Человечество издавна наблюдало за небосводом, пытаясь в движении светил отыскать знаки, указывающие на те или иные события на Земле. Некоторые из них обещали удачу и благоденствие, другие, наоборот, предвещали беду. Кроме привычных и предсказуемых планет и их спутников, в нашей системе есть еще один интересный тип объектов, которые могут появляться на небосклоне раз в столетие, вызывая страх и непонимание. Это кометы. В прежние века считалось, что они приносят голод, войны, эпидемии.
В переводе с греческого «комета» означает «волосатая». Причина такого названия очевидна: подобные объекты несут за собой длинный яркий шлейф, напоминающий пышную копну волос или хвост лошади. Причем направлен он всегда от Солнца, что также вполне объяснимо: хвост отклоняется солнечным ветром. Издревле люди внимательно следили за появлением комет. Более четырехсот из них были обнаружены еще до изобретения телескопа. Самой известной «хвостатой звездой», безусловно, является комета Галлея.
Она получила свое имя в честь английского ученого Эдмунда Галлея, который рассчитал ее орбиту и определил периодичность. Он не только открыл комету Галлея миру, но и составил первый каталог движения этих удивительных космических объектов.
Последнее появление кометы Галлея состоялось 9 февраля 1986 года. Ожидается, что следующий раз она прилетит к нам в 2061 году, а потом уже в 2134.
Визит кометы Галлея 1986 года можно назвать знаковым: людям впервые удалось провести ее исследование с помощью космических аппаратов. Были получены уникальные данные о структуре ядра и механизмах образования кометного хвоста, о периоде вращения, температуре и др.
Общее описание, состав и размер
Комета Галлея относится к группе короткопериодичных. Это означает, что время ее возвращения к Солнцу не превышает двухсот лет. Ядро самой известной кометы имеет форму картофелины и состоит из воды, метана, аммиака, углерода и других веществ, связанных воедино космическим холодом. Вероятно, что в лед вкраплены твердые частицы, в основном это силикаты. Спектральный анализ подтвердил наличие органических молекул, что позволило ученым выдвинуть теорию о «кометном» происхождении жизни на нашей планете.
Размеры небесного тела — 15×8×8 км, но масса его сравнительно невелика — 2,2⋅1014 кг. Это говорит о рыхлости ядра, состоящего из большого количества отдельных обломков. Его средняя плотность – всего лишь 600 кг/м³ (у воды 1000 кг/м3).
Данные о периоде вращения кометы Галлея разнятся: наземные наблюдения называют цифру в 7,4 суток, а изображения, полученные с космических аппаратов, свидетельствуют о периоде в 52 часа. Такая вариативность, вероятно, обусловлена неправильной формой объекта и его сложной топографией.
Еще в 1950 году американский астроном разработал теорию кометных ядер, которая сегодня называется модель «грязного снежка». Согласно ей, кометы представляют собой смёрзшийся ком ледяных частиц, покрытый сверху тонким слоем пыли. В настоящее время теория признана астрономическим сообществом, данные наблюдений также показали, что в целом такая модель соответствует действительности. Альбедо кометы Галлея составляет всего 4%, то есть от нее отражается только 4% солнечного света.
При приближении этого «снежка» к Солнцу поверхность его начинает нагреваться и интенсивно разрушаться – кометное вещество из твердого состояния переходит в жидкое, а затем и в газообразное. Постепенно вокруг ядра кометы Галлея формируется облако, состоящее из газа и пыли, которое астрономы называют комой. Его диаметр может варьироваться от сотен тысяч до миллиона километров. Объект заметен уже на расстоянии 11 а.е. от Солнца.
Хвост кометы Галлея, так же, как и у других комет, образуется в силу давления солнечного ветра, которое отбрасывает частицы газа из комы далеко назад. Комета имеет наибольшую яркость во время прохождения перигелия, а по мере ее удаления от Солнца интенсивность свечения уменьшается, пока «хвостатая звезда» опять не превращается в серый и унылый шар изо льда и грязи.
