Тема. Будова Сонячної системи

Перші спроби пояснити таємничі небесні явища були зроблені в Давньому Єгипті понад 4000 р. тому та в Давній Греції ще до початку нашої ери. Єгипетські жерці склали перші карти зоряного неба, дали назви планетам. Великий грецький філософ і математик Піфагор у VI ст. до н. е. висунув ідею, що Земля має форму кулі і «висить» у просторі, ні на що не спираючись. Астроном Гіппарх (180-125 р. до н. е.) у II ст. до н. е. визначив відстань від Землі до Місяця та відкрив явище прецесії осі обертання Землі.

Довгі століття в астрономії провідною була так звана геоцентрична система світу (рис. 1.1), що визначала центром Всесвіту Землю. Найбільшого розвитку ця теорія набула в монографії «Альмагест» («Велика побудова») александрійського астронома, географа й математика Клавдія Птолемея (бл. 100-170). За його теорією Землю у просторі оточують 8 сфер, на яких розташовані Місяць, Сонце та п’ять відомих у ті часи планет: Меркурій, Венера, Марс, Юпітер і Сатурн. На восьмій сфері розташовані зорі, які з’єднані між собою і обертаються навколо Землі як єдине ціле.

У І тис. н. е. найвизначніші астрономічні відкриття зробили арабські астрономи. У Багдаді, Каїрі, містах Сирії та Середньої Азії були зведені обсерваторії, складені перші таблиці руху Місяця і планет, винайдені астрономічні прилади для визначення висоти небесних світил над лінією горизонту (квадранти) й спостережень (секстанти).

Птолемей

Геоцентрична система світу: у центрі розташована Земля, а всі інші небесні тіла обертаються навколо неї

Геліоцентрична система світу: у центрі розташоване Сонце. Земля разом із планетами обертається навколо нього

Рис. 1.1. Геоцентрична система світу

Рис. 1.2. Геліоцентрична система світу

О. Хайям

Омар Хайям (1048-1131) висунув надзвичайно сміливе припущення про імовірність населеності далеких світів й нескінченність нашого Всесвіту.

Аль-Біруні (973-1048) у працях з астрономії висловив гіпотезу про рух Землі навколо Сонця.

Мірзо Улугбек (1394-1449) у Самарканді запровадив до використання сорокаметровий секстант, за допомогою якого міг обчислювати рух Сонця з небаченою до того часу точністю.

Теорія геоцентричної будови Всесвіту проіснувала до XVI ст., коли відбувся перший революційний переворот у світогляді. Польський астроном Миколай Коперник у праці «Про обертання небесних тіл» представив власну геліоцентричну систему світу (рис. 1.2). За його теорією, центральне місце належить Сонцю, а Земля та інші планети обертаються навколо нього по колових (не еліптичних) орбітах. Це відкриття дало ключ до пізнання Всесвіту, але ще довго вчення Птолемея не поступалося місцем новій теорії.

Геніальність відкриття Коперником геліоцентричної системи світу полягала в тому, що він, зруйнувавши межу між небом і Землею, висунув гіпотезу, що у Всесвіті діють одні й ті самі закони, справедливі як на Землі, так і в космосі.

Остаточно затвердив вчення Коперника, отримавши беззаперечні докази його правдивості, італійський фізик, механік і астроном Галілео Галілей. Ним була виявлена зміна фаз Венери, що свідчило про її обертання саме навколо Сонця, а не Землі. Також Галілей за допомогою найпростішого телескопа побачив на Місяці гори й кратери, відкрив чотири супутники Юпітера та побачив зорі в Молочному Шляху.

Сучасник Галілея Йоган Кеплер (1571-1630) уславлений тим, що, здійснюючи спостереження за рухом Марса, визначив три закони руху планет. Це стало значним проривом у розвитку уявлень про будову Сонячної системи (рис. 1.4).

В історії астрономії XVIII ст. пов’язане з іменем англійського ученого Ісаака Ньютона, який сформулював основні закони фізики. У 1687 р. у книзі «Математичні засади філософії природи» він довів універсальність сили тяжіння, або гравітації. Сила тяжіння керує рухом зір і галактик, а також впливає на еволюцію цілого Всесвіту.

