / MSFC / Jacobs Technology / ESSSA / Aaron Kingery.

В базе данных NASA значится не менее 7000 тысяч известных комет. Цифры регулярно обновляются, потому что обнаружить новую комету можно даже в любительский телескоп, а уж профессиональные системы патрулирования неба открывают их пачками. Еще в 2017 году ученые подсчитали, что в Солнечной системе движется 1,3 триллиона комет (в семь раз больше, чем считалось изначально).

Почти 80% комет — долгопериодические, то есть совершающие один оборот более чем за 200 лет. Причем это «более» зачастую означает десятки и сотни тысячелетий. Они приходят к нам с малоизученных окраин Солнечной системы.

Эдмунд Галлей (1656-1742) доказал, что кометы 1531, 1607 и 1682 годов — это одна и та же комета, и предсказал её возвращение в 1759 году. Так комета получила его имя.

Остальные — короткопериодические. Самая шустрая из них — комета Энке, обегающая Солнце чуть больше чем за три года. А, например, более степенная комета Галлея тратит на один оборот 76 лет. Считается, что все короткопериодические кометы начинали как долгопериодические, но потом были сбиты с пути гравитацией планет-гигантов и застряли в близких окрестностях Солнца. Все они разбиты на семейства по именам планет, взявших их в плен: семейство Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

На окраинах владений Солнца обретается множество мелких ледяных тел. Но почти ни одно из них никогда не пересекает даже орбиты Нептуна. Что же заставляет ядро будущей кометы резко сменить курс и отправиться в головокружительный вояж к звезде?

В середине XX века считалось, что это столкновение кометных ядер друг с другом. Однако такое ДТП может уменьшить большую полуось орбиты (она же — среднее расстояние до Солнца), но никак не увеличить ее. А орбиты долгопериодических комет сильновытянутые и протяженные. Получается, что родина комет лежит невероятно далеко от нашей звезды.

Так в построениях теоретиков родилось облако Оорта, которое начинается в тысячах и заканчивается в сотнях тысяч астрономических единиц от светила. Дремлющие там кометные ядра так слабо связаны с Солнцем, что нарушить их орбиту может не только столкновение друг с другом, но и, например, гравитация проходящей мимо звезды.

Облака Оорта никто никогда не видел. Ни один телескоп не может рассмотреть маленькие холодные объекты на таком расстоянии. Его существование — гипотеза, призванная объяснить происхождение долгопериодических комет. И в последние годы эта гипотеза зашаталась.

Дело в том, что гораздо ближе к Солнцу (в десятках астрономических единиц) обнаружился пояс Койпера, а за ним — рассеянный диск. Там хватает не только мелких объектов, способных стать кометными ядрами, но и крупных, которые могут разгонять будущие кометы своей гравитацией.

При таком гравитационном пинке орбита может сильно растянуться, так что объект родом с 50-й астрономической единицы будет выглядеть как пришелец из гипотетического облака Оорта.

Как умирают кометы

Ничто не вечно не только под Луной, но и над ней. Вот и кометы не только рождаются: они стареют и умирают.

Механизм старения комет очевиден. Кома и хвост состоят из испаряющегося вещества ядра кометы. Все, что испаряется, когда-нибудь испарится до конца.

В 1986 году к комете Галлея приблизились советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2», а также европейский «Джотто». Они обнаружили, что ядро кометы — черное, как свежий асфальт: оно отражало только 4 процента падающего света. Хороша ледяная глыба! Дело в том, что только на памяти человечества эта комета обошла Солнце уже 32 раза (записи о ней существуют с 467 года до нашей эры).

По мере того как испарялся лед, смешанная с ним пыль оседала на поверхности и в конце концов образовала плотную корку. Она могла бы предохранять лед от дальнейшего испарения, будь она цельной, без дыр и трещин (что, конечно, не так). К слову, дело происходило в момент максимального сближения с Солнцем, так что поверхность ядра была разогрета почти до 90 градусов Цельсия. Ежесекундно небесное тело теряло 45 тонн газа и 5–8 тонн пыли.

При таких темпах самая знаменитая комета продержится еще около 1300 оборотов, если до этого не распадется на части, превратившись в метеорный поток, как это часто бывает с рыхлыми «комьями снега». Если же тугоплавкий остаток ядра сохранит целостность, он перейдет в разряд вымерших комет, которые отличаются от астероидов только своей славной историей.

Угроза с неба

Более эпичный, но и гораздо более редкий сценарий гибели кометы — падение на планету. Воочию астрономы наблюдали такое событие лишь однажды, когда в 1994 году фрагменты кометы Шумейкера-Леви врезались в Юпитер. Правда, в 2009 году наблюдатели заметили в атмосфере планеты-гиганта нечто похожее на след свежего удара, но само столкновение на сей раз осталось за кадром.

Падали ли кометы на Землю? Несомненно. Случалось ли это в историческое время? Вполне возможно. Есть гипотеза, что Тунгусское тело было фрагментом кометного ядра. Несмотря на 10-мегатонный взрыв, поваливший лес на десятки километров вокруг, так и не было обнаружено ни кратера, ни обломков метеорита. Это легко совместить с падением «кома грязного снега», но никак не каменного астероида. К тому же метеорит пришел с направления, совпадающего с радиантом метеорного потока Таурид, а он связан с кометой Энке.

Комета C / 2011 L4 PANSTARRS / (с) Astronomy Education Services / Gingin Observatory

В фильме «Не смотрите вверх» к Земле приближается комета с ядром диаметром 9 километров. Авторы пафосно называют хвостатую «убийцей планет» и грозятся, что она уничтожит «все живое». Ученые пытаются донести до общества, что нужно хотя бы попытаться ее уничтожить. Некий техномиллиардер хочет выслать к комете роботов, которые раздробят ядро кометы на 30 кусков. Затея благополучно проваливается: комету не удается раздробить. Когда она таки падает, это вызывает землетрясения и извержения вулканов по всей Земле.

Действительно, падение девятикилометрового объекта вызовет огромные цунами и, возможно, массовые пожары. За ними может последовать нечто вроде ядерной зимы. Это приблизительно сценарий гибели динозавров, каким его описывают сторонники астероидной гипотезы. Мало никому не покажется, но о тотальном уничтожении жизни на Земле речи не идет. Землетрясение будет только одно и локальное — в момент удара. Вулканы вообще не заметят происходящего.

В общем, Вселенная, как обычно, гораздо сложнее и интереснее досужего вымысла. Оторвите глаза от киноэкрана и посмотрите вверх. Где-то там есть кометы.

Источник

Подпишитесь на наш телеграм-канал https://t.me/history_eco

Публикация на Тelegra.ph

Еще по теме:

Хвост, чешуя, метановый снег и другие загадки Плутона

Планета Kepler-438b: почти Земля