Орбита и особенности движения
Период обращения кометы Галлея составляет 75 или 76 лет, иногда между ее визитами проходило 74 или 79 лет. Причина такой нестабильности – влияние гравитации планет Солнечной системы, около которых она пролетает. Орбита кометы Галлея – сильно вытянутый эллипс с эксцентриситетом 0,967, наклон к плоскости эклиптики – 162,5°. Ее большая полуось – 2,66795 млрд км или 17,83414 а. е.
Во время своего последнего прилета в 1986 году в перигелии она находилась в 0,587 а. е. от Солнца. В афелии расстояние до нашего светила составляло 35 а. е. На небе регулярно появляются долгопериодические кометы даже с большей яркостью, но комета Галлея является единственной короткопериодической кометой, хорошо видимой невооруженным взглядом.
Считается, что комета происходит из пояса Койпера, находящегося на расстоянии от 30 а. е. до 50 а. е. Ученые полагают, что на нынешней орбите она пребывает от 16 000 до 200 000 лет. Назвать более точный возраст сложно из-за регулярного воздействия гравитационных сил. Есть теория, что ранее комета была долгопериодичной, в этом случае ее «родина» — облако Оорта – таинственная сфера, окружающая нашу звездную систему.
Из-за значительного эксцентриситета орбиты, скорость кометы Галлея по отношению к Земле — одна из самых больших среди всех небесных тел нашей системы. Она составляет примерно 70 км/с.
Предвестница бед и катаклизмов
Каждое появление кометы Галлея вызывало нешуточный ажиотаж. Она неизменно удостаивалась ярких описаний в хрониках и исторических анналах. Наши предки просто не могли понять, откуда берется этот дерзкий нарушитель неизменного небесного порядка, поэтому не ждали от него ничего хорошего.
У разных культур появление комет вызывали сходные ассоциации. Ацтеки именовали их дымящимися звездами, китайцы – метлоподобными, множество других народов – хвостатыми или оперенными. Почти везде эти космические объекты считались вестниками неблагоприятных событий или результатом совершенных преступлений.
Также следует отметить, что природа их тел всегда занимала человечество. И здесь существовали две точки зрения. Ассирийцы и вавилоняне, скрупулёзно изучавшие созвездия неба, считали кометы огненными вихрями, возникающими в атмосфере. Древнегреческие мыслители признавали их настоящими небесными телами, правда, довольно странными и очень редкими. Великий Аристотель вообще отказал кометам в космическом статусе. Он утверждал, что это чисто атмосферный феномен, не имеющий к движению планет никакого отношения. Мол, они перемещаются, как им вздумается, а приличные небесные тела себя так не ведут. В этом случае непререкаемый авторитет Аристотеля сыграл злую шутку, на много столетий практически заблокировав изучение данного вопроса.
Конечно, существовали и другие мнения. Например, Гиппократ Хиосский не только признавал космическое происхождение комет, но и выдвигал интересные теории о периодичности их движения, а также о природе возникновения знаменитого хвоста. С Гиппократом был согласен римский философ Сенека. Он предложил простой и эффективный способ изучения этих объектов: собирать данные наблюдений об их прошлых появлениях на небосводе. Через полторы тысячи лет именно по этому пути пошел Эдмунд Галлей.
Если говорить о наиболее ранних документированных свидетельствах, то первая запись о комете Галлея датируется III веком до нашей эры. Она была сделана в китайских хрониках Ши Цзи. Затем были упоминания в греческих, вавилонских и византийских текстах. «Хвостатая звезда» попала даже в древнерусские летописи: ее появление предшествовало битве при Калке и монгольскому нашествию. В 648 году она была тщательно описана и даже зарисована в «Нюрнбергских хрониках».
