Два зайві небесні тіла сонячної системи. Комети. Їх відкриття та рух. Метеори та метеорні потоки

МАЛІ ТІЛА СОНЯЧНОЇ СИСТЕМИ

Вступ

Астероїди

Метеорити

Дрібні уламки

5. Пошук планет у Сонячній системі

Література

Вступ

У Сонячній системі крім великих планет та його супутників рухається безліч про малих тіл: астероїдів, комет і метеоритів. Малі тіла Сонячної системимають розміри від сотень мікронів до сотень кілометрів

Астероїди. З погляду фізики астероїди або, як їх ще називають, малі планети – це щільні та міцні тіла. За складом та властивостями їх можна умовно розділити на три групи: кам'яні, залізокам'яні та залізні. Астероїд є холодним тілом. Але він, як, наприклад, і Місяць, відбиває сонячне світло, і тому ми можемо спостерігати його як зіркоподібний об'єкт. Звідси і походить назва "астероїд", що в перекладі з грецької означає зіркоподібний. Так як астероїди рухаються навколо Сонця, то їхнє становище по відношенню до зірок постійно і досить швидко змінюється. За цією первісною ознакою спостерігачі та відкривають астероїди

Комети, або "хвостаті зірки", відомі з давніх-давен. Комета – це складне фізичне явище, яке коротко можна описати за допомогою кількох понять. Ядро комети є сумішшю або, як кажуть, конгломерат пилових частинок, водяного льоду і замерзлих газів. Відношення вмісту пилу до газу кометних ядрах становить приблизно 1:3. Розміри кометних ядер, за оцінкою вчених, укладено в інтервалі від 1 до 100 км. Зараз дискутується можливість існування як дрібніших, і більших ядер. Відомі короткоперіодичні комети мають ядра розміром від 2 до 10 км. Розмір же ядра найяскравішої комети Хейлі-Боппа, яка спостерігалася неозброєним оком у 1996 році, оцінюється у 40 км.

Метеороїд – це невелике тіло, що обертається навколо Сонця. Метеор – це метеороїд, що влетів у повітря планети і розжарився до блиску. А якщо його залишок упав на поверхню планети, його називають метеоритом. Метеорит вважають «упавшим», якщо є очевидці, які спостерігали його політ у атмосфері; інакше його називають «знайденим»

Розглянемо вище вказані малі тіла Сонячної системи докладніше

Астероїди

Ці космічні тіла відрізняються від планет насамперед своїми розмірами. Так, найбільша з невеликих планет Церера має в діаметрі 995 км; наступна за нею (за розміром): Палада-560 км, Хігея - 380 км, Психея - 240 км і т.д. Для порівняння можна зазначити, що найменша з великих планет Меркурій має діаметр 4878 км, тобто. в 5 разів перевищує - діаметр Церери, а маси їх різняться в багато сотень разів.

Загальна кількість малих планет, доступних спостереженню сучасними телескопами, визначається 40 тис., але їх загальна маса в 1 тис. разів менше маси Землі

Рух малих планет навколо Сонця відбувається за еліптичними орбітами, але більш витягнутими (середній ексцентриситет орбіт у них 0,51), ніж у великих планет, а нахил орбітальних площин до еклептики у них більше, ніж у великих планет (середній кут 9,54) . Основна маса планет обертається навколо Сонця між орбітами Марса та Юпітера, утворюючи так званий пояс астероїдів. Але є й малі планети, орбіти яких розташовуються ближче до Сонця, ніж орбіта Меркурія. Найдальші ж знаходяться за Юпітером і навіть за Сатурном

Дослідники космосу висловлюють різні міркування причини великої концентрації астероїдів у порівняно вузькому просторі міжпланетного середовища між орбітами Марса і Юпітера. Однією з найпоширеніших гіпотез походження тіл пояса астероїдів є уявлення про руйнування міфічної планети Фаетон. Сама собою ідея існування планети підтримується багатьма вченими і навіть начебто підкріплена математичними розрахунками. Проте незрозумілою залишається причина руйнування планети. Висловлюються різні припущення. Одні дослідники вважають, що руйнація Фаетона сталося внаслідок його зіткнення з якимось великим тілом. На думку інших, причинами розпаду планети були вибухові в її надрах. В даний час проблема походження тіл астероїдного поясу входить складовим елементом у широку програму досліджень космосу на міжнародному та національних рівнях

Серед малих планет виділяється своєрідна група тіл, орбіти яких перетинаються з орбітою Землі, а отже є потенційна можливість їх зіткнення з нею. Планети цієї групи стали називати Apollo object або просто Apollo (Wetherill, 1979). Вперше про існування Apollo стало відомо з 30-х років цього століття. У 1932 р. було виявлено астероїд. Його назвали

Apollo 1932 HA. Але він не порушив особливого інтересу, хоча його назва стала номінальною для всіх астероїдів, що перетинають земну орбіту

У 1937 р. космічне тіло з діаметром приблизно 1 км пройшло 800 тис. км від Землі й у дворазовому відстані від Місяця. Згодом його назвали Гермесом. На сьогоднішній день виявлено 31 таке тіло, і кожне з них отримало власну назву. Розміри їх діаметрів коливаються від 1 до 8 км, а нахил орбітальних площин до екліптики перебувати не більше від 1 до 68. П'ять їх обертаються на орбітах між Землею і Марсом, інші ж 26 - між Марсом і Юпітером (W etherill, 1979). Вважають, що з 40 тис. малих планет астероїдного пояса з діаметром більше 1 км може виявитися кілька сотень Apollo. Тому зіткнення таких небесних тіл із Землею цілком імовірне, але через дуже тривалі інтервали часу