У XIX ст. почався новий етап у вивченні космосу, коли німецький фізик Йозеф Фраунгофер у 1814 р. відкрив лінії поглинання у спектрі Сонця — Фраунгоферові лінії (рис. 1.3).

Й. Кеплер

Рис. 1.3. Фраунгоферові лінії у спектрі Сонця

Рис. 1.4. Схема будови Сонячної системи

Рис. 1.5. Габбл довів, що галактики розбігаються. Пізніше вчені створили теорію еволюції Всесвіту від його зародження до сьогодення

М. Коперник

Е. Габбл

Потім лінії поглинання були виявлені у спектрах інших зір. За допомогою спектрів астрономи визначають хімічний склад, температуру і навіть швидкість космічних тіл.

Пояс Койпера, який розташований за орбітою Нептуна і містить близько 70-100 тис. об’єктів діаметром понад 100 км, виявлено у 1992-2000 рр. на відстані 30-50 а.о. від Сонця.

У XX ст. відкриття Альбертом Айнштайном загальної теорії відносності допомогло астрономам збагнути дивне червоне зміщення ліній поглинання у спектрах далеких галактик, яке у 1929 р. відкрив американський астроном Едвін Габбл. Він довів, що галактики розбігаються від нас у різних напрямках (рис. 1.5). Потім вчені створили теорію еволюції Всесвіту від його зародження до сучасності. Це дало поштовх до виникнення нової науки — космології. З 4 жовтня 1957 р. почалась ера космонавтики. Цього дня в Радянському Союзі було запущено в космос перший у світі штучний супутник Землі (рис. 1.6), у створенні якого брали участь українські вчені та інженери.

А. Айнштайн

У 1969 р. Нейл Армстронг став першою людиною, яка в рамках місії «Аполло-11» здійснила вихід на поверхню позаземного об’єкта — Місяця (рис. 1.7, 1.8).

Сьогодні в космосі літають сотні автоматичних станцій, які досліджують не тільки навколоземний простір, а й вивчають інші планети Сонячної системи.

Основні етапи ери космонавтики

Дата

Подія

Запуск штучних супутників Землі, початок космічної ери. З’явилася можливість створення космічних лабораторій

Відкриття радіаційних поясів Ван-Аллена. Микола Козирєв відзначає в місячному кратері Альфонс ознаки вулканічної діяльності

Радіолокація Сонця (США). Станція Луна-2 не виявляє у Місяця магнітного поля. Отримано перші фотографії зворотного боку Місяця

Перший політ людини в космос

Радіолокація Меркурія, Венери, Марса, Юпітера (СРСР і США). Уточнені величина а.о. і період обертання Венери навколо Сонця, визначені період осьового обертання Венери (виявився зворотним), температура і фізичні характеристики поверхні планет

Відкриття реліктового випромінювання. Перші фотографії поверхні Марса (Марінер-4)

Дослідження атмосфери Венери з апарату, що спускається Венера-4

Рис. 1.6. Перший штучний супутник Землі

Дата

Подія

Висадка Аполлона-11 на Місяці. Перший вихід людини на поверхню Місяця

Перша м’яка посадка на Марс (Марс-3)

Сенсаційний висновок Стівена Хокінга про можливість «випаровування» чорних дір

Перша фотопанорама поверхні Венери (Венера-9, 10). Фотографії Фобоса, Деймоса і поверхні Марса (Вікінг-1, Вікінг-2)

Відкриття кілець Урана. Запуск Вояджера-2, який передав неоціненну інформацію про зовнішні планети: Юпітер, Сатурн (1981), Уран, Нептун (1989)

Відкриття Харона, супутника Плутона (Дж. У. Крісті, США)

Виявлено кільця у Юпітера

Дослідження комети Галлея АМС Вега і Джотто. У Урана виявлені 10 нових супутників

Запуск космічного телескопа Габбл

Автоматичний космічний апарат Галілео досяг Юпітера і вперше взяв проби атмосфери

Початок функціонування першої багатонаціональної космічної станції. Найбільший на сьогоднішній день штучний об’єкт, побудований в космосі