Прохождение кометы Галлея вдохновило художника Джотто написать картину «Звезда Вифлеема», посвященную победе Вильгельма Завоевателя. Также она выткана на знаменитом гобелене Байе, изображающем высадку норманнов в Англии. Следует понимать, что в то время не все ученые люди считали каждое возвращение кометы прилетом нового объекта. Уильям Шекспир в пьесе «Юлий Цезарь» написал, что эти небесные тела знаменуют смерть царей. Но в целом в Средневековье интерес к ним проявляли в основном астрологи.
Научное изучение кометы Галлея началось уже в новое время. Ее исследованиями занимался итальянский астроном Паоло Тосканелли. В 1577 году знаменитый Тихо Браге окончательно опроверг «атмосферную» теорию комет, посчитав расстояние до одной из них. Оказалась, что орбита объекта находится в несколько раз дальше Луны.
В 1531 году Петер Алиан обратил внимание, что кометный хвост всегда направлен в сторону, в противоположную от Солнца, на основании чего он резонно предположил его связь с солнечным светом. Кеплер, который наблюдал комету Галлея в 1607 году, не верил в периодичность этих объектов и считал их движущимися по прямой. Большой вклад в изучение вопроса также внесли Джиролами Фракасторо, Петер Апиан, Джованни Борелли и Ян Гевелий. Однако настоящий прорыв совершил английский ученый Эдмунд Галлей.
В честь кого комета получила свое имя
В 1680 году молодой астроном Галлей пришел к выводу о периодичности движения комет в Солнечной системе. Однако он не мог точно сказать, что представляют собой их орбиты. За помощью в этом вопросе Галлей обратился к Ньютону, который немало лет посвятил изучению движения небесных тел.
Можно сказать, что во многом благодаря сотрудничеству этих двух незаурядных людей и появился знаменитый труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». Его первый тираж был напечатан на деньги Галлея. В этой работе были сформулированы законы гравитации и небесной механики. И уже на его основе была создана теория движения комет.
Используя законы Ньютона, Галлей смог составить первый каталог кометных орбит. Он пришел к выводу, что кометы 1680 и 1681 года – это на самом деле один объект до и после прохождения возле Солнца. Ученый обратил внимание на значительные совпадения путей нескольких комет, наблюдаемых в разные годы. Астроном предположил, что комета 1531 года, которую наблюдал Аппиан, 1607 года, описанная Кеплером и 1682 года – это одно и то же небесное тело с периодом обращения 75 лет. Исходя из этого Галлей высчитал сроки следующего прилета небесного тела к Земле, и получил 1758 год.
Предположения ученого блестяще подтвердились, хотя сам он и не дожил (умер в 1742 году) до этого знаменательного момента. В рождественскую ночь 1758 года комету, предсказанную Галлеем, обнаружил немецкий астроном-любитель Иоганн Георг Палич, оповестивший мир о великом открытии. Перигелия она достигал 13 марта 1759 года. Незадолго до этого замечательного события группа французских ученых во главе с астрономом Клеро уточнила параметры кометной орбиты, приняв в расчет гравитационное воздействие Сатурна и Юпитера. Именно оно привело к задержке появления объекта, которое составило 618 дней.
Успешное предсказание возвращения кометы стало первым доказательством того, что вокруг Солнца вращаются не только планеты. Данный факт еще раз подтвердил законы ньютоновской небесной механики и стал яркой демонстрацией их предсказательной силы. А в 1759 году французский астроном Лакайль назвал комету в честь первооткрывателя ее орбиты – Эдмунда Галлея.
В истории астрономии открытие Галлея имеет особое место, потому что почти полтора столетия первая предсказанная комета оставалась единственной. Только в начале 19 века Иоганну Энке удалось сделать еще один точный прогноз.
Примерно в это же время стал понятен еще один механизм, влияющий на параметры кометных орбит. Ученые выяснили, что скорость небесного тела может изменяться под действием реактивной тяги газов, которые выделяются из него под влиянием солнечного света. Благодаря чему период обращения кометы увеличивается или уменьшается.
