Кометы


В феврале и марте 1744 г. в кругах ученых Петербургской академии наук царило большое оживление. В эти дни на небе наблюдалась замечательно яркая комета с громадным хвостом. С особым интересом следил за кометой, за ее перемещением среди звезд и изменением ее внешнего вида тогда еще молодой ученый М. В. Ломоносов.

Эта комета представляла исключительное зрелище: ее туманный «придаток» раскинулся почти на половину неба и состоял как бы из нескольких отдельных хвостов.

Комета Галлея.
Комета Галлея.

Долгое время люди ничего не знали о природе комет. Их появление было так внезапно и загадочно, а вид так необычен, что суеверно настроенные люди видели в них предвестников всяких бед и несчастий: войны, чумы, холеры, голода.

В XVI в. астроном Тихо Браге и за ним многие другие исследователи выяснили, что кометы находятся далеко за пределами земной атмосферы и даже гораздо дальше, чем спутник Земли — Луна; что они движутся в пространстве примерно на таком же большом расстоянии от Земли, как и планеты.

Позднее, в конце XVII в., гениальный ученый Исаак Ньютон, предположив, что кометы, как и планеты и их спутники, подчиняются закону всемирного тяготения, впервые определил путь вокруг Солнца одной из комет. Это была комета 1680 г. Оказалось, что ее путь представляет собой бесконечно вытянутую кривую — параболу. Пройдя вблизи Солнца, эта комета умчалась в межзвездное пространство, и больше ее никогда не видели.

Друг и ученик Ньютона Э. Галлей определил пути вокруг Солнца 24 комет. Этот кропотливый труд привел к интересным результатам: оказалось, что три кометы, наблюдавшиеся через промежутки времени около 76 лет, двигались по почти совпадавшим путям.

Тщательно изучив этот вопрос, Галлей с полной уверенностью заявил, что в действительности наблюдались не три разные кометы, а одна и та же. Галлей подсчитал, через какой срок эта комета будет снова видна, и предсказал ее появление на 1758 год. Его предсказание блестяще оправдалось. Так было доказано, что движение комет подчиняется тем же законам, что и движение других небесных тел. Сравнительно короткий период обращения кометы Галлея (около 76 лет) давал возможность наблюдать ее во время последовательных появлений.

Зарисовки этой кометы, сделанные в глубокой древности, показывают, что комета и тогда выглядела точно так же, как в эпоху Галлея.

Фантастическое изображение кометы 1528 г. (Из старинной книги.)
Фантастическое изображение кометы 1528 г. (Из старинной книги.)

Какие же главные особенности строения кометы? Самая яркая часть ее — это «голова».

Она похожа на сгущенное, туманное облачко, яркость которого увеличивается к середине. Здесь иногда бывает видно «ядро» головы кометы, похожее на звездочку. Из головы кометы выходит в виде слабой светящейся полосы «хвост». Изредка наблюдались кометы исключительно яркие: их блеск превосходил блеск Венеры или Юпитера.

Пока комета находится вдали от Солнца, она не имеет никакого хвоста. Хвост появляется и начинает расти по мере приближения кометы к Солнцу, причем он обычно направлен в сторону от Солнца.

Хвосты комет различаются по длине и по форме. У некоторых комет хвосты тянулись через все небо; у других они были едва заметны. Например, хвост кометы 1744 г. имел в длину 20 млн. км, а хвост кометы 1680 г. протягивался на 240 млн. км. Можно подсчитать, что если бы при таких размерах вещество хвоста кометы имело бы плотность хотя бы такую, как вода, то сила притяжения заставила бы не только планеты, но и само Солнце вращаться вокруг этой кометы. Кометы с такими хвостами были бы наиболее массивными телами солнечной системы. В действительности же головы и в особенности хвосты комет состоят из чрезвычайно разреженного вещества. Масса комет поэтому ничтожна — в миллиарды раз меньше массы Земли, и притяжение, оказываемое кометой на Солнце и планеты, настолько мало, что его даже невозможно заметить.

В мае 1910 г. Земля проходила сквозь хвост кометы Галлея. При этом в движении Земли не произошло никаких изменений.

Хвосты комет настолько прозрачны, что сквозь них хорошо видны звезды. Таким образом, хвост кометы может состоять только из частиц газа, находящегося в состоянии сильного разрежения, или из мельчайших пылинок, или из смеси газа и пыли.

Ядро кометы — твердое и плотное. Оно, видимо, состоит из смеси замороженных газов и пылинок и, по-видимому, каменных глыб. Диаметры твердых кометных ядер бывают от нескольких метров до нескольких километров. Поэтому столкновение кометного ядра с Землей не грозит последней никакой опасностью. При проникновении в земную атмосферу замороженные газы быстро испарятся, и от ядра останутся только обломки, которые не могут причинить вреда Земле. Итак, столкновение Земли с ядром кометы не страшно, да и случиться оно может крайне редко — один раз за десятки или сотни тысяч лет.

Орбиты комет с коротким периодом обращения.
Орбиты комет с коротким периодом обращения.

Кометы открывают теперь на небе каждый год, иногда даже по нескольку комет в год.

Однако многие из них можно видеть только в телескоп, и то как туманные пятнышки.

После открытия кометы ученые стараются определить, по какому пути, или, как говорят астрономы, по какой орбите, она движется. Это необходимо для того, чтобы в случае нового появления кометы можно было опознать старую, уже знакомую комету. Кроме того, зная орбиту кометы, можно заранее предсказать, когда она станет снова доступной для наблюдений.

Ученые определили орбиты и периоды обращения многих комет.