Перша посадка на астероїд Ерос космічного апарату NEAR Shoemaker

Автоматичний космічний апарат Кассіні досяг орбіти Сатурна

Перша м’яка посадка на Титан. Космічний апарат Кассіні

Запуск місії Kepler. Перший космічний телескоп, призначений для пошуку екзопланет, подібних до Землі

Перший штучний зонд для планової і м’якої посадки на комету. Зонд Розетта, комета Чурюмова-Герасименко

Міжпланетний космічний зонд Нові горизонти досяг орбіти Плутона

Вперше у космосі було вирощено їжу (салат)

Перша м’яка посадка на зворотному боці Місяця

Рис. 1.7. Взліт «Апполо-11»

Рис. 1.8. Нейл Армстронг. Перша висадка людини на Місяці

Контрольні запитання

  • 1. Яка різниця між геоцентричною та геліоцентричною системами світу?
  • 2. Скільки планет Сонячної системи було відомо за часів Птолемея?
  • 3. Поясніть, у чому полягає сутність провідної астрономічної теорії грецького вченого Клавдія Птолемея.
  • 4. Чим відомий Миколай Коперник?
  • 5. Імена яких астрономів минулих часів вам відомі?
  • 6. З якої події почалася ера космонавтики?

2. Склад і будова Сонячної системи. Можливість існування невідомих планет в Сонячній системі

Сонячна система — Сонце та всі об’єкти, що гравітаційно пов’язані з ним

Планета — несамосвітне тіло, що обертається навколо зорі і має незначну, порівняно з центральним світилом, масу

Великі планети мають сферичну або близьку до сферичної форму. В Сонячній системі планети видимі завдяки сонячному світлу, яке відбивають їхні поверхні

Ми живемо на Землі — одній із планет, що належать до Сонячної системи. Ці планети рухаються по своїх орбітах навколо Сонця. Більшість планет (окрім Венери і Меркурія) мають супутники, які обертаються навколо своєї планети. До Сонячної системи крім Сонця, восьми планет і понад 100 їхніх супутників, входять також пояс астероїдів та пояс Койпера (рис. 2.1), комети, метеороїди та космічний пил.

Щодо Сонця планети розташовуються у такій послідовності: найближча — Меркурій, за ним — Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун.

У Сонячній системі є дві ділянки, заповнені малими тілами. Пояс астероїдів, що розташований між Марсом і Юпітером, за складом подібний до планет земної групи, оскільки складається переважно з силікатів і металів. Найбільшими об’єктами поясу астероїдів є Церера, Паллада і Веста. За орбітою Нептуна розташовані транснептунові об’єкти, що містять багато замерзлої води, аміаку та метану. Найбільшими з них є Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке та Ерида. Додатково до тисяч малих тіл у цих двох ділянках є інші популяції різноманітних дрібних тіл, таких як комети, метеороїди та космічний пил, що рухаються навколо Сонця.

Сонячний вітер — потік плазми від Сонця (рис. 2.2), що утворює в міжзоряному середовищі «міхур», який називається геліосферою і простягається до краю розсіяного диска. Гіпотетична хмара Оорта, що служить джерелом довгоперіодичних комет, може сягати приблизно в тисячу разів більшої відстані.

Рис. 2.1. Пояс Койпера та хмара Оорта

Головна роль у Сонячній системі належить Сонцю. Його маса приблизно в 750 разів перевищує сумарну масу всіх інших тіл, що входять до Сонячної системи, а тому центр мас Сонячної системи розташований в надрах Сонця.

Гравітаційне тяжіння Сонця є визначальною силою для руху всіх тіл Сонячної системи. Середня відстань від Сонця до найдальшої від нього планети Нептун становить 30 а.о., тобто 4,5 млрд км, що дуже мало в порівнянні з відстанями до найближчих зір. Тільки деякі комети віддаляються від Сонця на 1015 а.о. і можуть відчувати істотний вплив тяжіння інших зір.