Что было после Галлея
В последующие годы комета Галлея регулярно возвращалась к Земле с присущей ей пунктуальностью, а астрономы занимались ее изучением. И каждое новое предсказание появления «хвостатой звезды» было все более точным.
Кроме того, астрономы попытались «отмотать» время назад и показать ранние прилеты кометы Галлея, используя наблюдения, зафиксированные в исторических документах. Для этого они изучали китайские и европейские хроники. Подобными исследованиями занимались, например, Кауэлл и Кроммелин. В начале XX века им удалось довольно точно рассчитать визиты небесного тела до 1301 года. Российский астроном Вильев изучал появления объекта в период с 451 года н. э. до 622 года до н. э.
Прилет кометы Галлея в 1835 году был заурядным событием, интересным разве что для небольшого числа астрономов. Однако ее следующий визит стал по-настоящему ярким и триумфальным. В 1910 году о скором появлении «звезды смерти» трубили практически все СМИ, что вызвало в обществе настоящий психоз. Ранее ученые смогли обнаружить в ее хвосте цианиды, токсические свойства которых к тому времени были хорошо известны. Более того, ученые подсчитали, что в этот раз Земля непременно должна через неё пройти. Также был запущен слух, что комета обязательно несет какие-то неизвестные и ужасные бактерии, которые, безусловно, добьют тех, кто не умрет от цианида.
Началась паника, любовно подогреваемая журналистами. Люди боялись выходить на улицу, кончали жизнь самоубийством, большим спросом стали пользоваться специальные таблетки «от кометы» и защитные зонты. Данная истерия даже была отображена в литературе: в 1913 году Конан Дойль написал книгу с похожей историей. Она называлась «Отравленный пояс».
Для астрономов 1910 год стал настоящим праздником: за все время наблюдений они были наиболее подготовлены к встрече «небесной гостьи». Она приблизилась к Земле на минимальное расстояние – 0,15 а. е. Комету можно было наблюдать по всему земному шару и ученые всего мира пользовались этой возможностью на полную катушку. Кроме того, наука впервые получила шанс исследовать интереснейший объект с помощью спектроскопических методов, что дало дополнительные данные о ее составе. Ученые выяснили, что в состав входит водород, углерод и кислород, ряд металлов, азот и силикаты. Было сделано около 500 фотографий, получено более 100 спектрограмм.
Добытые в 1910 году данные стали серьезным подспорьем при организации изучения кометы с помощью космических аппаратов в 1986 году.
Вид кометы из космоса
После начала космической эры ученые получили в свое распоряжение новые инструменты для исследования «хвостатых звезд». В 1970 году были сделаны их первые фотографии из космоса. А в 1982 году к комете был направлен аппарат International Sun-Earth Explorer 3.
Однако настоящий прорыв в научных изысканиях случился в 1986 году, когда к комете Галлея была отправлена целая армада космических кораблей:
- «Вега-1» и «Вега-2» (СССР);
- «Джотто» (Европейское космическое агентство);
- «Сусей» и «Сакигакэ» (Япония).
Подготовка к встрече объекта началась за несколько лет до его прибытия. Возвращение кометы Галлея было замечено 16 октября 1982 года астрономами Паломарской обсерватории. Миссия советских аппаратов «Вега» состояла из двух частей. Задачей первого этапа было изучение поверхности Венеры и динамики ее атмосферы, а на втором – они должны были пролететь рядом с кометой, собирая о ней разнообразную научную информацию.
4 марта 1986 года «Вега-1» приблизилась к цели своей миссии на расстояние в 14 млн км и начала отсылать на Землю первые изображения кометного ядра. Через два дня ей удалось приблизиться к объекту на дистанцию в 8879 км. Однако во время маневров аппарат был поврежден кометными частицами, из-за чего мощность его солнечных батарей резко снизилась. 9 марта «Вега-2» сумела «подобраться» к комете на расстояние в 8045 км. Оба аппарата смогли передать на Землю около 1500 изображений, включая 70 уникальных фотографий ядра. Благодаря этому впервые были четко определены размеры небесного тела, период, направление и ориентация оси его вращения, альбедо, установлено наличие на поверхности кольцевых кратеров.
