Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Астрономические наблюдения кометы века: новые, неожиданные результаты

Голосов: 2

Излагаются результаты наблюдений кометы Хейла-Боппа, получившей название кометы века или великой кометы, в том числе результаты наблюдений, выполненных в России и странах СНГ. В начале статьи дан исторический очерк о великих кометах в прошлом.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                               ASTRONOMICAL                АСТРОНОМИЧЕСКИЕ
                           OBSERVATIONS
                           OF THE COMET                НАБЛЮДЕНИЯ КОМЕТЫ ВЕКА:
                           OF CENTURY: NEW,            НОВЫЕ, НЕОЖИДАННЫЕ
                           UNEXPECTED RESULTS
                           Yu. N. GNEDIN
                                                       РЕЗУЛЬТАТЫ
                                                       ы. з. ЙзЦСаз
                           The results of observa-
                                                       л‡МНЪ-иВЪВ ·Ы „ТНЛИ „УТЫ‰‡ ТЪ‚ВММ˚И
                           tions of the remarkable     ЪВıМЛ˜ВТНЛИ ЫМЛ‚В ТЛЪВЪ
                           Hale–Bopp comet are pre-
                           sented. This comet is
                                                              ЗЗЦСЦзаЦ
                           named “The Comet of
                                                                 Трудно найти другой такой астрономический
                           Century”, or “The Great            объект, как комета, который вызвал бы всеобщий
                           Comet”. A number of sci-           неподдельный интерес. Вид кометы, особенно в те-
                           entific results were               лескоп или бинокль, представляет собой удивитель-
                                                              ное по красоте и в то же время пугающее зрелище. С
                           obtained by observatories          самых древних времен в астрономии утвердились и
                           in Russia and in the CIS.          стали профессиональными такие термины, как “го-
                           A historical review of             лова” и “хвост” кометы. Комета обычно появляется
                                                              в виде слабого туманного пятна, которое и принято
                           “Great Comets” is also             называть кометной головой. Иногда в центре такого
                           presented.                         пятна видно центральное звездообразное сгущение,
                                                              которое называют фотометрическим ядром или
                                                              центром. Хвост кометы берет начало в голове или
                           аБО‡„‡˛ЪТfl ВБЫО¸Ъ‡Ъ˚               ядре и простирается в сторону, противоположную
                           М‡·О˛‰ВМЛИ НУПВЪ˚ пВИ-             Солнцу.
                           О‡–ЕУФФ‡, ФУОЫ˜Л‚¯ВИ                  23 июля 1995 года американские любители аст-
                                                              рономии А. Хейл и Т. Бопп независимо друг от друга
                           М‡Б‚‡МЛВ НУПВЪ˚ ‚ВН‡
                                                              обнаружили на небе довольно яркий диффузный
                           ЛОЛ ‚ВОЛНУИ НУПВЪ˚, ‚              объект, который оказался кометой. В момент от-
                           ЪУП ˜ЛТОВ ВБЫО¸Ъ‡Ъ˚                крытия она находилась на большом расстоянии от
                                                              Солнца в 7 а.е. (астрономических единиц). Напом-
                           М‡·О˛‰ВМЛИ, ‚˚ФУОМВМ-
                                                              ню, что 1 а.е. = 150 млн км и представляет собой
                           М˚ı ‚ кУТТЛЛ Л ТЪ ‡М‡ı             среднее расстояние от Земли до Солнца. Расстоя-
                           лзЙ. З М‡˜‡ОВ ТЪ‡Ъ¸Л               ние от кометы до Земли в момент открытия состав-
                                                              ляло 6,3 а.е. Удивительным было то, что комета име-
                           ‰‡М ЛТЪУ Л˜ВТНЛИ У˜В Н
                                                              ла ярчайший для такого положения блеск – 10-ю
                           У ‚ВОЛНЛı НУПВЪ‡ı ‚                звездную величину. Именно это привело астроно-
                           Ф У¯ОУП.                           мов к выводу, что, когда эта комета приблизится к
                                                              Солнцу, она станет самой яркой кометой за всю ис-
                                                              торию астрономии. Поэтому она и получила назва-
                                                              ние кометы века.
                                                                 Рисунок 1 показывает видимую траекторию ко-
                                                              меты по небесной сфере. Числа на рис. 1 показыва-
                                                              ют в приведенные моменты времени звездную вели-
                                                              чину кометы, характеризующую ее яркость. Как это
     © ЙМВ‰ЛМ ы.з., 1999




                                                              принято в астрономии, уменьшение видимой звезд-
                                                              ной величины соответствует возрастанию яркости
                                                              небесного объекта. Рисунок 1 сделан на основе рас-
                                                              четов, выполненных в Институте теоретической ас-
                                                              трономии (ИТА РАН), в Санкт-Петербурге. Помимо
                                                              необычной яркости комету характеризует ее необыч-
                                                              ная орбита. Орбита кометы представляет собой
                                                              очень вытянутый эллипс (эксцентриситет е = 0,996),


82                                                               лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹6, 1999