Рис. 2.2. Сонячний вітер

Рис. 2.3. Правило Тіціуса-Боде — емпірична формула, яка приблизно описує відстані між планетами Сонячної системи і Сонцем

Усі великі планети обертаються навколо Сонця в одному напрямку (або напрямку осьового обертання самого Сонця) по майже колових орбітах, кути нахилу площини яких одна до одної і до сонячного екватора малі. Відстані великих планет від Сонця утворюють закономірність Тіціуса-Боде (рис. 2.3). Усі астероїди обертаються навколо Сонця в тому самому напрямку, що й великі планети, проте їхні орбіти помітно витягнуті й нахилені до площини екліптики. Більшість комет рухається у всіх можливих напрямках, а їхні орбіти близькі до параболічних. Це — періодичні комети, у них прямий рух.

Планети обертаються навколо своїх осей, причому

у всіх планет, крім Венери й Урана, обертання відбувається в прямому напрямку, тобто в тому самому, що й обертання навколо Сонця.

Правило Тіціуса-Боде. Цікава математична закономірність в розташуванні планет відносно Сонця була відкрита німецькими астрономами Тіціусом і Боде і сформульована у 1766 р.:

де аn велика піввісь планети в астрономічних одиницях;

n — деяке число, що визначає певний номер планети за порядком збільшення відстані від Сонця.

У Всесвіті перебувають мільярди галактик, серед яких є і наша Галактика, яку називають Молочний, або Чумацький, Шлях, до якої входить наша Сонячна система. На нічному небі ми бачимо її як сріблясту смугу (рис. 2.4). Наша Галактика (з грец.— Молочний Шлях) — це величезна система, у якій обертаються навколо центра 400 млрд зір.

Якщо в майбутньому земляни захочуть обмінюватися інформацією з іншими світами, то нашу космічну адресу можна записати так: Україна, планета Земля, Сонячна система, Галактика, Всесвіт.

Рис. 2.4. Молочний Шлях

Кількісний склад Сонячної системи (на 2016 р.)

Як рухаються комети у космосі

Рух комети навколо Сонця

Комети — це тіла Сонячної системи, що рухаються по витягнутих орбітах. При наближенні до Сонця комети утворять хвіст із газу та пилу, що іноді досягає в довжину мільйонів кілометрів. Назва “Комета” походить від давньогрецького слова “kometes” – довговолосий.

Вважається, що джерелом багатьох комет (довгоперіодичних) є хмара Оорта, у якій перебувають мільйони кометних ядер. Походження даної хмари пов’язане, очевидно, із гравітаційним викидом крижаних тіл із зони планет-гігантів під час їхнього утворення. Хмара Оорта містить ~ 10 11 кометних ядер.

У комет, що наближаються до периферії хмари Оорта (їхня відстань до Сонця може досягати 105 а. о., а періоди обертання навколо нашого світила – 10 6 -10 7 років), орбіти змінюються під дією сили тяжіння найближчих зірок. При цьому деякі комети набувають параболічної швидкості відносно Сонця і назавжди покидають Сонячну систему.

На даний момент також виявлено більше 400 короткоперіодичних комет. Так, приблизно 50 самих короткоперіодичних комет (їхній повний оборот навколо Сонця триває 3—10 років) утворять сімейство Юпітера. Також існують сімейства Сатурна, Урана та Нептуна (до останнього, зокрема, відноситься комета Галлея).

Яскравість комет дуже сильно залежить від їхньої відстані до Сонця. Із всіх комет тільки дуже мала частина наближається до Сонця й Землі настільки, щоб їх можна було побачити неозброєним оком.

Будова комет

Як правило, комети складаються з «голови» — невеликого яскравого згустку-ядра, що оточена світлою туманною оболонкою (комою), яка складається з газу та пилу.

Тривале існування ряду періодичних комет, що багаторазово пролітали поблизу Сонця, пояснюється, незначною втратою речовини при кожному прольоті (через утворення пористого теплоізоляційного шару на поверхні ядер або наявності в ядрах тугоплавких речовин).

У комет з наближенням до Сонця утворюється «хвіст» — слабка світна смуга, що у результаті світлового тиску й дії сонячного вітру найчастіше спрямована у протилежну від Сонця сторону.