Можна вважати, що раз на сторіччя одне з таких космічних тіл може пройти поблизу Землі на відстані менше, ніж від нас до Місяця, а раз за 250 тис. років може статися його зіткнення з нашою планетою. Удар такого тіла виділяє енергію рівну 10 тис. водневих бомб кожна потужністю 10 Мт. У цьому повинен утворитися кратер діаметром близько 20 км. Але такі випадки рідкісні та за людську історію невідомі. Гермес відноситься до астероїдів III класу, адже багато таких тіл і більшого розміру - ІІ та І класів. Удар при зіткненні їх із Землею, природно, буде ще більшим

Коли в 1781 р. був відкритий Уран його середня геліоцентричка відстань виявилася відповідним правилу Тіціуса - Боде, то з 1789 р. почалися пошуки планети, яка, згідно з цим правилом, повинна була знаходитися між орбітами Марса і Юпітера, на середній відстані а = 2, 8 а.е. від сонця. Але розрізнені огляди неба не приносили успіху, і тому 21 вересня 1800 кілька німецьких астрономів на чолі з К. Цахом вирішили організувати колективні пошуки. Вони розділили весь пошук зодіакальних сузір'їв на 24 ділянки та розподілили між собою для ретельних досліджень. Але не встигли вони надійти до систематичних розшуків, як 1 січня 1871р. італійський астроном Дж. Піації (1746-1826) виявив у телескоп зіркоподібний об'єкт сьомої зіркової величини, що повільно переміщався сузір'ям Тельця. Обчислена К. Гаусом (1777-1855) орбіта об'єкта виявилася планетою, що відповідає правилу Тиціуса-Боде: велика піввісь а = 2,77 а. та ексцентриситет е=0,080. Знов відкриту планету Піації назвав Церерою

28 березня 1802 р. німецький лікар і астроном В.Ольберс (1758-1840) виявив поблизу Церери ще одну планету (8 m), названу Палладою (а=2,77 а.е., е=0,235). 2-го вересня 1804 р. було відкрито третю планету, Юнона (а=2,67 а.е.), а 29 березня 1807 р.- 4, Веста (а=2,36 а.е.). Всі знову відкриті планети мали зіркоподібний вигляд, без дисків, що свідчить про їх невеликі геометричні розміри. Тому ці небесні тіла назвали малими планетами або, на пропозицію В. Гершеля, астероїдами (від грец. «астр» - зоряний і «єїдос»-вид)

До 1891 візуальними методами було виявлено близько 320 астероїдів. Наприкінці 1891 р. німецький астроном М. Вольф (1863-1932) запропонував фотографічний метод пошуків: при 2-3-годинній експозиції зображення зірок на фотопластинці виходили точкові, а слід астероїда, що рухається, - у вигляді невеликої рисочки. Фотографічні методи призвели до різкого збільшення відкриттів астероїдів. Особливо інтенсивні дослідження малих планет проводяться зараз в Інституті теоретичної астрономії (Петербурзі) і в Кримській астрофізичній обсерваторії Академії наук Росії

Астероїдам, орбіти яких надійно визначені, надають ім'я та порядковий номер. Таких астероїдів зараз відомо понад 3500, але у Сонячній системі значно більше

Із зазначеної кількості відомих астероїдів астрономи Кримської астрофізичної обсерваторії відкрили близько 550, увічнивши в їх назвах імена відомих людей

Переважна більшість (до 98%) відомих астероїдів рухається між орбітами Марса та Юпітера, на середніх відстанях від Сонця від 2,06 до 4,30 а. (Періоди звернення від 2,96 до 8,92 року). Однак зустрічаються астероїди з унікальними орбітами і їм присвоюються чоловічі імена, як правило, із грецької міфології

Перші три з цих малих планет рухаються поза поясом астероїдів, причому в перигелії Ікар підходить до Сонця вдвічі ближче Меркурія, а Гермес і Адоніс - ближче Венери. Вони можуть зближуватися із Землею з відривом від 6 млн. до 23 млн. км, а Гермес в 1937 р. пройшов поблизу Землі навіть з відривом 580 тис. км, тобто. всього лише в півтора рази далі за Місяць. Гідальго в афелії йде за орбіту Сатурна. Але Гідальго не є винятком. За останні рокивідкрито близько 10 астероїдів, перигелії яких розташовані поблизу орбіт планет земної групи, а афелії - поблизу орбіт Юпітера. Такі орбіти характерні для комет сімейства Юпітера і вказують на можливе загальне походження астероїдів та комет

У 1977 р. виявлено унікальний астероїд, який обертається навколо Сонця по орбіті з великою піввіссю а = 13,70 а. і ексцентриситетом е=0,38, отже у перигелії (q=8,49 а.е.) він заходить всередину орбіти Сатурна, а афелії (Q =18,91 а.е.) наближається до орбіті Урана. Він названий Хірон. Очевидно, існують й інші подібні далекі астероїди, пошуки яких продовжуються

Блиск більшості відомих астероїдів під час протистояння від 7 m до 16 m, але є й слабкіші об'єкти. Найяскравішим (до 6 м) є Веста

Поперечники астероїдів обчислюються за їх блиском і відбивною здатністю у візуальних та інфрачервоних променях. Виявилося, що великих астероїдів не так багато. Найбільші - це Церера (діаметр 1000 км), Паллада (610 км), Веста (540 км) та Гігія (450 км). Тільки у 14 астероїдів діаметри понад 250 км, а в інших менше, аж до 0,7 км. У тіл таких малих розмірів не може бути сфероїдальної форми, і всі астероїди (крім, можливо, найбільших) являють собою безформні брили

Маси астероїдів дуже різні: найбільшої, близької до 1,5 . 10 21 кг (тобто в 4 тис. разів менше маси землі), має Церера. Сумарна маса всіх астероїдів вбирається у 0,001 маси Землі. Звичайно, всі ці небесні тіла не мають атмосфери. У багатьох астероїдів щодо регулярної зміни їх блиску виявлено осьове обертання.