    δ                                                               в которых участвовала группа астрономов из САО
35°28′                                                              РАН и Пулковской обсерватории. Голубым выгля-
   30                                                               дит плазменный хвост кометы.
         1997.02.22
   20       −0,8                                                       Три фактора могут определять появление вели-
                 1997.02.12                                         кой кометы, то есть кометы века: а) сравнительно
                    −0,5
   10                                                               небольшое расстояние в перигелии, по крайней ме-
                                                                    ре меньшее чем 1 а.е.; б) высокая собственная яр-
    0                             1997.01.03                        кость; в) благоприятная геометрия по отношению к
                                      2,5                           Земле. Первый из этих факторов целиком опреде-
   10                                                 1996.09.15    ляется орбитой кометы. Известно, что ни одна из
                                        1996.07.07        5,3
                                            6,2
                                                                    считающихся великими комет не имела расстояния
   20                1996.04.08                                     в перигелии более чем 1,3 а.е. Чем ближе проходит
                         8,3
                               1996.01.02
                                                                    комета к Солнцу, тем больше интегральная яркость
   30                              9,8         1995.09.01           кометы, поскольку эта средняя интегральная яр-
31°31′                                            10,4              кость увеличивается с уменьшением расстояния до
          21             20            19        18        17       Солнца по закону 1/r 3.
  21h33m12s                        α                    16h53m12s
                                                                        Высокая собственная яркость кометы тоже бла-
   Рис. 1. Видимое положение и яркость кометы                       гоприятствует появлению кометы века. Яркость
   Хейла–Боппа                                                      средней кометы на расстоянии от Земли и Солнца в
                                                                    1 а.е. составляет 6,5 звездной величины. К великим
который обладает большим наклоном к плоскости                       кометам, как правило, относили кометы, яркости
                    °
эклиптики, равным 89,4.                                             которых в 10, 20 и даже в 100 раз превосходили яр-
                                                                    кость средней кометы. Комета Хейла–Боппа в пе-
    Все это позволяет отнести комету Хейла–Боппа                    ригелии имела видимую яркость примерно −1, что
к числу так называемых великих комет. Как прави-                    означает, что ее яркость почти в 1000 раз (!) больше,
ло, блеск великих комет сравним или даже превос-                    чем яркость средней кометы. Что касается благо-
ходит яркость Юпитера или Венеры, не говоря уже                     приятной геометрии, то худший случай – это когда
о звездах. Однако яркость не единственная особен-                   комета движется со стороны Солнца и ее блеск те-
ность великой кометы. Другая ее характерная черта –                 ряется на фоне солнечной освещенности. Замеча-
это длина и яркость кометного хвоста. На рис. 2                     тельным и довольно редким свойством орбитально-
представлена фотография головы и двух хвостов ко-                   го движения нашей кометы является то, что она
меты, выполненная В.П. Романенко в Специаль-                        движется почти перпендикулярно плоскости эклип-
ной астрофизической обсерватории (САО) РАН во                       тики. Угол наклона кометной орбиты, по данным
время астрономических наблюдений этой кометы,                                                          °
                                                                    ученых из ИТА РАН, составляет 89,4. Напомню, что
                                                                    плоскостью эклиптики называют плоскость, в кото-
                                                                    рой лежит орбита Земли. По всем этим характерис-
                                                                    тикам комета Хейла–Боппа, несомненно, является
                                                                    кометой века.

                                                                    ЗЦгадаЦ дйеЦнх икйтгйЙй
                                                                       Начиная с 1801 года примерно двадцать из мно-
                                                                    гих сотен комет получили название великих или ко-
                                                                    мет века. Я назову лишь некоторые из них.
                                                                       Первой, конечно, следует упомянуть комету
                                                                    1811 года, о которой писал Лев Толстой в знамени-
                                                                    той эпопее “Война и мир” и появление которой
                                                                    на небе предшествовало началу вторжения Наполе-
                                                                    она в Россию. Когда эта комета достигла перигелия
                                                                    (∼1 а.е.), она находилась в околополюсной зоне и
                                                                    была видна от сумерек до рассвета. В течение сентя-
                                                                    бря и октября блеск кометы был сравним с яркос-
                                                                    тью звезд нулевой и первой величины. В то время
                                                                    комета двигалась по дуге от созвездия Большой
                                                                    Медведицы к созвездию Геркулеса. Комета имела
   Рис. 2. Фотография кометы Хейла–Боппа. Видны
                                                                    два ярких хвоста: один прямой, а другой сильно
   голова и два хвоста (В.П. Романенко, 1-метровый                  изогнутый. Длина хвостов составляла 25°, а ширина
   телескоп САО РАН, 30.03.97 г.)                                   изогнутого пылевого хвоста составляла 7°. Комета


ЙзЦСаз ы.з. ДлнкйзйеауЦлдаЦ зДЕгыСЦзаь дйеЦнх ЗЦдД: зйЗхЦ, зЦйЬаСДззхЦ кЦбмгънДнх                                           83