Хвости комет розрізняються довжиною й формою, не мають різких обрисів і практично прозорі — крізь них добре видні зірки, — тому що утворені з надзвичайно розрідженої речовини. Склад її різноманітний: газ чи дрібний пил, або ж суміш того й іншого. Даний пил схожий з астероїдним матеріалом сонячної системи, що з’ясувалося в результаті дослідження комети Вільда (2), космічним апаратом «Стардаст» («Зоряний пил»). По суті, це «видиме ніщо»: людина може спостерігати хвости комет тільки тому, що газ і пил світяться. При цьому світіння газу пов’язане з його іонізацією ультрафіолетовими променями й потоками часток, що викидаються із сонячної поверхні, а пил просто розсіює сонячне світло.

Астрономи пояснюють настільки різні форми кометних хвостів у такий спосіб. Матеріал, з якого складаються комети, мають неоднаковий склад та властивості, тому й по-різному реагують на сонячне випромінювання. Таким чином, хвости космічних мандрівниць набувають різної форми.

Комети під прицілом

Що являють собою самі комети? Вичерпне уявлення про них астрономи отримали завдяки успішним «візитам» в 1986 р. до комети Галлея радянських космічних апаратів «Вега-1», «Вега-2» та європейського «Джотто». Численні прилади, установлені на цих апаратах, передали на Землю зображення ядра комети й різноманітних відомостей про її оболонку. Виявилося, що ядро комети Галлея складається в основному зі звичайного льоду (з невеликими вкрапленнями вуглекислих і метанових льодів), а також пилових часток. Саме вони утворять оболонку комети, а з наближенням її до Сонця частина з них — під тиском сонячних променів і сонячного вітру — переходить у хвіст.

Ядро комети Галлея має неправильну форму; його розміри дорівнюють декільком кілометрам: 14 — у довжину, 7,5 — у ширину; обертається ядро навколо своєї осі, що майже перпендикулярно площині орбіти комети. Період обертання дорівнює 53 години.

В 2005 космічний апарат НАСА Deep Impact («Сильний удар»)наблизився до комети Темпеля 1, і за допомогою апарату Impactor («Ударник»), що відділився від основного КА, протаранив комету та передав зображення її поверхні.

Impactor на величезній швидкості 10,3 км/с (37 000 км/год) зіштовхнувся з кометою. Обробка даних, отриманих при спостереженні цього зіткнення, показала, що речовина верхнього шару комети сильно відрізняється від того, що там очікували виявити. Вважалося, що її ядро являє собою величезну брилу льоду із вкрапленням кам’яних гірських порід, у вигляді дрібних уламків. Насправді виявилося, що ядро комети складається з дуже пухкого матеріалу, що нагадує навіть не купу каменів, а величезний кому пилу, пори в якому становлять 80%.

Коли відбулося зіткнення зонда з ядром комети, то викинута речовина злетіла вузьким високим стовпом. Таке можливо лише при дуже пухкому й легкому ґрунті. Результати цього ефектного експерименту в космосі привели до появи нової моделі будови ядра комет. У минулому ядро вважали забрудненою сніжною кулею або засніженою кам’яною брилою , а тепер його розглядають як досить пухке тіло, трохи подовженої форми, що складається з пилу. Залишається незрозумілим, як у такій «пухнатій» субстанції можуть зберігатися кратери, пагорби й різкі уступи поверхні, які чітко видні на знімках ядра комети Темпеля-1, отриманих як із самої станції Deep Impact, так і з ударного апарата, що передав останні зображення незадовго до зіткнення. На цих докладних знімках видно, що поверхня не згладжена й не покрита пилом – вона має досить виразні, різкі форми рельєфу й виглядає приблизно так само, як поверхня Місяця, – з безліччю кратерів і невеликих пагорбів.

Майбутні дослідження

Найбільш цікавим дослідженням обіцяє стати місія Європейського космічного агентства до комети Чурюмова-Герасименко (яка була відкрита в 1969 році співробітником Київського університету Климом Івановичом Чурюмовим та аспіранткою Світланою Іванівною Герасименко). Цей новий етап у вивченні комет почався в 2004 році запуском автоматичної станції Rosetta. Планується, що станція Rosetta уперше стане штучним супутником комети і буде приблизно два роки рухатися разом з нею, фіксуючи відомості про те, як у міру наближення до Сонця нагрівається поверхня кометного ядра, викидаючи речовину, з якого виникне й виросте газово-пиловий хвіст.