Так, в июне 1770 г. парижскими астрономами была открыта новая комета. За ней можно было следить до 2 октября 1770 г. По своему внешнему виду она ничем особенным не выделялась. Движение этой кометы стал изучать петербургский астроном А. И. Лек-сель. Его вычисления показали, что эта комета обращается вокруг Солнца в 5,5 года, т. е. в два раза скорее, чем, например, планета Юпитер.

Опыт, показывающий давление световых лучей.
Опыт, показывающий давление световых лучей.

Дальнейшие исследования лишь подтвердили правильность расчетов астронома А. И. Лекселя. Периодичность комет была окончательно доказана. После кометы Лекселя было найдено много других комет, период обращения которых вокруг Солнца был небольшим. Теперь известны уже 72 кометы, обегающие Солнце за время, меньшее, чем 30 лет. Такие кометы называют короткопериодическими, в отличие от комет, двигающихся по столь вытянутым путям, что они или совсем уйдут от Солнца, или же вновь возвратятся через много сотен и даже тысяч лет.

На рисунке показаны орбиты некоторых короткопериодических комет.

В 60-х годах XIX в. московский ученый Федор Александрович Бредихин приступил к изучению комет. Бредихин создал теорию кометных форм, объяснил особенности кометных хвостов и заложил основы современных научных представлений о кометах.

Согласно теории Бредихина, голову и хвост кометы образуют частички газа и пыли, выбрасываемые с поверхности ядра кометы. Бредихин обосновал давно высказывавшуюся мысль, что солнечные лучи являются причиной того, что эти газ и пыль потоком, как бы от взрыва, направляются из ядра сперва в сторону к Солнцу, а затем идут обратно от него под действием какой-то отталкивательной силы. Эта сила как бы затормаживает движение к Солнцу вещества комет, а затем заставляет его двигаться в обратную сторону со все большей и большей скоростью.

Так, подобно своеобразно действующему газовому фонтану, образуются туманная голова кометы и ее хвост.

Что же это за отталкивательная сила, действующая на вещество комет?

Природу этой силы выяснил другой замечательный русский ученый — Петр Николаевич Лебедев. В конце XIX в. он доказал, что свет действительно производит давление на поверхность, поставленную на пути светового потока, как это заключил из своей теории английский физик Максвелл. П. Н. Лебедев с большим мастерством производил точные физические опыты. Опытами он доказал существование давления света на твердые тела и на газы.

Давление света практически не сказывается на больших телах, поэтому мы не замечаем его действия на Земле. Но при уменьшении размеров тела оно все больше дает себя знать и в некоторых случаях может играть решающую роль. Если поперечник частички составляет приблизительно 1/1000 долю миллиметра, то давление света на нее оказывается уже значительным и будет превосходить силу притяжения.

Комета Донати.
Комета Донати.

П. Н. Лебедев высказал мысль, что отталкивательной силой Солнца, влияющей на образование хвостов комет, является именно давление солнечных лучей на поверхность частичек, составляющих кометный хвост. Хотя эти частички и подчиняются закону тяготения, но давление света на них много сильнее притяжения к Солнцу, и они как бы убегают от него.

Рассматривая зарисовку кометы 1744 г. (той самой, которую наблюдал Ломоносов), Бредихин заинтересовался тем, что у нее было много хвостов. Размышляя над причинами этого явления, он пришел к выводу, что истечение материи из ядра происходит отдельными взрывами. Каждый взрыв дает облако частиц, двигающихся с разными скоростями. Они образуют как бы поперечные полосы, впереди которых движутся частицы с большими скоростями, сзади — с меньшими. Затем идет полоса, образованная частицами следующего облака, и т. д. Эти поперечные полосы и создают картину нескольких хвостов у кометы.

Изучая процессы образования хвостов у различных комет, Бредихин сделал важное открытие. Оказалось, что хвосты комет бывают в основном трех типов: прямые, узкие, направленные прямо от Солнца (первый тип), широкие, немного искривленные и уклоняющиеся от Солнца (второй тип), и короткие, уклоненные еще больше (третий тип).

Почему получаются столь различные хвосты у комет? На этот вопрос сейчас можно ответить так: разные кометы состоят из частиц различного состава и свойств, различным образом отзывающихся на действие Солнца. На одни частицы световое давление действует сильнее, на другие слабее, поэтому у тех или иных комет частицы будут двигаться по разным путям и получатся хвосты разных форм. В последнее время выяснено, что, помимо давления света, на частички хвостов действуют и быстро движущиеся ядра атомов водорода и электроны, выбрасываемые с поверхности Солнца.

Отклонение пометных хвостов от Солнца.
Отклонение пометных хвостов от Солнца.

Ясно, что раз материал хвоста выбрасывается из ядра кометы, то хвост мы можем рассматривать как продукт разрушения кометы. Частички головы и хвоста, подгоняемые отталкивательной силой Солнца, бомбардируемые быстро двигающимися солнечными частицами, уносятся с. большой скоростью в мировое пространство. Таким образом, материал ядра, способный образовывать хвост, истощается, комета «теряет» свою массу. Это теоретическое соображение было подтверждено при изучении яркости комет.

Оказывается, кометы резко снижают свою яркость от появления к появлению и наконец совсем перестают быть видимыми.

Ф. А. Бредихин обратил внимание на то, что у некоторых комет хвосты были направлены не от Солнца, а к Солнцу. Он назвал такие хвосты аномальными и высказал мысль, что они образуются из частичек, на которые отталкивательная сила Солнца не действует. Эти частички и есть, по-видимому, те пылинки и камешки, которые образуют потоки метеорных тел, движущихся по пути тех комет, ядра которых постепенно распались на множество мельчайших частиц.

Труды Бредихина послужили основой для дальнейшего изучения комет. Сейчас наши знания о кометах стали гораздо более полными. Мы уже знаем, из чего состоят кометы и их хвосты. В этом нам помог спектральный анализ.