     была видна невооруженным глазом почти девять            ны. Она также прошла вблизи Солнца (21 октября
     месяцев.                                                1965 года) на расстоянии 450 000 км выше солнеч-
        Другой великой была комета, получившая на-           ной фотосферы.
     звание Великой кометы марта 1843 года (Great               Хорошим подарком для любителей астроно-
     March Comet of 1843). Ее особенность состояла в         мии явилось появление яркой кометы Хаякутаке в
     том, что она прошла буквально по солнечной по-          1996 году. Когда она впервые была обнаружена как
     верхности, на расстоянии в 120 000 км, что состав-      объект 10-й звездной величины, никто и не подо-
     ляет примерно одну десятую диаметра Солнца.             зревал, что она станет одной из самых ярких комет
     Вследствие возбуждения под действием излучения          столетия. Расчет ее орбиты показал, что она должна
     Солнца и отражения солнечного света комета в те-        была подойти очень близко к Земле – на расстояние
     чение нескольких часов 28 февраля 1843 года была        всего в 15 млн км. С 24 по 26 марта комета двигалась
     ярче любой кометы, появлявшейся в течение пред-         вблизи ручки Ковша (Большой Медведицы) и яр-
     шествующих семи столетий. Ее яркость в тот мо-          кость ее достигла нулевой звездной величины. Ха-
     мент была более чем в 60 раз больше яркости пол-        рактерной особенностью этой кометы было нали-
     ной Луны. История свидетельствует, что так близко       чие огромного протяженного хвоста. Он занимал на
     к Солнцу комета проходила только в 1106 году после      небе угловое пространство протяженностью в 75°.
     Рождества Христова.                                     Некоторые наблюдатели считают, что протяжен-
                                                             ность хвоста составляла все 100°.
        К числу других великих комет XIX века относят
     также комету Донати (C/1858VI) 1858 года, комету
     1861 года и комету 1882 года, которая была открыта      дйеЦнД пЦвгД–ЕйииД: зДЕгыСДнЦгъзхЦ
     только вблизи своего перигелия и проникла в глубь       азлнкмеЦзнх а нЦгЦлдйих
     солнечной короны на расстояние 430 000 км от сол-            Начав с 10-й звездной величины, комета Хейла–
     нечной поверхности.                                     Боппа в середине марта 1997 года пересекла нуле-
         Список великих комет XX века открывает коме-        вую отметку. В тот момент было очень трудно подо-
     та 1910 года (но не комета Галлея!), которая была хо-   брать соответствующую звезду сравнения. Среди
     рошо видна при своем обнаружении на раннем рас-         хорошо известных небесных тел в конце марта – на-
     свете (ее звездная величина в тот момент составляла     чале апреля Юпитер имел звездную величину − 2,
     − 2). Именно поэтому в ее названии сохраняется оп-      Сириус −1,5, Марс −1,2 и Меркурий от − 0,3 до 0,0.
     ределение “видимая при дневном свете” – Daylight        Первого апреля яркость кометы достигла звездной
     Comet of 1910. Интересно, что она была открыта не-      величины − 0,8. Тогда комета находилась в периге-
     зависимо многими наблюдателями, поэтому нико-           лии, на расстоянии 0,914 а.е. от Солнца.
     му персонально нельзя приписать честь ее откры-              В течение многих лет астрономы рассматривали
     тия. История астрономии сохранила свидетельство,        исследование комет как не очень значимую область
     что первыми увидели эту комету шахтеры, работав-        астрономии. Поэтому кометы наблюдали в основ-
     шие в алмазной шахте в Южной Африке. Первым же          ном лишь любители, а из профессиональных астро-
     астрономом, зафиксировавшим ее появление 17 ян-         номов лишь те, кто использовал небольшие телеско-
     варя 1910 года, был Роберт Иннес из Капской об-         пы. Однако за последние годы отношение к кометам
     серватории Южно-Африканской Республики. В тот           резко изменилось. Для наблюдений комет Хаякута-
     момент она находилась на расстоянии в 18 млн км         ке и Хейла–Боппа был мобилизован весь мощный
     от Солнца. Многие наблюдатели полагали, что эта         аппарат наземной наблюдательной аппаратуры,
     комета была ярче, чем Венера, то есть имела блеск       включая 10-метровый Кек телескоп на Гавайских
     по крайней мере − 5. Комета появилась на южном          островах и огромный американский радиотелескоп
     небе и только впоследствии, когда яркость ее упала,     (так называемый Very Large Array – VLA). Спектро-
     переместилась в северное полушарие. Комета Гал-         скопические наблюдения были проведены с небы-
     лея, появившаяся несколько месяцев спустя, хотя и       валым в физике комет спектральным разрешением
     более известна мировой общественности, не входит        λ / ∆λ = 180 000.
     в список великих комет.                                      Список телескопов, на которых осуществлялись
        В XX веке в этот список вошли такие кометы,          наблюдения кометы Хейла–Боппа, включает такие
     как Шеллерупа–Маристани (С/1927XI), кометы              знаменитые телескопы, как 5-метровый телескоп
     С/1948VI, Аренда–Ролланда (С/1956R1), Икеи–             Паломарской обсерватории; 4-метровый телескоп
     Секи (С/1965S1), Беннета (С/1969Y1), Веста              Межамериканской обсерватории в Серро-Тололо
     (С/1975VI), Хаякутаке (С/1996В2) и, наконец,            (Чили); 3,8-метровый телескоп в Мауна-Ки (Гавай-
     Хейла–Боппа (С/1995О1). Нет возможности оста-           ские острова); 3,6-метровый Канадско-французский
     навливаться на каждой из этих комет. Следует толь-      телескоп (Гавайские острова); 3-метровый инфра-
     ко отметить, что комета Икеи–Секи была одной из         красный телескоп НАСА; 2,5-метровый телескоп
     самых ярких в XX столетии. Она была видна нево-         им. Исаака Ньютона (Канарские острова, Испания)
     оруженным глазом при полном дневном свете, ее           и др. Успешные наблюдения кометы века были вы-
     яркость в 60 раз больше, чем яркость полной Лу-         полнены на Космическом телескопе им. Хаббла