Станція підійде до комети у 2014 р. далеко від Сонця – у холодній області, де в комети ще немає хвоста. Потім відбудеться сама незвичайна подія у всьому польоті: від станції відділиться невеликий посадковий модуль Philae і вперше здійснить посадку на кометне ядро. Процес посадки на комету буде схожим, на стикування космічних апаратів, а не на приземлення. Швидкість посадкового модуля зменшиться до 0,7 м/с (2,5 км/год), що менше швидкості пішохода. Адже сила тяжіння на кометному ядрі, діаметр якого дорівнює 5 км, зовсім невелика, і апарат може просто відскочити від поверхні назад у космос, якщо буде рухатися занадто швидко. Після зіткнення з кометою посадковий модуль повинен прикріпитися «сухопутним якорем», що нагадує гарпун. Надалі «якір» удержить його на кометі, коли той почне буріння її поверхні мініатюрною буровою установкою. Отриманий зразок речовини буде проаналізований міні-лабораторією, що перебуває усередині Philae. Відеокамера, установлена зовні, покаже ландшафт кометного ядра й те, що відбувається на ньому при викидах газових струменів з надр. Настільки докладна інформація надійде вперше й дасть пояснення тому, як улаштовано й із чого складається кометне ядро.

Вплив комет на інші космічні тіла

Маси комет незначні — приблизно в мільярд раз менше маси Землі, проте частина кратерів на Місяці, Меркурії, Марсові та інших тілах утворилася в результаті ударів ядер комет.

Густина речовини з хвоста комети практично дорівнює нулю. Тому «небесні гості» ніяк не впливають на планети Сонячної системи. Так, наприклад, у травні 1910 р. Земля, проходила крізь хвіст комети Галлея, але ніяких змін у русі нашої планети не відбулося.

З іншого боку, зіткнення великої комети із планетою може викликати масштабні наслідки для атмосфери й магнітосфери планети. Гарним та досить якісно дослідженим прикладом такого було зіткнення уламків комети Шумейкеров—Леві 9 з Юпітером у липні 1994 року. Дана комета підійшла занадто близько до Юпітера й була попросту розірвана його гравітаційним полем на 23 фрагмента розміром до 2 км. Ці уламки, розтягнувшись в одну лінію 1,1 млн. км (це втроє більше, ніж від Землі до Місяця), продовжували свій політ назустріч Юпітерові, поки не зіштовхнулися з ним. Цілий тиждень, з 16 по 22 липня 1994 року, тривав кометопад. Один за одним відбувалися гігантські спалахи, коли черговий уламок комети входив в атмосферу Юпітера з гігантською швидкістю 64 км/с (230 тис. км/год). У процесі падіння порушення в структурі радіаційних поясів навколо планети досягли такого ступеня, що над Юпітером з’явилося дуже інтенсивне полярне сяйво.

Тунгуське явище (вибух тіла, що влетіло в атмосферу з космосу, у 1908 р.), можливо, також було викликано зіткненням невеликого кометного ядра із Землею.

Як рухаються комети у космосі

Рух комети навколо Сонця

Комети — це тіла Сонячної системи, що рухаються по витягнутих орбітах. При наближенні до Сонця комети утворять хвіст із газу та пилу, що іноді досягає в довжину мільйонів кілометрів. Назва “Комета” походить від давньогрецького слова “kometes” – довговолосий.

Вважається, що джерелом багатьох комет (довгоперіодичних) є хмара Оорта, у якій перебувають мільйони кометних ядер. Походження даної хмари пов’язане, очевидно, із гравітаційним викидом крижаних тіл із зони планет-гігантів під час їхнього утворення. Хмара Оорта містить ~ 10 11 кометних ядер.

У комет, що наближаються до периферії хмари Оорта (їхня відстань до Сонця може досягати 105 а. о., а періоди обертання навколо нашого світила – 10 6 -10 7 років), орбіти змінюються під дією сили тяжіння найближчих зірок. При цьому деякі комети набувають параболічної швидкості відносно Сонця і назавжди покидають Сонячну систему.

На даний момент також виявлено більше 400 короткоперіодичних комет. Так, приблизно 50 самих короткоперіодичних комет (їхній повний оборот навколо Сонця триває 3—10 років) утворять сімейство Юпітера. Також існують сімейства Сатурна, Урана та Нептуна (до останнього, зокрема, відноситься комета Галлея).