Зокрема, період обертання Церери дорівнює 9,1 год, а Палади – 7,9 год.

Найшвидше обертається Ікар, за 2 год 16 м

Вивчення відбивної здатності багатьох астероїдів дозволило об'єднати їх у три основні групи: темні, світлі та металеві. Поверхня темних астероїдів відображає лише до 5% падаючого на неї сонячного світла і складається з речовин, подібними до чорних базальтових і вуглистих пород. Ці астероїди часто називають кутистими. Світлі астероїди відбивають від 10% до 25% сонячного світла, що ріднить їхню поверхню з кремнієвими сполуками - це кам'яні астероїди. Металеві астероїди (їх абсолютна меншість) теж світлі, але за своїми відбивними властивостями їхня поверхня схожа на залізонікелеві сплави. Такий підрозділ астероїдів підтверджується і хімічним складом метеоритів, що випадають на Землю. Незначна кількість вивчених астероїдів не відноситься до жодної з трьох основних груп

Показово, що у спектрах вуглистих астероїдів виявлено смугу поглинання води (l = 3мкм). Зокрема, поверхня астероїда Церери складається з мінералів, схожих на земні глини, що містять близько 10% води.

При невеликих розмірах і масах астероїдів тиск у їхніх надрах невеликий: навіть у найбільших астероїдів він не перевищує 7 10 5

8 10 5 Гпа (700 - 800 атм) і може викликати розігріву їх твердих холодних надр. Лише поверхню астероїдів дуже слабо нагрівається далеким від них Сонцем, але ця незначна енергія випромінюється в міжпланетний простір. Обчислена за законами фізики температура поверхні переважної більшості астероїдів виявилася близькою до 150 - 170 К (-120...-100°С)

І лише у небагатьох астероїдів, які проходять поблизу Сонця, поверхня в такі періоди сильно нагрівається. Так, температура поверхні Ікара підвищується майже до 1000 К (+730 ° С), а при віддаленні від Сонця знову різко знижується

Орбіти інших астероїдів схильні до значних обурень від гравітаційного впливу великих планет, головним чином Юпітера. Особливо сильні обурення відчувають невеликі астероїди, що призводить до зіткнень цих тіл і їх подрібнення на шпильки найрізноманітніших розмірів -б від сотень метрів у поперечнику до порошинок

В даний час фізична природа астероїдів вивчається, тому що по ній можна простежити еволюцію (розвиток) речовини, з якої сформувалася Сонячна система

Метеорити

У навколоземному космічному просторі рухаються різні метеороїди (космічні уламки великих астероїдів і комет). Їхні швидкості лежать у діапазоні від 11 до 72 км/с. Часто буває так, що шляхи їхнього руху перетинаються з орбітою Землі і вони залітають у її атмосферу

Метеорити – кам'яні чи залізні тіла, що падають на Землю з міжпланетного простору. Падіння метеоритів на Землю супроводжується звуковим, світловим та механічним явищем. По небу проноситься яскрава вогненна куля звана болідом, що супроводжується хвостом і іскрами, що розлітаються. Після того як болід зникає, через кілька секунд лунають схожі на вибухи удари, які називаються ударними хвилями, які іноді викликають значний струс ґрунту та будівель.

Явлення вторгнення космічних тіл в атмосферу мають три основні стадії:

1. Політ у розрідженій атмосфері (до висот близько 80 км), де взаємодія молекул повітря має карпускулярний характер. Частинки повітря стикаються з тілом, прилипають до нього або відбиваються і передають йому частину своєї енергії. Тіло нагрівається від безперервного бомбардування молекулами повітря, але не зазнає помітного опору, і його швидкість залишається майже незмінною. На цій стадії, однак, зовнішня частина космічного тіла нагрівається до тисячі градусів та вище. Тут характерним параметром завдання є відношення довжини вільного пробігу до розміру тіла L, яке називається числом Кнудсена Kn. В аеродинаміці прийнято враховувати молекулярний підхід до опору повітря за K n >0.1

2. Політ в атмосфері в режимі безперервного обтікання тіла потоком повітря, тобто коли повітря вважається суцільним середовищем, і атомно-молекулярний характер його складу явно не враховується. На цій стадії перед тілом виникає головна ударна хвиля, за якою різко підвищується тиск та температура. Саме тіло нагрівається за рахунок конвективної теплопередачі, а також за рахунок радіаційного нагрівання. Температура може досягати кілька десятків тисяч градусів, а тиск до сотень атмосфер. При різкому гальмуванні виникають значні навантаження. Виникають деформації тіл, оплавлення та випаровування їх поверхонь, винесення маси повітряним потоком, що набігає (абляція)

3. При наближенні до Землі щільність повітря зростає, опір тіла збільшується, і його або практично зупиняється будь-якої висоті, або продовжує шлях до прямого зіткнення із Землею. У цьому часто великі тіла поділяються кілька частин, кожна з яких падає окремо Землю. При сильному гальмуванні космічної маси над Землею ударні хвилі, що супроводжують його, продовжують свій рух до поверхні Землі, відбиваються від неї і роблять обурення нижніх шарів атмосфери, а так само земної поверхні

Процес падіння кожного метеороїду індивідуальний. Немає можливості у короткому оповіданніописати усі можливі особливості цього процесу.