84                                                              лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹6, 1999


(HST). В странах СНГ наблюдения кометы велись        таком далеком расстоянии, а также не имели такой
на 6-метровом телескопе (БТА) и 1-метровом теле-     причудливой формы (рис. 4).
скопе Специальной астрофизической обсерватории          Самым замечательным открытием явилось об-
(по программе, предложенной астрономами Главной      наружение в голове кометы большого количества
(Пулковской) астрономической обсерватории и          новых молекул, которые ранее не были обнаружены
при их непосредственном участии), на 1,25-метро-     в других кометах. Это произошло благодаря спект-
вом телескопе Крымской астрофизической обсерва-      рам высокого разрешения, полученным наблюдате-
тории, на 70-сантиметровом телескопе астрономи-      лями на больших телескопах. В табл. 1 представлен
ческой обсерватории Харьковского университета,       список всех молекул, обнаруженных в голове коме-
на 26-дюймовом рефракторе и нормальном астро-        ты Хейла–Боппа; подчеркнуты те молекулы, кото-
графе Пулковской обсерватории непосредственно в      рые обнаружены в кометах впервые. Анализ молеку-
Санкт-Петербурге.                                    лярного состава головы кометы позволяет сделать
                                                     вывод, что в нем представлены практически все мо-
ДднаЗзйлнъ дйеЦнх,                                   лекулы, входящие в состав больших молекулярных
ЦЦ паеауЦлдав лйлнДЗ                                 облаков нашей Галактики, в которых по настоящим
   Характерной особенностью кометы Хейла–Боп-        представлениям, и происходит интенсивное рожде-
па была ее необычайная активность. Начиная с мо-     ние звезд. Это подтверждает точку зрения большин-
мента обнаружения астрономы регистрировали не-       ства астрономов, для которой долгое время не было
прерывно извергающиеся из ее ядра газовые и          необходимых экспериментальных данных, что ко-
пылевые струи (джеты), а также сферические и ко-     меты – это остатки того околозвездного вещества,
нические выбросы и оболочки, арочные структуры       из которого рождались наше Солнце и все планеты.
и другие образования, состоящие из газовых молекул      Другая характерная особенность кометы Хейла–
и пылевых частиц. Иногда отмечалось существова-      Боппа – это необыкновенно высокая производи-
ние четырех и более оболочек газовой и пылевой ма-   тельность молекул в голове кометы, то есть количе-
терии. Все эти структуры видны как на фотографиях,   ство молекул, которые улетучиваются с поверхнос-
так и на изображениях кометной головы и хвоста,      ти ядра в одну секунду. Можно сказать, что даже на
полученных с помощью новейших твердотельных          больших расстояниях от Солнца ( 7 а.е.) произво-
приемников излучения, так называемых ПЗС-детек-      дительность основных кометных молекул (H2O, OH,
торов (ПЗС – прибор с зарядовой связью). Рисунок 3   CH4 , CO2 , NH3 , CN, C2) в голове кометы Хейла–
представляет собой фотографию головы кометы, по-     Боппа была значительно выше, чем у любой кометы
лученную на 26-дюймовом рефракторе Пулковской        на любом расстоянии за последние 20 лет, когда на-
обсерватории группой сотрудников под руководст-      чали проводится интенсивные фотометрические и
вом Т.П. Киселевой; видны пылевые оболочки, вы-      спектроскопические наблюдения комет. В табл. 2
брошенные из ядра кометы.                            представлены значения производительности ос-
   Следует отметить, что выбросы вещества из ядер    новных молекул в голове кометы Хейла–Боппа на
комет не такая уж редкость и не раз регистрирова-    различных расстояниях от Солнца.
лись наблюдателями. Все дело в том, что ни у какой      Наконец, третья особенность нашей кометы
другой кометы они не наблюдались так часто и на      века – это ее удивительно сильная запыленность.




