Солнечная система - Владимир Сурдин Страница 85

Ко II типу были отнесены кометные хвосты, для которых 0,6<h<2,5. Хвосты этого типа напоминают сильно изогнутый конус, отклоненный назад. Они образованы пылинками разной величины, непрерывно выделяющимися из ядра. В конце таких хвостов часто наблюдаются раздвоенные полоски, направленные к ядру кометы, — так называемые синхроны. Они возникают при единовременном (синхронном) выбросе из ядра кометы целого облака частиц, которые затем движутся с различным ускорением (световое давление действует по разному на пылевые частицы разного размера).

Если в системе координат, связанной с ядром, диапазон ускорений начинается от нуля, то и синхрона выходит непосредственно из ядра. Таковы хвосты III типа, у которых 0<h<2,5. Это короткие прямые хвосты, представляющие одну сплошную синхрону. Серия последовательных выбросов приводит к образованию нескольких синхрон в хвосте кометы.

Аномальные хвосты. Иногда у комет появляются хвосты совершенно необычного вида, их называют аномальными. В отличие от нормального кометного хвоста, направленного от Солнца, аномальный хвост имеет вид заостренной пики и направлен прямо к Солнцу. Это необычное явление отчасти объясняется геометрическими причинами: при некоторых взаимных положениях кометы, Земли и Солнца отклоненные назад хвосты II и III типов видны с Земли как бы направленными в сторону Солнца. Но, вероятно, это не единственная причина.

Возможно, аномальный хвост возникает при выбросе из ядра кометы (чаще всего — в момент наибольшего сближения с Солнцем) крупнозернистой пыли с размером частиц 0,1—1 мм. Давление света на такие крупные пылинки намного меньше их притяжения к Солнцу, поэтому и движение у них весьма своеобразное.

Есть причины полагать, что для образования аномальных хвостов недостаточно действия только сил тяготения и светового давления. Скорее всего, такие хвосты возникают при резком выбросе пылевых частиц из некоторых кометных ядер в сторону Солнца. Однако механизм направленного выброса пыли пока остается неясным.

Аномальные хвосты наблюдались более чем у 20 комет. Одной из них была комета Когоутека (1973 XII), на необычный хвост которой первыми обратили внимание астронавты, работавшие на орбитальной станции «Скайлэб».

Физические процессы в атмосфере кометы

Изучая форму комет и их спектры, астрономы в конце XIX и начале XX вв. поняли, что разреженные головы и хвосты комет состоят из молекул газа и твердых пылинок, движущихся под действием гравитации и давления солнечного света. Но ясное представление о физико-химических процессах, происходящих в кометах, сформировалось только к середине XX в.

Напомним, что раскаленные жидкости и твердые тела, а также полностью ионизованные газы дают излучение с непрерывным спектром. Горячий газ, состоящий из атомов, излучает отдельные линии, а молекулярный газ излучает широкие полосы, состоящие из множества линий.

Механизм свечения кометных «голов и хвостов» выясняли довольно долго: в период пролета кометы Галлея (1910 II) К. Шварцшильд и Е. Крон в 1911 г. установили, что молекулы и атомы кометной атмосферы не рассеивают, а переизлучают солнечный свет. Но только к 1934 г. стало окончательно ясно, что при этом происходит резонансная люминесценция, при которой атом возбуждается фотоном из основного состояния, а затем возвращается в него, излучая точно такой же фотон. Но обнаружены и другие виды свечения кометных газов, которые не удается объяснить люминесценцией. Например, зеленая и красная запрещенные линии кислорода (которые видны также в спектрах полярных сияний), красная линия атомарного водорода и ряд других. Их наличие в спектрах комет пытались и пытаются объяснить рядом механизмов (электронный удар, фотодиссоциация). Но окончательное решение еще не найдено.

Исследование спектров комет позволяет определить состав газа и его физическое состояние, например, степень ионизации. Выяснилось, что хвосты III типа имеют непрерывный спектр; это подтверждает предположение об их пылевом составе. Хотя хвосты II типа тоже демонстрируют непрерывный спектр, но есть основания считать, что он формируется путем многократного наложения большого количества спектральных полос разных молекул газа. Спектры хвостов I типа, в отличие от других, полосатые. В них присутствует излучение только ионизованных молекул (в основном N⁺₂, СО⁺ и реже СО⁺₂). Именно с этим связаны аномально большие ускорения частиц в хвостах I типа, которые невозможно объяснить действием лучевого давления. Теперь понятно, что большие ускорения и быстрые спиралевидные и волновые движения в хвостах этого типа вызваны давлением на ионизованный газ потоков солнечного ветра, несущего магнитное поле. Впрочем, далеко не все особенности поведения кометных хвостов уже вполне объяснены.

Поведение кометы

Вдали от Солнца у комет нет атмосферы, и они ничем не отличаются от обычных астероидов. После сближения с Солнцем до расстояния примерно 11 а.е. у них появляется оболочка неправильной формы — кома. Твердое ядро и окружающую его кому вместе называют головой кометы. В телескоп такая комета видна как туманное пятнышко, и отличить ее от далекого звездного скопления или планетарной туманности удается только по заметному собственному движению.

На расстоянии 3—4 а.е. от Солнца у кометы постепенно начинает развиваться хвост, который становится хорошо заметным на расстоянии менее 2 а.е. Хвост кометы представляет величественное зрелище: он простирается иногда на десятки и даже сотни миллионов километров, хотя и представляет из себя «видимое ничто». При дальнейшем сближении кометы с Солнцем ее хвост может разделиться на два и более хвостов, приобретая сложную структуру. Голова же кометы увеличивается до максимального размера на расстояниях 1,6—0,9 а.е., а затем уменьшается.

В разделе «Астероиды» рассказано об спектральной классификации малых планет. Предпринимаются попытки осуществить систематизацию и кометных спектров, чтобы на этой основе провести классификацию комет. Возможно, в будущем, когда будет накоплен больший наблюдательный материал по спектрам разных комет, это удастся осуществить.

Один из способов описания спектров комет предложил астроном И. Боушка. Для краткой характеристики спектра он использует следующие обозначения: «С» (от continuum) для непрерывного спектра; «Е» (от emission) для молекулярного спектра излучения; интенсивность спектра в соответствии с ее ростом характеризуется цифрами 1, 2 и 3; на отсутствие непрерывного или эмиссионного спектра указывает цифра «0»; если наиболее интенсивны полосы циана, добавляется буква «с», если присутствуют линии натрия — буква «n», если линии металлов — буква «m», и т.д. В скобках добавляется гелиоцентрическое расстояние кометы в момент получения спектра. Например, запись для одного из спектров кометы Когоутека (1970 III) выглядит так: СЗЕ1с(1,7). Это означает, что на гелиоцентрическом расстоянии 1,7 а.е. у кометы наблюдался очень сильный непрерывный спектр и слабые молекулярные полосы, среди которых наиболее интенсивными были полосы циана.

По спектрам комет в их головах и хвостах были обнаружены многие атомы, молекулы и пылевые частицы. Зафиксированные в кометах молекулы разделяют на родительские и дочерние. Родительские — это исходные, присутствующие в холодном веществе кометы, а дочерние — фрагменты родительских, возникающие под действием высокой температуры, коротковолнового излучения, бомбардировки космическими частицами. Какие именно молекулы родительские, а какие — дочерние, вопрос непростой. Многие специалисты считают, что родительские — это наиболее стабильные молекулы.