"Знайдених" метеоритів значно більше, ніж "упалих". Часто їх знаходять туристи чи селяни, які працюють у полі. Оскільки метеорити мають темний колір і легко помітні на снігу, прекрасним місцем для їхнього пошуку є крижані поля Антарктики, де вже знайдені тисячі метеоритів. Вперше метеорит в Антарктиці виявила у 1969 році група японських геологів, які вивчали льодовики. Вони знайшли 9 фрагментів, що лежали поряд, але відносяться до чотирьох різним типамметеоритів. Виявилося, що метеорити, що впали на лід у різних місцях, збираються там, де льодовикові поля, що рухаються зі швидкістю кілька метрів на рік, зупиняються, упираючись у гірські хребти. Вітер руйнує і висушує верхні шари льоду (відбувається його сухе сублімація - абляція), і метеорити концентруються на поверхні льодовика. Такі льоди мають голубуватий колір і легко помітні з повітря, чим і користуються вчені при вивченні місць, перспективних для збирання метеоритів.

Важливе падіння метеорита відбулося в 1969 році в Чіуауа (Мексика). Перший з безлічі великих уламків був знайдений поблизу будинку в селі Пуебліто де Альєнде, і, за традицією, всі знайдені фрагменти цього метеорита були об'єднані під ім'ям Альєнде. Падіння метеорита Альєнде співпало з початком місячної програми «Аполлон» і дало вченим можливість відпрацювати методи аналізу позаземних зразків. В останні роки встановлено, що деякі метеорити, що містять білі уламки, впроваджені в темнішу материнську породу, є місячними фрагментами.

Метеорит Альєнде належить до хондритів – важливої ​​підгрупи кам'яних метеоритів. Їх називають так, тому що вони містять хондри (від грец. chondros, зернятко) - найдавніші сферичні частинки, що сконденсувалися в протопланетній туманності і потім увійшли до складу пізніших порід. Подібні метеорити дозволяють оцінювати вік Сонячної системи та її вихідний склад. Багаті кальцієм і алюмінієм включення метеорита Альєнде, першими сконденсовані через свою високу температуру кипіння, мають виміряний за радіоактивним розпадом вік 4,559 0,004 млрд. років. Це найточніша оцінка віку Сонячної системи. До того ж усі метеорити несуть у собі «історичні записи», спричинені тривалим впливом на них галактичних космічних променів, сонячного випромінювання та сонячного вітру. Вивчивши пошкодження, завдані космічними променями, можна сказати, як довго метеорит перебував на орбіті до того, як потрапив під захист земної атмосфери.

Прямий зв'язок між метеоритами та Сонцем випливає з того факту, що елементний склад найстаріших метеоритів – хондритів – точно повторює склад сонячної фотосфери. Єдині елементи, зміст яких відрізняється, - це летючі, такі, як водень і гелій, що рясно випаровувалися з метеоритів у ході їх остигання, а також літій, який частково «згорів» на Сонці в ядерних реакціях. Поняття «сонячний склад» та «хондритний склад» використовують як рівнозначні при описі згаданого вище «рецепту сонячної речовини». Кам'яні метеорити, склад яких відрізняється від сонячного, називають ахондрітом.

Дрібні уламки.

Навколосонячний простір заповнений дрібними частинками, джерелами яких служать ядра комет, що руйнуються, і зіткнення тіл, в основному, в поясі астероїдів. Найдрібніші частинки поступово наближаються до Сонця в результаті ефекту Пойнтінга – Робертсона (він полягає в тому, що тиск сонячного світла на частинку, що рухається, спрямований не точно по лінії Сонце – частка, а в результаті аберації світла відхилено назад і тому гальмує рух частинки). Падіння дрібних частинок на Сонце компенсується їх постійним відтворенням, так що в площині екліптики завжди існує скупчення пилу, що розсіює сонячні промені. У темніші ночі воно помітне у вигляді зодіакального світла, що тягнеться широкою смугою вздовж екліптики на заході після заходу Сонця і на сході перед його сходом. Поблизу Сонця зодіакальне світло перетворюється на хибну корону ( F-корона, від false - хибний), яка видна тільки при повному затемненні. Зі зростанням кутової відстані від Сонця яскравість зодіакального світла швидко падає, але в антисонячній точці екліптики вона знову посилюється, утворюючи протисвіт; це викликано тим, що дрібні пилові частки інтенсивно відбивають світло.

Іноді метеороїди потрапляють у повітря Землі. Швидкість їх руху така велика (в середньому 40 км/с), що майже всі вони, крім найдрібніших і найбільших, згоряють на висоті близько 110 км, залишаючи довгі хвости, що світяться - метеори, або падаючі зірки. Багато метеороїдів пов'язані з орбітами окремих комет, тому метеори спостерігаються частіше, коли Земля у певний час року проходить поблизу таких орбіт. Наприклад, щорічно в районі 12 серпня спостерігається безліч метеорів, оскільки Земля перетинає потік Персеїди, пов'язаний з частинками, втраченими кометою 1862 р. III. Інший потік – Оріоніди – в районі 20 жовтня пов'язаний із пилом від комети Галлея

Частинки розміром менше 30 мкм можуть загальмуватися в атмосфері та впасти на землю, не згорівши; такі мікрометеорити збирають для лабораторного аналізу. Якщо частинки розміром кілька сантиметрів і більше складаються з досить щільного речовини, всі вони також не згорають повністю і випадають поверхню Землі як метеоритів. Понад 90% їх кам'яні; відрізнити їхню відмінність від земних порід може лише фахівець. 10% метеоритів, що залишилися, залізні (насправді вони складаються зі сплаву заліза і нікелю)

Метеорити вважаються осколками астероїдів. Залізні метеорити колись були у складі ядер цих тіл, зруйнованих суударениями. Можливо, деякі пухкі та багаті на леткі речовини метеорити походять від комет, але це малоймовірно; швидше за все, великі частинки комет згоряють у атмосфері, а зберігаються лише дрібні. Враховуючи, як важко досягти Землі кометам та астероїдам, ясно, наскільки корисним є вивчення метеоритів, які самостійно «прибули» на нашу планету з глибин Сонячної системи.