                       200''



   Рис. 3. Фотография головы кометы Хейла–Боппа.
   Видны пылевые оболочки, выброшенные из ядра          Рис. 4. Выбросы вещества из головы кометы
   (группа Т.П. Киселевой, 26″ рефрактор ГАО РАН)       Хейла–Боппа



ЙзЦСаз ы.з. ДлнкйзйеауЦлдаЦ зДЕгыСЦзаь дйеЦнх ЗЦдД: зйЗхЦ, зЦйЬаСДззхЦ кЦбмгънДнх                         85


     Таблица 1. Молекулы, обнаруженные в голове кометы Хейла–Боппа

         Формула                        Название                       Формула                       Название
           H2O                   Вода                                 HC3O
           HDO                   Тяжелая вода                         HCOOH                 Муравьиная кислота
           OH                    Гидроксил                            CH3OH                 Метиловый спирт
           H2O+                  Ион воды                             HCN                   Цианид водорода
           H3O+                                                       DCN
           CO                    Окись углерода                       CH3CN                 Метиловый цианид
           CO2                   Двуокись углерода                    HNC                   Изоцианид водорода
           CO+                   Ион окиси углерода                   H13NC                 Изотоп изоцианида водорода
           HCO+                  Формилон                             HC3N                  Циановый ацетилен
           C2                    Двухатомный углерод                  HNCO                  Изоциановая кислота
           C3                    Трехатомный углерод                  CN                    Циан
           Na                    Натрий                               NH
           K                     Калий                                NH2
           H2S                   Сульфид водорода                     NH3                   Аммоний
           SO                    Окись серы                           NH2CHO                Формамид
           SO2                   Двуокись серы                        CH4                   Метан
           H2CS                  Тиформальдегид                       C2H2                  Ацетилен
           OCS                   Сульфид карбонада                    C2H6                  Этан
           CS                    Моносульфид углерода                 Mg2SiO4               Фостерит
           H2CO                  Формальдегид                         Fe2SiO3
                                                                      CH3OCHO
     Примечание. Подчеркнуты химические формулы молекул, впервые обнаруженные в кометах.


     Таблица 2. Молекулярная производительность Q ядра                   Что касается химического состава пылевого
     кометы Хейла–Боппа                                              компонента кометы, то новый интересный резуль-
                                                                     тат состоит в обнаружении большого количества
         Молекула          Q, молекул/с            R, а.е.
                                                                     разнообразных сочетаний металлов с силикатами,
         H2O                    5 ⋅ 1030        1,050–0,914          то есть соединений типа FenSiO4 и MgnSiO4 . Замеча-
         OH                     5 ⋅ 1030            1,01             тельным открытием явилось обнаружение фостери-
         CN                  1,5 ⋅ 1028             1,01             та Mg2SiO4 . Именно это соединение наиболее часто
         C2                     2 ⋅ 1028            1,01             встречается у молодых звезд с околозвездными дис-
         CO                     3 ⋅ 1029            1,04             ками, в которых происходит формирование планет.
         C2H6                   7 ⋅ 1027           ∼1,0
                                                                     В табл. 3 представлены отношения количеств раз-
                                                                     ных молекул для кометы Хейла–Боппа и средней
         OCS                 1,5 ⋅ 1028            ∼1,0
                                                                     кометы. Наиболее существен результат в последней
         HCNC2H2                7 ⋅ 1027           ∼1,0              колонке, где показано отношение количества моле-
         CH3OH               1,1 ⋅ 1028             3,6              кулярного газа CN к количеству пыли в комете века.
         H2S                    8 ⋅ 1027            3,6              Именно этот результат и свидетельствует о сильной
         CS                     3 ⋅ 1026            3,6              запыленности кометы Хейла–Боппа, поскольку это
         H2CO                1,5 ⋅ 1026             3,6              отношение значительно меньше той величины, ко-
         CH3CN               1,1 ⋅ 1026             3,6              торая характерна для средней кометы.
         SO2                    6 ⋅ 1027            0,95
         HDO                    4 ⋅ 1026            0,914            Таблица 3. Отношение количества молекул CN к количе-
         CH3OCHO                6 ⋅ 1027            0,92             ству других компонентов для кометы Хейла–Боппа и
         Пыль              3,2 ⋅ 105 кГ/с           1,144            средней кометы

                                                                                    Комета Хейла–Боппа     Средняя комета
     Если массовая производительность воды (молекул                                             −3
                                                                      CN/OH                3 ⋅ 10               1,75 ⋅ 10−3
     H2O) оценивается как 130 т/с, то соответствующую
                                                                      CN/NH                     1                  0,65
     производительность пылевых частиц следует оце-
     нить как 1000 т/с. Это значительно выше, чем у лю-               CN/C3                 9,5                   20,69
     бой кометы по крайней мере за последние 80 лет на-               CN/C2                 0,75                    1,64
     блюдений и представляет в настоящее время рекорд.                CN/пыль               0,65                  91,72



86                                                                       лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹6, 1999


абйнйизхв лйлнДЗ ейгЦдмг                                             иЦкЦеЦззйлнъ абгмуЦзаь
З ЙйгйЗЦ дйеЦнх пЦвгД–ЕйииД                                          дйеЦнх пЦвгД–ЕйииД