Яскравість комет дуже сильно залежить від їхньої відстані до Сонця. Із всіх комет тільки дуже мала частина наближається до Сонця й Землі настільки, щоб їх можна було побачити неозброєним оком.

Будова комет

Як правило, комети складаються з «голови» — невеликого яскравого згустку-ядра, що оточена світлою туманною оболонкою (комою), яка складається з газу та пилу.

Тривале існування ряду періодичних комет, що багаторазово пролітали поблизу Сонця, пояснюється, незначною втратою речовини при кожному прольоті (через утворення пористого теплоізоляційного шару на поверхні ядер або наявності в ядрах тугоплавких речовин).

У комет з наближенням до Сонця утворюється «хвіст» — слабка світна смуга, що у результаті світлового тиску й дії сонячного вітру найчастіше спрямована у протилежну від Сонця сторону.

Хвости комет розрізняються довжиною й формою, не мають різких обрисів і практично прозорі — крізь них добре видні зірки, — тому що утворені з надзвичайно розрідженої речовини. Склад її різноманітний: газ чи дрібний пил, або ж суміш того й іншого. Даний пил схожий з астероїдним матеріалом сонячної системи, що з’ясувалося в результаті дослідження комети Вільда (2), космічним апаратом «Стардаст» («Зоряний пил»). По суті, це «видиме ніщо»: людина може спостерігати хвости комет тільки тому, що газ і пил світяться. При цьому світіння газу пов’язане з його іонізацією ультрафіолетовими променями й потоками часток, що викидаються із сонячної поверхні, а пил просто розсіює сонячне світло.

Астрономи пояснюють настільки різні форми кометних хвостів у такий спосіб. Матеріал, з якого складаються комети, мають неоднаковий склад та властивості, тому й по-різному реагують на сонячне випромінювання. Таким чином, хвости космічних мандрівниць набувають різної форми.

Комети під прицілом

Що являють собою самі комети? Вичерпне уявлення про них астрономи отримали завдяки успішним «візитам» в 1986 р. до комети Галлея радянських космічних апаратів «Вега-1», «Вега-2» та європейського «Джотто». Численні прилади, установлені на цих апаратах, передали на Землю зображення ядра комети й різноманітних відомостей про її оболонку. Виявилося, що ядро комети Галлея складається в основному зі звичайного льоду (з невеликими вкрапленнями вуглекислих і метанових льодів), а також пилових часток. Саме вони утворять оболонку комети, а з наближенням її до Сонця частина з них — під тиском сонячних променів і сонячного вітру — переходить у хвіст.

Ядро комети Галлея має неправильну форму; його розміри дорівнюють декільком кілометрам: 14 — у довжину, 7,5 — у ширину; обертається ядро навколо своєї осі, що майже перпендикулярно площині орбіти комети. Період обертання дорівнює 53 години.

В 2005 космічний апарат НАСА Deep Impact («Сильний удар»)наблизився до комети Темпеля 1, і за допомогою апарату Impactor («Ударник»), що відділився від основного КА, протаранив комету та передав зображення її поверхні.

Impactor на величезній швидкості 10,3 км/с (37 000 км/год) зіштовхнувся з кометою. Обробка даних, отриманих при спостереженні цього зіткнення, показала, що речовина верхнього шару комети сильно відрізняється від того, що там очікували виявити. Вважалося, що її ядро являє собою величезну брилу льоду із вкрапленням кам’яних гірських порід, у вигляді дрібних уламків. Насправді виявилося, що ядро комети складається з дуже пухкого матеріалу, що нагадує навіть не купу каменів, а величезний кому пилу, пори в якому становлять 80%.