Комети

Комети є найефективнішими небесними тілами у Сонячній системі. Комети - це своєрідні космічні айсберги, що складаються із заморожених газів, складного хімічного складу, водяного льоду та тугоплавкої мінеральної речовини у вигляді пилу та більших фрагментів.

Хоча комети подібно до астероїдів рухаються навколо Сонця по конічних кривих, зовні вони разюче відрізняються від астероїдів. Якщо астероїди світять відбитим сонячним світлом і в полі зору телескопа нагадують слабкі зірочки, що повільно рухаються, то комети інтенсивно розсіюють сонячне світло в деяких найбільш характерних для комет ділянках спектру, і тому багато комет видно неозброєним оком, хоча діаметри їх ядер рідко перевищують 1 - 5

Комети цікавлять багатьох вчених: астрономів, фізиків, хіміків, біологів, газодинаміків, істориків та ін. І це природно. Адже комети підказали вченим, що у міжпланетному просторі дме сонячний вітер; Можливо, комети є "винуватцями" виникнення життя на Землі, тому що могли занести в атмосферу Землі складні органічні сполуки. Крім того, комети, мабуть, несуть у собі цінну інформацію про початкові стадії протопланетної хмари, з якої утворилися також Сонце та планети

При першому знайомстві з яскравою кометою може здатися, що хвіст – найголовніша частина комети. Але якщо в етимології слова "комета" хвіст став головною причиною для подібного найменування, то з фізичного погляду хвіст є вторинним утворенням, що розвинулося з досить крихітного ядра, найголовнішої частини комети як фізичного об'єкта. Ядра комет - причина решти комплексу кометних явищ, які досі все ще не доступні телескопічним спостереженням, оскільки вони вуалюються навколишньої матерії, що світиться, безперервно витікає з ядер. Застосовуючи великі збільшення, можна зазирнути в більш глибокі шари газо-пилової оболонки, що світиться навколо ядра, але і те, що залишається, буде за своїми розмірами все ще значно перевищувати справжні розміри ядра. Центральне згущення, яке видно в дифузній атмосфері комети візуально і на фотографіях, називається фотометричним ядром. Вважається, що у центрі його знаходиться власне ядро ​​комети, тобто. розташовується центр мас комети

Туманна атмосфера, що оточує фотометричне ядро ​​і поступово сходить нанівець, зливаючись із фоном неба, називається комою. Кома разом із ядром складають голову комети. Вдалині від Сонця голова виглядає симетричною, але з наближенням до Сонця вона поступово стає овальною, потім голова подовжується ще сильніше, і в протилежному від Сонця стороні з неї розвивається хвіст

Отже, ядро ​​– найголовніша частина комети. Проте, досі немає одностайної думки, що вона є насправді. Ще за часів Бесселя і Лапласа існувало уявлення про ядру комети як про тверде тіло, що складається з речовин типу льоду або снігу, що легко випаровуються, швидко переходять у газову фазу під дією сонячного тепла. Ця крижана класична модель кометного ядра була суттєво доповнена та розроблена останнім часом. Найбільшим визнанням серед дослідників комет користується розроблена Уіплом модель ядра - конгломерату з тугоплавких кам'янистих частинок та замороженої летючої компоненти (СН4, СО2, Н2О та ін.). У такому ядрі крижані шари із заморожених газів чергуються із пиловими шарами. У міру прогрівання сонячним теплом гази типу "сухого льоду", що випаровується, прориваються назовні, захоплюючи за собою хмари пилу. Це дозволяє, наприклад, пояснити утворення газових та пилових хвостів у комет, а також здатність невеликих ядер комет до активного газовиділення.

Голови комет під час руху комет по орбіті набувають різноманітних форм. Вдалині від СОНЦЯ голови комет круглі, що пояснюється слабким впливом сонячних випромінювань на частинки голови, і її обриси визначаються ізотропним розширенням кометного газу міжпланетний простір. Це безхвості комети, зовнішньому виглядунагадують кульові зоряні скупчення. Наближаючись до Сонця, голова комети набуває форми параболи або ланцюгової лінії. Параболічна форма голови пояснюється "фонтанним" механізмом. Утворення голів у формі ланцюгової лінії пов'язане з плазмовою природою кометної атмосфери та впливом на неї сонячного вітру і з переносимим ним магнітним полем

Іноді голова комети настільки мала, що хвіст комети здається, що виходить безпосередньо з ядра. Окрім зміни обрисів у головах комет то з'являються, то зникають різні структурні утворення: галси, оболонки, промені, виливи з ядра тощо.

Великі комети з хвостами, що далеко простягалися по небу, спостерігалися з найдавніших часів. Колись передбачалося, що комети належать до атмосферних явищ. Це помилка спростував Браге, який виявив, що комета 1577 займала однакове положення серед зірок при спостереженнях з різних пунктів, і, отже, віддалено від нас далі, ніж Місяць

Рух комет по небу пояснив вперше Галлей (1705 р.), який знайшов, що орбіти близькі до параболам. Він визначив орбіти 24 яскравих комет, причому виявилося, що комети 1531 та 1682 р.р. мають дуже схожі орбіти. Звідси Галлей зробив висновок, що ця та сама комета, яка рухається навколо Сонця по дуже витягнутому еліпсу з періодом близько 76 років. Галлей передбачив, що в 1758 вона повинна з'явитися знову і в грудні 1758 вона дійсно була виявлена. Сам Галлей не дожив до цього часу і не міг побачити, як блискуче підтвердилося його пророцтво. Ця комета (одна з найяскравіших) була названа кометою Галлея

Комети позначаються на прізвища осіб, які їх відкрили. Крім того, знову відкритій кометі присвоюється попереднє позначення за роком відкриття з додаванням літери, що вказує послідовність проходження комети через перигелій даному році