    Важнейший ключ к пониманию природы и про-                           Центральная задача в определении характера
исхождения небесных объектов – это изотопный                         переменности – установить, вращается ли комет-
состав составляющих их атомов и молекул. Здесь                       ное ядро и как оно вращается. Результаты много-
ведущая роль принадлежит радиоастрономии, по-                        численных наблюдений показали, что ядро кометы
скольку количественные оценки распространения                        действительно вращается и период его вращения
изотопов определяются по очень тонкому эффекту –                     близок к 12 часам. Данные наблюдений в различные
изотопному сдвигу атомных и молекулярных линий,                      моменты времени дают следующие три значения
который более эффективно обнаруживается радио-                       периода вращения ядра кометы:
астрономическими методами. Наблюдения кометы                            Рвр = 11h20m ± 0h10m,     Pвр = 11h65m ± 0h10m,
Хейла–Боппа осуществлялись с помощью таких ра-
диоинструментов, как радиоинтерферометры IRAM,                                      Pвр = 11h47m ± 0h05m.
VLA, радиотелескоп им. Джеймса Кларка Максвел-
ла (Гавайские острова), инструменты субмиллимет-                     В то же время серия выброшенных из ядра пылевых
ровой обсерватории в Калтехе (США) и других, ан-                     оболочек позволяет определить другое характерное
тенны которых достигают десятков и сотен метров в                    время переменности. Это характерное время актив-
диаметре.                                                            ности ядра (суперпериод) по отношению к выбро-
                                                                     сам пылевых частиц составляет
   Впервые в кометах с помощью телескопа
Дж.К. Максвелла (JCMT) помимо тяжелой воды                                              Psup = 22d ± 2d.
были обнаружены цианистые соединения, содер-                         Такое же значение суперпериода было получено по
жащие тяжелый водород, – DCN. Также впервые                          данным наблюдений астрономов в Пулковской об-
для комет было определено отношение изотопов                         серватории.
азота 14N/ 15N.
                                                                        В марте 1997 года испанские астрономы обнару-
   В результате радиоастрономических наблюде-                        жили другие характерные периоды переменности,
ний получены следующие изотопные соотношения:                        используя фотометрические наблюдения кометы.
                                                                     Их результат дает
       12                                     14
     H CH                             HC N                                       Рвр = 5,5h,     Psup = 7,19d.
     ---------------- = 90 ± 15,
          13
                    -                 ---------------- = 299 ± 30,
                                               15
                                                     -
     H CH                             HC N
               32
                                                                     Однако следует заметить, что эти периоды кратны
             C S                        DCN                          12h и 22d. Проблема пока окончательно не решена.
             ---------- = 27 ± 3,
                 34
                      -                 ------------ = 10 –3 .
                                                   -
             C S                        HCN                             Пожалуй, самый неожиданный результат, также
                                                                     полученный в марте, состоит в том, что астроно-
Любопытно сравнить эти значения с соответствую-                      мы обнаружили внезапное изменение направления
щими величинами изотопных соотношений для                            вращения. В феврале наблюдения показывали, что
Земли:                                                               ядро кометы вращалось по часовой стрелке. А в
                                                                     марте направление вращения сменилось на проти-
        12                   14                    32
            C                    N                     S             воположное. Ученые обнаружили и более быструю
        ------ = 89,
        13
             -               ------- = 270,
                             15
                                                   ------ = 24.
                                                   34                переменность. Так, наблюдения показали, что эмис-
            C                    N                     S
                                                                     сионные линии иона СО+ меняли интенсивность в
                                                                     течение 30 мин. И даже за более короткое время по-
Сравнение дает удивительный результат: изотопный                     рядка нескольких минут.
состав кометы Хейла–Боппа оказывается таким же,
как у Земли. Любопытно, что совсем недавно уче-                         Еще более впечатляющий результат получили
ные детально изучили химический и изотопный со-                      пулковский астроном Т.М. Нацвлишвили и астро-
став метеорита, который упал на Землю в Австралии                    номы САО РАН. Они наблюдали поляризованное
вблизи городка Мерчен в 1969 году. Его химический                    излучение кометы на 1-метровом телескопе САО
состав также оказался чрезвычайно схож с составом                    РАН и обнаружили очень быстрые (в течение не-
земного грунта.                                                      скольких минут) изменения поляризации излуче-
                                                                     ния кометы. Любопытно, что такие же быстрые из-
   Другой интересный результат был получен из                        менения степени поляризации были обнаружены
анализа зависимости изотопного отношения D/H                         прямым экспериментальным методом во время за-
от температуры. Кинетическая температура, соот-                      пуска космического аппарата “Джотто” в голову ко-
ветствующая месту определения соотношения D/H,                       меты Шеллурупа–Кригга в июле 1992 года. Такие
оказалась в интервале 25 Т 45 К, что значитель-                      быстрые изменения обусловлены действием направ-
но выше, чем типичная температура большого га-                       ленных струй газовой и пылевой материи, внезапно
лактического молекулярного облака.                                   выброшенных из ядра кометы.