Коли відбулося зіткнення зонда з ядром комети, то викинута речовина злетіла вузьким високим стовпом. Таке можливо лише при дуже пухкому й легкому ґрунті. Результати цього ефектного експерименту в космосі привели до появи нової моделі будови ядра комет. У минулому ядро вважали забрудненою сніжною кулею або засніженою кам’яною брилою , а тепер його розглядають як досить пухке тіло, трохи подовженої форми, що складається з пилу. Залишається незрозумілим, як у такій «пухнатій» субстанції можуть зберігатися кратери, пагорби й різкі уступи поверхні, які чітко видні на знімках ядра комети Темпеля-1, отриманих як із самої станції Deep Impact, так і з ударного апарата, що передав останні зображення незадовго до зіткнення. На цих докладних знімках видно, що поверхня не згладжена й не покрита пилом – вона має досить виразні, різкі форми рельєфу й виглядає приблизно так само, як поверхня Місяця, – з безліччю кратерів і невеликих пагорбів.

Майбутні дослідження

Найбільш цікавим дослідженням обіцяє стати місія Європейського космічного агентства до комети Чурюмова-Герасименко (яка була відкрита в 1969 році співробітником Київського університету Климом Івановичом Чурюмовим та аспіранткою Світланою Іванівною Герасименко). Цей новий етап у вивченні комет почався в 2004 році запуском автоматичної станції Rosetta. Планується, що станція Rosetta уперше стане штучним супутником комети і буде приблизно два роки рухатися разом з нею, фіксуючи відомості про те, як у міру наближення до Сонця нагрівається поверхня кометного ядра, викидаючи речовину, з якого виникне й виросте газово-пиловий хвіст.

Станція підійде до комети у 2014 р. далеко від Сонця – у холодній області, де в комети ще немає хвоста. Потім відбудеться сама незвичайна подія у всьому польоті: від станції відділиться невеликий посадковий модуль Philae і вперше здійснить посадку на кометне ядро. Процес посадки на комету буде схожим, на стикування космічних апаратів, а не на приземлення. Швидкість посадкового модуля зменшиться до 0,7 м/с (2,5 км/год), що менше швидкості пішохода. Адже сила тяжіння на кометному ядрі, діаметр якого дорівнює 5 км, зовсім невелика, і апарат може просто відскочити від поверхні назад у космос, якщо буде рухатися занадто швидко. Після зіткнення з кометою посадковий модуль повинен прикріпитися «сухопутним якорем», що нагадує гарпун. Надалі «якір» удержить його на кометі, коли той почне буріння її поверхні мініатюрною буровою установкою. Отриманий зразок речовини буде проаналізований міні-лабораторією, що перебуває усередині Philae. Відеокамера, установлена зовні, покаже ландшафт кометного ядра й те, що відбувається на ньому при викидах газових струменів з надр. Настільки докладна інформація надійде вперше й дасть пояснення тому, як улаштовано й із чого складається кометне ядро.

Вплив комет на інші космічні тіла

Маси комет незначні — приблизно в мільярд раз менше маси Землі, проте частина кратерів на Місяці, Меркурії, Марсові та інших тілах утворилася в результаті ударів ядер комет.

Густина речовини з хвоста комети практично дорівнює нулю. Тому «небесні гості» ніяк не впливають на планети Сонячної системи. Так, наприклад, у травні 1910 р. Земля, проходила крізь хвіст комети Галлея, але ніяких змін у русі нашої планети не відбулося.

З іншого боку, зіткнення великої комети із планетою може викликати масштабні наслідки для атмосфери й магнітосфери планети. Гарним та досить якісно дослідженим прикладом такого було зіткнення уламків комети Шумейкеров—Леві 9 з Юпітером у липні 1994 року. Дана комета підійшла занадто близько до Юпітера й була попросту розірвана його гравітаційним полем на 23 фрагмента розміром до 2 км. Ці уламки, розтягнувшись в одну лінію 1,1 млн. км (це втроє більше, ніж від Землі до Місяця), продовжували свій політ назустріч Юпітерові, поки не зіштовхнулися з ним. Цілий тиждень, з 16 по 22 липня 1994 року, тривав кометопад. Один за одним відбувалися гігантські спалахи, коли черговий уламок комети входив в атмосферу Юпітера з гігантською швидкістю 64 км/с (230 тис. км/год). У процесі падіння порушення в структурі радіаційних поясів навколо планети досягли такого ступеня, що над Юпітером з’явилося дуже інтенсивне полярне сяйво.

Тунгуське явище (вибух тіла, що влетіло в атмосферу з космосу, у 1908 р.), можливо, також було викликано зіткненням невеликого кометного ядра із Землею.