Лише невелика частина комет, що спостерігаються щорічно, належить до періодичних, тобто. відомих за своїми колишніми появами. Більшість комет рухається дуже витягнутими еліпсами, майже параболами. Періоди звернення їх точно не відомі, але є підстави вважати, що вони досягають багатьох мільйонів років. Такі комети віддаляються від Сонця на відстані, які можна порівняти з міжзоряними. Площини їх майже параболічних орбіт не концентруються до площини екліптики та розподілені у просторі випадковим чином. Прямий напрямок руху зустрічається так само часто, як і зворотний

Періодичні комети рухаються по менш витягнутих еліптичних орбіт і мають зовсім інші характеристики. З 40 комет, що спостерігалися більш ніж 1 раз, 35 мають орбіти, нахилені менше, ніж на 45^ до площини екліптики. Тільки комета Галлея має орбіту з нахилом, більшим за 90^ і, отже, рухається у зворотному напрямку. Серед короткоперіодичних (тобто мають періоди 3 - 10 років) комет виділяється "родина Юпітера" велика група комет, афелії яких віддалені від Сонця на таку ж відстань, як орбіта Юпітера. Передбачається, що "сімейство Юпітера" утворилося в результаті захоплення планетою комет, які рухалися раніше більш витягнутими орбітами. Залежно від взаємного розташуванняЮпітера та комети ексцентриситет кометної орбіти може як зростати, так і зменшуватися. У першому випадку відбувається збільшення періоду або навіть перехід на гіперболічну орбіту та втрата комети Сонячною системою, у другому – зменшення періоду

Орбіти періодичних комет схильні до дуже помітних змін. Іноді комета проходить поблизу Землі кілька разів, а потім тяжінням планет-гігантів відкидається більш віддалену орбіту і стає ненаблюденной. В інших випадках, навпаки, комета, яка раніше ніколи не спостерігалася, стає видимою через те, що вона пройшла поблизу Юпітера або Сатурна і різко змінила орбіту. Крім подібних різких змін, відомих лише обмеженої кількості об'єктів, орбіти всіх комет зазнають поступових змін

Зміни орбіт не є єдиною можливою причиноюзникнення комет. Достовірно встановлено, що комети швидко руйнуються. Яскравість короткоперіодичних комет слабшає згодом, а деяких випадках процес руйнації спостерігався майже безпосередньо. Класичним прикладом є комета Біелі. Вона була відкрита в 1772 і спостерігалася в 1813, 1826 і 1832. р.р. У 1845 року розміри комети виявилися збільшеними, а січні 1846г. спостерігачі з подивом виявили дві дуже близькі комети замість однієї. Були обчислені відносні рухи обох комет, і виявилося, що комета Біелі розділилася на ще два роки тому, але спочатку компоненти проектувалися один на інший, і поділ був помічений не відразу. Комета Біелі спостерігалася ще один раз, причому один компонент набагато слабший за інший, і більше її знайти не вдалося. Натомість неодноразово спостерігався метеорний потік, орбіта якого співпадала з орбітою комети Біелі.

При вирішенні питання походження комет не можна уникнути знання хімічного складу речовини, у тому числі складено кометне ядро. Здавалося б, що може бути простішим? Потрібно сфотографувати більше спектрів комет, розшифрувати їх - і хімічний склад кометних ядер нам відразу ж стане відомим. Проте, справа не така проста, як здається на перший погляд. Спектр фотометричного ядра може бути просто відбитим сонячним чи емісійним молекулярним спектром. Відбитий сонячний спектр є безперервним і нічого не повідомляє про хімічний склад тієї області, від якої він відбився – ядра або пилової атмосфери, що оточує ядро. Емісійний газовий спектр несе інформацію про хімічний склад газової атмосфери, навколишнього ядро, і теж нічого не говорить нам про хімічний склад поверхневого шару ядра, так як випромінюють у видимій області молекули, такі як С2, С N, С H, М H, ВІН і ін, є вторинними, дочірніми молекулами - "уламками" складніших молекул або молекулярних комплексів, у тому числі складається кометне ядро. Ці складні батьківські молекули, випаровуючись в навколоядерний простір, швидко зазнають руйнівної дії сонячного вітру і фотонів або розпадаються або дисоціюються більш прості молекули, емісійні спектри яких і вдається спостерігати від комет. Самі батьківські молекули дають безперервний спектр.

Першим спостерігав та описав спектр голови комети італієць Донаті. На тлі слабкого безперервного спектру комети 1864 він побачив три широкі смуги, що світяться: блакитного, зеленого і жовтого кольору. Як виявилося, цей збіг належав молекулам вуглецю С2, що вдосталь опинився в кометній атмосфері. Ці емісійні смуги молекул С2 отримали назву смуг Свана, на ім'я вченого, який займався дослідженням спектра вуглецю. Перша щілинна спектрограма голови Великої Комети 1881 була отримана англійцем Хеггінсом, який виявив у спектрі випромінювання хімічно активного радикалу ціану С N

Вдалині від Сонця, на відстані 11 а.е., комета, що наближається, виглядає невеликою туманною цяткою, часом з ознаками починається утворення хвоста. Спектр, отриманий від комети, що знаходиться на такій відстані, і аж до відстані 3-4 а.о. є безперервним, т.к. на таких великих відстанях емісійний спектр не порушується через слабке фотонне та корпускулярне сонячне випромінювання.

