Лев Мухин - В нашей галактике
Работая над каталогом кометных орбит, Галлей наткнулся на поразительное обстоятельство: три кометы, которые люди видели в 1531, 1606 и 1682 годах, имели очень похожие друг на друга элементы орбит. И Галлей предположил, что это не три разные кометы, а одна и та же, периодически подходящая к Земле, а затем удаляющаяся от нее. Визит к окрестностям Земли эта комета совершает не часто — один раз в 75 лет. И, значит, она имеет очень вытянутую, эллиптическую орбиту, что и предполагал великий Ньютон.
Галлей предсказал возвращение кометы в 1758 году. Он писал: «…я с уверенностью решаюсь предсказать ее возвращение на 1758 год. Если она вернется, то не будет больше никакой причины сомневаться, что и другие кометы должны снова возвращаться к Солнцу».
Очередной триумф закона всемирного тяготения Ньютона и замечательного предсказания Галлея состоялся в начале 1759 года. Сам Галлей, к сожалению, не дожил до момента возвращения кометы — своего звездного часа.
Французские математики и астрономы, имея в руках более точные данные о влиянии возмущений, производимых планетами на движение кометы, внесли коррекции в оценки Галлея и заявили, что комета 13 апреля 1759 года пройдет через перигелий, то есть именно тогда она и будет ближе всего к Земле.
Расчеты французов были точны. В честь женщины-астронома Г. Лепот, принимавшей участие в этой работе, Французская академия наук назвала ее именем диковинный цветок, неизвестный ранее в Европе и недавно привезенный туда из Японии, — гортензия. Ну а сама комета, естественно, получила имя того, кто отдал ей многие годы своей жизни. Здесь ни у кого не возникало ни малейших сомнений. Комета получила имя Галлея. С этих именно пор и возникла традиция присваивать комете имя того, кто открыл ее или хорошо изучил ее движение.
Итак, что же представляют собой кометы и почему они так сильно интересуют ученых?
Само слово «комета» ведет свое происхождение от греческого слова «кометис», что означает «волосатый» или «бородатый». Название одной из первых книг о комете 1618 года звучало так: «Небесная труба, пробуждающая поутру, или комета с длинной бородой». И действительно, все крупные кометы, которые можно наблюдать без помощи телескопа, как правило, имели хвост, а то и не один. Именно по поводу формы огромного хвоста кометы 1456 года (читатель без труда может проверить, что это как раз и была знаменитая комета Галлея) разгорелась дискуссия между католической церковью и мусульманами. Менее яркие кометы имеют меньшие хвосты, а многие кометы можно видеть лишь в телескоп, и их поэтому называют телескопическими. Но, с другой стороны, и большие яркие кометы телескопичны, когда они находятся вдалеке от Солнца. Дело в том, что хвост у кометы появляется, лишь когда она приближается к Солнцу, и именно тогда жители Земли могут наблюдать ее во всем великолепии.
Почему хвост образуется при приближении кометы к Солнцу? Прежде чем ответить на этот вопрос, мы должны еще немного поговорить о морфологии — структуре комет.
Кроме хвоста, в теле кометы различают еще две основные структуры. Это кома, яркая туманная атмосфера, окружающая ядро кометы. Кома с ядром составляют голову кометы. Поскольку «голова» и «хвост» термины скорее биологические, нежели астрономические, можно сказать, продолжая биологические аналогии, что комета довольно странное животное, тело которого состоит лишь из двух частей — головы и хвоста. Итак, в центре головы кометы — ядро.
И размеры его и масса весьма и весьма неопределенны даже на сегодняшний день. Различные оценки дают, например, для ядра кометы Галлея: значение поперечника от 5 километров до 2 километров. Ядра других комет еще меньше — около 400 метров в поперечнике.
Массы комет, естественно, различны и заключены в вероятных пределах от нескольких тонн до сотен или даже тысяч миллиардов тонн. Причем для каждой конкретной кометы масса ядра определяется с очень большой ошибкой. Иногда ядра комет делятся, что произошло, в частности, с ядром кометы Виртанена в 1957 году. Два новорожденных ядра удалялись друг от друга со скоростью 1,6 метра в секунду. Используя эту цифру, ученые оценили массу ядра кометы Виртанена в сто миллиардов тонн. Цифра немалая.
А из чего состоит такое ядро? Здесь мнения также расходятся очень сильно.
Еще во времена Лапласа полагали, что ядро кометы — это огромный кусок льда, часть которого испаряется и переходит в газовую фазу под воздействием солнечного излучения. Но, по ряду соображений, чисто ледяная или снежная модель оказалась неудовлетворительной.