Информация, собранная советскими аппаратами, была использована для коррекции движения европейского зонда «Джотто». Благодаря этому он смог подойти к объекту на рекордное расстояние 605 км. Правда, до этого из строя была выведена камера зонда, что несколько нарушило планы экспедиции. Еще ранее к комете приближались японские аппараты «Суйсэй» и «Сакигакэ».
«Вега» считается одним из самых успешных проектов в истории мировой космонавтики. Еще можно добавить, что добиться подобного блестящего результата помогла тесная кооперация сразу нескольких стран, ранее в таких масштабах не практиковавшаяся.
Исследования после 1986 года
Изучение кометы Галлея продолжились и после ее последнего прохождения. 12 февраля 1991 на ней начался внезапный выброс вещества, который продолжался в течение нескольких месяцев. Он высвободил огромное облако пыли диаметром около 300 тыс. км.
В последний раз комету Галлея ученые наблюдали в марте 2003 года. В тот момент ее звездная величина составляла 28,2m, и она уже преодолела большую часть (4/5 расстояния) до афелия – самой удаленной точки своего пути. Наземные телескопы смогли увидеть объект на рекордном расстоянии (28,06 а. е.) и при минимальной звёздной величине. В настоящее время ученые способны наблюдать комету Галлея в любой точке её орбиты. 3 октября 2014 года она, например, находилась в созвездии Гидры на дистанции в 34 а. е. от нашего светила, что дальше Нептуна и Плутона. Скоро комета достигнет крайней точки своей орбиты. Ученые полагают, что это будет в декабре 2023 года, затем она отправится в обратный путь к Солнцу.
Когда состоятся следующие визиты
Ученые ожидают, что ближайший прилет кометы Галлея случится предположительно 28 июля 2061 года. Вероятно, он станет одним из наиболее эпичных событий в современной астрономии, ибо перигелий объекта, как и сама Земля будут располагаться по одну сторону от Солнца. Специалисты НАСА считают, что во время прилета 2061 года комету можно будет увидеть невооруженным глазом на протяжении четырех месяцев. Не вызывает сомнения, что земляне смогут насладиться потрясающим по красоте зрелищем, особенно в предрассветные и предзакатные часы.
Видимая звездная величина, то есть мера яркости ожидаемой в 2061 году кометы оценивается в -0,3. Для сравнения можно сказать, что в 1986 году это значение равнялось +2,1m. 9 сентября 2060 года она подойдет на расстояние 0,98 а. е. к Юпитеру, а в августе 2061 приблизится на дистанцию 0,0543 а. е. к Венере. После прохождения перигелия комета Галлея исчезнет с нашего небосвода и отправится в темные глубины космоса. Ее следующее появление ожидается в 2134 году: перигелий – 27 марта, а 7 мая она приблизится к Земле на 0,09 а. е. В это время ее видимая величина будет составлять примерно −2,0m.
Столетия упорных исследований не прошли даром. Сегодня мы много знаем о природе кометы Галлея, но есть вопросы, которые еще необходимо выяснить. Среди них – причины, порождающие внезапные вспышки блеска, странное поведение кометного хвоста, который может увеличиваться даже при удалении от Солнца. Существует теория о наличии собственного источника энергии, которую хотелось бы проверить. Также не совсем понятно, как происходит деление кометного ядра, что наблюдалось, например, в 1910 году. Вызывают вопросы и некоторые аспекты орбиты объекта.
Ученые считают, что комета Галлея является ровесницей нашей Солнечной системы. Поэтому ее изучение может дать ответы на многие вопросы, касающиеся зарождения Земли, других планет и их дальнейшей эволюции.