Цей спектр утворюється в результаті відбиття сонячного світла від пилових частинок або в результаті розсіювання на багатоатомних молекулах або молекулярних комплексах. На відстані близько 3 а. від Сонця, тобто. коли кометне ядро ​​перетинає пояс астероїдів, у спектрі з'являється перша емісійна смуга молекули ціана, яка спостерігається майже у всій голові комети. На відстані 2 а. збуджуються вже випромінювання тритомних молекул С3 і N Н3, які спостерігаються в більш обмеженій ділянці голови комети поблизу ядра, ніж всі випромінювання, що посилюються З N . На відстані 1,8 а. з'являються випромінювання вуглецю - смуги Свана, які відразу стають помітними у всій голові комети: і поблизу ядра, і біля меж видимої голови

Механізм світіння кометних молекул було розшифровано ще 1911г. К.Шварцшильдом та Е.Кроном, які, вивчаючи емісійні спектри комети Галлея (1910), дійшли висновку, що молекули кометних атмосфер резонансно перевипромінюють сонячне світло. Це світіння аналогічно резонансному світінню парів натрію у відомих дослідах Ауда, який перший помітив, що при осіщенні світлом, що має частоту жовтого дублету натрію, пари натрію самі починають світитися на тій же частоті характерним жовтим світлом. Це механізм резонансної флуоресценції, що є частим випадком більш загального механізму люмінесценції. Всі знають світіння люмінесцентних ламп над вітринами магазинів, в лампах денного світла тощо. Аналогічний механізм змушує світитися та гази в кометах.

Для пояснення світіння зеленої та червоної кисневих ліній (аналогічні лінії спостерігаються й у спектрах полярних сяйв) залучалися різні механізми: електронний удар, дисоціативна рекомбінація та фотодиссаціація. Електронний удар, однак, не може пояснити більш високу інтенсивність зеленої лінії в деяких кометах порівняно з червоною. Тому більше переваги надається механізму фотодисоціації, на користь якого говорить розподіл яскравості в голові комети. Проте це питання ще остаточно не вирішено і пошуки істинного механізму світіння атомів у кометах продовжуються. До цих пір залишається невирішеним питання про батьківські, первинні молекули, з яких складається кометне ядро, а це питання дуже важливе, оскільки саме хімізм ядер визначає надзвичайно високу активність комет, здатних з дуже малих за розмірами ядер розвивати гігантські атмосфери і хвости, що перевершують своїм розмірам усі відомі тілау Сонячній системі

5. Пошук планет у Сонячній системі.

Не раз висловлювалися припущення про можливість існування планети, ближчої до Сонця, ніж Меркурій. Левер'є (1811-1877), що передбачив відкриття Нептуна, досліджував аномалії в русі перигелія орбіти Меркурія і на основі цього передбачив існування всередині його орбіти нової невідомої планети. Незабаром з'явилося повідомлення про її спостереження та планету навіть надали ім'я – Вулкан. Але відкриття не підтвердилося

У 1977 році американський астроном Коуел відкрив дуже слабкий об'єкт, який охрестили «десятою планетою». Але для планети об'єкт виявився замалим (близько 200 км). Його назвали Хіроном і віднесли до астероїдів, серед яких він був тоді найдальшим: афелій його орбіти видалено на 18,9 а. і майже стосується орбіти Урана, а перигелій лежить відразу за орбітою Сатурна на відстані 8,5 а. від сонця. При нахилі орбіти всього 7 він справді може близько підходити до Сатурна та Урану. Обчислення показують, що така орбіта нестійка: Хірон або зіткнеться з планетою, або буде викинуто із Сонячної системи

Іноді публікуються теоретичні прогнози існування великих планетза орбітою Плутона, але досі вони не підтверджувалися. Аналіз кометних орбіт показує, що з відстані 75 а.е. планет більше за Землю за Плутоном немає. Проте цілком можливе існування у цій галузі великої кількостімалих планет, виявити які не просто. Існування цього скупчення занептунових тіл підозрювалося вже давно і навіть отримало назву - пояс Койпера, на ім'я відомого американського дослідника планет. Проте виявити перші об'єкти в ньому вдалося лише нещодавно. У 1992-1994 було відкрито 17 малих планет за орбітою Нептуна. З них 8 рухаються на відстанях 40-45 а. від Сонця, тобто. навіть за орбітою Плутона

Через велику віддаленість блиск цих об'єктів надзвичайно слабкий; їх пошуку годяться лише найбільші телескопи світу. Тому досі систематично переглянуто близько 3 квадратних градусів небесної сфери, тобто. 0,01% її площ. Тому очікується, що за орбітою Нептуна можуть існувати десятки тисяч об'єктів, подібних до виявлених, і мільйони дрібніших, діаметром 5–10 км. Судячи з оцінок, це скупчення малих тіл у сотні разів масивніше поясу астероїдів, розташованого між Юпітером і Марсом, але поступається за масою гігантській кометній хмарі Оорта

Об'єкти за Нептуном поки що важко віднести до будь-якого класу малих тіл Сонячної системи – до астероїдів чи ядр комет. Нововідкриті тіла мають розмір 100-200 км і досить червону поверхню, що вказує на її стародавній склад та можливу присутність органічних сполук. Тіла «пояса Койпера» останнім часом виявляють дуже часто (до кінця 1999 їх відкрито близько 200). Деякі планетологи вважають, що Плутон було б правильніше називати не «найменшою планетою», а «найбільшим тілом пояса Койпера»

Література

В.А. Браштейн "Планети та їх спостереження" Москва "Наука" 1979 рік

С. Доул "Планети для людей" Москва "Наука" 1974 рік

К.І. Чурюмов "Комети та їх спостереження" Москва "Наука" 1980 рік

О.Л. Крінов "Залізний дощ" Москва "Наука" 1981 рік

К.А. Куликов, Н.С. Сидоренков "Планета Земля" Москва "Наука"

Б.А. Воронцов - Вельямінов "Нариси про Всесвіт" Москва "Наука"

Н.П. Єрпилєєв "Енциклопедичний словник юного астронома" Москва "Педагогіка" 1986 рік

Е.П.Левітан "Астрономія" Москва "Освіта" 1994 рік

Відкритий на небосхилі Галілео Галієєм в 17 ст., Сатурн досі залишається одним із найзагадковіших небесних тіл Сонячної системи. Найцікавіші відомості про Сатурна на даний момент людство отримує завдяки місії НАСА Кассіні, яка з 2004 року досліджує планету та її супутники. остання серіяпольотів космічного телескопа навколо Сатурна в серпні 2015 року дозволила зібрати незвичайну наукову інформацію – одне з кілець небесного тіла має дивну структуру.