ЙзЦСаз ы.з. ДлнкйзйеауЦлдаЦ зДЕгыСЦзаь дйеЦнх ЗЦдД: зйЗхЦ, зЦйЬаСДззхЦ кЦбмгънДнх                                         87


     кДбеЦкх ьСкД дйеЦнх пЦвгД–ЕйииД                        Хейла–Боппа было зарегистрировано 14 сентября
         Необыкновенное поведение кометы Хейла–             1996 года, когда комета находилась далеко от Солн-
     Боппа заставило астрономов считать, что она имеет      ца – на расстоянии 3,07 а.е. Однако тогда ее рентге-
     ядро очень больших размеров. Уже первые предва-        новский поток был тоже Fx = 8 ⋅ 1024 фот/с. Ученым
     рительные оценки показали, что его размер должен       пока неясна природа этого рентгеновского излуче-
     превышать несколько десятков километров. Радио-        ния. Хотя преобладает мнение, что оно возникает в
     астрономические наблюдения собственного тепло-         результате взаимодействия протонов солнечного
     вого излучения нагретой пыли вблизи ядра кометы        ветра с энергией в несколько килоэлектронвольт с
     позволили оценить радиус ядра в 45 км. Это означа-     пылинками в голове кометы.
     ет, что комета Хейла–Боппа занимает по размерам            Другим замечательным событием в исследова-
     своего ядра второе место в списке комет (табл. 4)      нии комет явилось открытие третьего хвоста коме-
     после знаменитого космического тела Хирон, о кото-     ты Хейла–Боппа, целиком состоявшего из атомов
     ром астрономы сейчас спорят, является оно кометой      натрия. Это первая комета, у которой был обнару-
     или астероидом. Но это предмет особого разговора.      жен третий хвост. Дон Поллакко из обсерватории,
                                                            расположенной в Ла-Пальме на Канарских остро-
     Таблица 4. Радиусы ядер основных комет                 вах, обнаружил его на снимках, полученных с помо-
                                                            щью широкоугольной ПЗС-камеры. Это открытие
       Название кометы
                            Расстояние в      Радиус ядра   состоялось потому, что Дон Поллакко работал с до-
                           перигелии, а.е.    кометы, км    вольно узким фильтром, который выделял именно
     Аренда–Риго                1,385             5,2
                                                            натриевую эмиссию. Это открытие произошло в се-
                                                            редине апреля. К удивлению астрономов, излучаю-
     Борелли                    1,365                       щая натриевая область занимала огромное прост-
     Хирона                     8,454           90 ± 7      ранство, охватывая голову кометы и уходя далеко в
     Арреста                    1,346             2,68      хвост. Протяженность хвоста составляла 6°, или
     Энке                       0,331             3,1       почти 50 млн км. Впоследствии группа астрономов
     Файе                       1,665             2,7       из Университета Бостона обнаружила натриевый
                                                            хвост на снимках Обсерватории Макдональдса, по-
     Джикобини–Зиннера          1,035             3,0
                                                            лученных еще в марте. Анализ наблюдательного ма-
     Кригга–Шеллурупа           0,997             2,9       териала показал, что атомы натрия не появляются
     Хейла–Боппа                0,914            45         непосредственно с поверхности ядра, а возникают
     Галлея                     0,596             5,5       из какого-то другого источника. Возможно, это пы-
     Хонда–Мркоса               0,532             0,35      линки в голове кометы, которые уносятся в хвост
                                                            световым давлением. Однако отдельное положение
     Хаякутаке                  0,230          2,4 ± 0,5
                                                            натриевого хвоста, которое не совпадает с положе-
     Айрес–Араки–Алкока         0,991             3,5       нием обычного пылевого хвоста, сильно противо-
     Копфа                      1,579          2,8 Ч 1,8    речит этому предположению. В Пулковской обсер-
     Леви Р/1991 L3             0,983           <8,2        ватории разрабатывается другая идея. Источником
     Ньюмена 1                  1,549            10,4       натрия являются крупные макромолекулярные со-
                                                            единения типа [Na(NaCN)n] или [(NaCN)n(CN)n],
     Свифта–Таттла              0,962            11,8
                                                            где n может принимать значения, лежащие в интер-
     Фаэтон                     0,139          2,6 ± 0,7    вале от 0 до 37 (наподобие знаменитых фуллеренов).
     Темпла-2                   1,482          5,9 ± 0,5    Такие молекулярные кластеры, открытые недавно в
     Виртанена                  1,064             1,0       химических лабораториях, очень устойчивы по от-
                                                            ношению, например, к фотоионизации. Если они
                                                            образуются в кометах, то могут уходить на большие
     зЦдйнйкхЦ СкмЙаЦ йлйЕЦззйлна                           расстояния от ядра и лишь там, подвергаясь бом-
     дйеЦнх пЦвгД–ЕйииД                                     бардировке со стороны протонов солнечного ветра,
        Пожалуй, необычным в области физики комет           освобождать атомы натрия, образуя уже совершен-
     явилось открытие рентгеновского излучения от не-       но отдельный хвост.
     которых из них. С помощью ультрафиолетового                Наконец, третья характерная особенность ко-
     спутника EUVE американские ученые обнаружили           меты – это необычное поведение ее поляризован-
     мягкое рентгеновское излучение в области энергий       ного излучения. Сильная линейная поляризация
     70–100 эВ у четырех комет, которые находились на       излучения этой кометы была открыта астрономами
     различных гелиоцентрических расстояниях. В их          Т.М. Нацвлишвили (ГАО РАН), В.Д. Бычковым и
     числе кометы Хаякутаке и Хейла–Боппа. Комета           В.П. Романенко (САО РАН), а также Н.Н. Киселе-
     Хаякутаке 22 марта 1996 года находилась на рассто-     вым (АО ХГУ Украины). Поляризованное излуче-
     янии 1,07 а.е. от Солнца, и полный поток рентге-       ние возникает в результате рассеяния солнечного
     новского излучения в тот момент составлял Fx =         света на кометных молекулах и пылинках. Впер-
     = 7,5 ⋅ 1024 фот/с. Рентгеновское излучение кометы     вые обнаружена круговая поляризация излучения