Сейчас предпочтительнее модель, описывающая ядро кометы как некую смесь тугоплавкой составляющей и холодного летучего компонента. Тугоплавкая часть ядра — это обломки горных пород. В эти обломки входят, естественно, и металлы. А замороженный летучий компонент состоит из льдов воды, аммиака, углекислоты, метана и других газов. Ледяные слои перемешаны со слоями пыли и обломков.
Быть может, это не чистые льды, а смесь гидратов газов, — это сейчас не очень важно. Важно, что подобная модель хорошо объясняет многие факты, наблюдаемые астрономами по мере приближения кометы к Солнцу. Так, в спектрах ядра кометы 1882 года были обнаружены линии натрия, железа и никеля. По мере удаления от Солнца они исчезли. Ясно, что, если бы ядро состояло из чистого льда, оно не могло бы быть источником атомов металлов.
Если большая комета подходит к Солнцу, в голове ее, на освещенной стороне, происходят удивительные вещи. Там появляются фонтаны светящейся материи, которые извергаются из ядра. Они сначала направляются к Солнцу, а потом, поворачивая в стороны, меняют свое направление, текут назад и, огибая голову кометы, уходят все дальше от Солнца. Именно эти газы и образуют хвост кометы. Чем ближе комета к Солнцу, тем более солидный и яркий у нее хвост.
Иногда в ядре происходит взрывное выделение вещества. И как раз модель «грязных льдов» с успехом может объяснить этот феномен. Заметим еще, что взрывы в ядрах происходят, как правило, у старых комет, то есть у тех, которые много раз наносили визиты к Солнцу. Старая комета имеет очень загрязненную поверхность ядра. Ядро покрыто защитной коркой, напоминающей ледниковую морену. И этот экран хорошо защищает от Солнца находящийся под ним лед. Но экран не очень прочен, и взрывы в ядрах легко объяснить механическими нарушениями в таком защитном экране.
Выдающийся русский астроном Ф. Бредихин первый дал стройную теорию кометных хвостов и объяснил, почему в одних случаях хвосты у комет кривые, а в других прямые. Он использовал в своих расчетах соотношение между притяжением Солнца и отталкивающей силой, возникающей как следствие светового давления.
Мы не будем здесь вдаваться в тонкости механизма образования хвостов, но отметим лишь, что вещество для образования хвоста выделяется из ядра кометы, а потери вещества ядра, идущие на образование хвоста, ничтожны. Так, например, комета Галлея, наблюдавшаяся еще до нашей эры, при каждом новом подходе к Солнцу каждый раз образует новый хвост.
Из чего же он состоит? Понятно, что из вещества ядра. Но вещества, преобразованного и разрушенного солнечным излучением. К настоящему времени в результате спектральных наблюдений голов и хвостов комет в них обнаружены такие атомы и молекулы: углерод в форме С и С2, CN, HCN, СО, CS, CH3CN, H2O, H, NH, NH2, О, ОН, Si. Обнаружены и атомы металлов: Na, Ca, Cr, Co, Mn, Fe, Ni. Ионы CO+, CO2+, CH+, C+, N2+, OH+, H2O+. Обнаружены также и частички силикатной пыли.
Итак, в кометах есть все необходимые исходные атомы для образования органических соединений. Этот факт привел известного химика X. Орó к мысли о том, что кометы, выпадающие на Землю, сыграли значительную роль в транспорте органических соединений на нашу планету. Действительно, есть оценки, согласно которым столкновение Земли с кометой может происходить один раз за 80 миллионов лет. Следовательно, за время жизни на Земле, ну, будем для простоты брать лишь первый миллиард, на Землю могло упасть 12–13 комет массой 1011–1012 тонн каждая, а это уже солидная величина.
Очень интересную идею высказал ленинградский ученый Е. Каймаков, и не только высказал, но и подкрепил некоторыми экспериментальными данными. Он занимается моделированием комет. Во время этой работы он добавил в лед аминокислоты, а затем стал испарять лед так, как он испаряется, когда комета подходит к Солнцу. Естественно, лед был подвергнут воздействию ультрафиолетового излучения.
Каймакову удалось получить более крупные молекулы, чем те, которые содержались в исходном растворе. Это были довольно сложные полимерные структуры, которые Каймаков назвал «субликонами» — сокращенно от слов «сублимационная конструкция». Эти полимеры были как бы намотаны на столбики льда.
Опыты Каймакова, несомненно, представляют собой немалый интерес, но требуют, с другой стороны, дальнейшего развития и проверки. Во всяком случае, нельзя исключить того, что кометы являются мощными резервуарами органических соединений. Но как далеко продвинулась эволюция органических соединений в кометах, сказать трудно.