Два рази на рік - а на Сатурні рік дорівнює 29 земним рокам, настає сонцестояння. У цей період, що триває близько двох днів, промені зірки, що йде, максимально освітлюють і нагрівають кільця небесного тіла, унікального для Сонячної системи. Коли ж планета занурюється у темряву, її смугаста спідниця остигає. Протягом цього короткого відрізку часу вченим місії Кассіні-Гюйгенс представилася унікальна можливість докладно вивчити природу та склад кільцевої структури Сатурна. Маршрут орбітального телескопа-спектрографа Кассіні був розрахований так, щоб у потрібний момент пролітати на найближчій відстані від планети та зібрати нові дані.

Космічний телескоп-спектрограф Кассіні досліджує Сатурн

Цікаво знати. Кільця Сатурна складаються з трильйонів крижаних частинок, покритих тонким шаром риголіту. Діаметр крижаних утворень коливається від мікроскопічних до великих: близько десятків метрів. Зовні вони вкриті масою скам'янілих «колючок» і виглядають як сніжинки під мікроскопом. Крижані частинки постійно обертаються навколо екватора Сатурна, утворюючи кільцеву структуру завширшки близько 100 тис. км.

Умовний поділ кільцевої структури Сатурна на зони

Інфрачервоний спектрометр Кассіні – апарат, який може вимірювати ступінь нагріву небесних тіл Сонячної системи, аналізуючи довжину хвиль кольору. Вимірявши температуру крижаних уламків у різних зонах пояса Сатурна, наукова група змогла систематизувати інформацію та дійшла цікавого висновку.

Місія Кассіні зібрала нову інформацію про небесні тіла Сонячної системи, включаючи особливості будови кілець Сатурна

Планета Сатурн: цікаві факти та гіпотези

На думку наукових умов, нестандартна для інших небесних тіл Сонячної системи кільцева система Сатурна могла бути сформована після зіткнення планети з якимось космічним об'єктом. За рахунок сильної гравітації Сатурна частки зруйнованого небесного тіла не розпорошилися в космосі, а згрупувалися біля планети.

Цікавий факт-на Сатурні бувають, аналогічні земним

За іншою гіпотезою, сили тяжіння Сатурна недостатньо, щоб увімкнути вільні частинки у свою щільну структуру, але цілком вистачає для їх утримання у вигляді пояса. Найбільш достовірним вважається припущення, що з народженні Сонячної системи (близько 5 млрд. років) Сатурн оточувало безліч супутників – небесних тіл, які поступово притягувалися та руйнувалися планетарною гравітацією. Хмари з льоду, що залишилися після колапсу супутників, трансформувалися на кільцевий пояс.

Ще одна цікава знахідка вчених – шестикутна хмара, що постійно зависає над полюсом Сатурна. Особливо ефектно це виглядає на тлі північного сяйва

Місія Кассіні: нова інформація про Сатурн

Побудувавши комп'ютерну модель Сатурна відповідно до інформації, зібраної місією Кассіні, вчені виявили дивну аномалію у поведінці кільцевої системи небесного тіла під впливом сонячних променів. Факт виявився вкрай цікавим: одна з областей зони А в кільцях планети не охолонула нарівні з іншими частинками, а залишалася в нагрітому стані. Вивчивши природу незвичайного явища, дослідники дійшли висновку, що дивна зона складається з уламків колишнього супутника Сатурна, зруйнованого під впливом його гравітації.

Наскільки мала наша Земля по відношенню до газового гіганта — Сатурна.

Незвичайний сегмент пояса складений з щільних уламків льоду розміром близько 1 метра. Вчені вважають, що виявлена ​​зона в кільцях Сатурна набагато молодша за інші небесні тіла Сонячної системи – вона утворена кілька млн. років тому. Місія Кассіні, запущена для цілеспрямованого вивчення Сатурна та його супутників, перебуває у своїй завершальній стадії. Серія фінальних польотів над планетою буде спрямована на вимірювання щільності та маси кілець для більш точного визначення віку планети та оперізуючої структури. Епогеєм дослідження Сатурна стане входження орбітальної станції Кассіні до газового шару планети для вивчення його складу.

Цікаво знати. Сатурн, нарівні з Юпітером, Ураном, Нептуном, відноситься до газових гігіантів – небесних тіл Сонячної системи із щільним ядром із металів та льоду. Зовнішній шар планети сформований із газів: гелію, водню, метану, аміаку. На орбіті Сатурна обертається 62 супутники, найбільший з них – Титан, загадкове небесне тіло із щільною атмосферою, морями та річками, наповненими не водою, а рідким метаном.

Супутник Сатурна - Титан, єдине небесне тіло в Сонячній системі (крім Землі), на поверхні якого є рідке середовище

Більш сучасна апаратура, потужні космічні телескопи, інноваційні методи досліджень – це база для отримання нових наукових відомостей про небесні тіла Сонячної системи. Тож ми поступово наближаємося до розгадки: хто ми? як потрапили на землю? який вік нашого Всесвіту? які небесні тіла, крім Землі, придатні для життя? Усі таємниці космосу незабаром відкриються перед нами.

Вконтакте