88                                                             лйкйлйЗлдав йЕкДбйЗДнЦгъзхв ЬмкзДг, ‹6, 1999


(В.К. Розенбуш и Н.М. Шаховской), а это свиде-       комета находилась на расстояниях 2,8 а.е. от Солн-
тельствует, что в кометах действует механизм ори-    ца и 3,09 а.е. от Земли. По отношению к Солнцу ее
ентации пылевых частиц.                              скорость составляла 20,4 км/с, а относительно Зем-
                                                     ли 6,07 км/с. 17 ноября 2017 года комета будет нахо-
зДЕгыСЦзаь ийдкхнаь дйеЦнйв                          диться на расстоянии 40 а.е. от Солнца и двигаться
бЗЦбС а кДСайалнйузадйЗ                              со скоростью 6 км/с. 14 ноября 2050 года комета бу-
                                                     дет находиться на расстоянии 75 а.е. от Солнца и
    Хорошо известно, что кометы можно использо-
                                                     двигаться со скоростью 4,3 км/с. Наконец 8 августа
вать как экспериментальные зонды для исследова-
                                                     2080 года она уйдет на расстояние в 100 а.е. и будет
ния околосолнечного пространства на больших
                                                     двигаться со скоростью 3,6 км/с. Вернется ли эта
расстояниях от плоскости эклиптики, а также на-
                                                     комета к нам? Законы небесной механики дают воз-
блюдать покрытия ими ярких звезд и радиоисточ-
                                                     можность ответить на этот вопрос: она вернется че-
ников. Так, радиоастрономы наблюдали и исследо-
                                                     рез 2712,1 лет. Таков орбитальный период этой за-
вали покрытия хвостом кометы Аренда–Роланда
                                                     мечательной кометы. Комета движется по сильно
некоторых радиоисточников.
                                                     вытянутому эллипсу с эксцентриситетом, равным
    Естественно, что яркая и необычная комета        0,99; расстояние орбиты в перигелии составляет
Хейла–Боппа также использовалась для этих целей.     0,91 а.е., а самая удаленная точка на орбите (афе-
В Национальной радиоастрономической обсерва-         лий) располагается на расстоянии в 388 а.е., то есть
тории США наблюдали покрытия трех компактных         далеко за пределами Солнечной системы. Такова
радиоисточников головой кометы Хейла–Боппа с         судьба этой замечательной кометы.
целью измерения концентрации ОН в комете. Были
определены профили линий ОН на частотах 1667 и
1665 МГц.                                            ганЦкДнмкД
    Астрономы наблюдали также покрытия кометой          1. Добровольский О.В. Кометы. М.: Наука, 1966.
ярких звезд. В Обсерватории Ловелла 5 октября
                                                        2. Bortle J.E. Great Comets in History // Sky and Telesko-
1996 года наблюдалось покрытие звезды 9-й звезд-        pe. 1997. Vol. 93, № 1. P. 44.
ной величины. Аналогичные работы были выпол-
нены Н.М. Шаховским и В.К. Розенбуш в Крым-
ской астрофизической обсерватории. Обнаружено                                   * * *
заметное поглощение света звезды, свидетельству-
                                                         Юрий Николаевич Гнедин, доктор физико-мате-
ющее, что внутренняя часть головы кометы являет-
                                                     матических наук, профессор кафедры “Космичес-
ся оптически толстой.
                                                     кие исследования” Санкт-Петербургского техни-
                                                     ческого университета, зам. директора Главной
ЕмСмфЦЦ дйеЦнх пЦвгД–ЕйииД                           (Пулковской) астрономической обсерватории РАН.
   В заключение несколько слов о том, что ждет ко-   Область научных интересов – астрофизика, физи-
мету Хейла–Боппа в будущем. 30 сентября 1997 года    ка плазмы. Автор более 150 научных работ.




ЙзЦСаз ы.з. ДлнкйзйеауЦлдаЦ зДЕгыСЦзаь дйеЦнх ЗЦдД: зйЗхЦ, зЦйЬаСДззхЦ кЦбмгънДнх                                    89



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика