Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Физические процессы в атмосфере кометы

Изучая форму комет и их спектры, астрономы в конце XIX и начале XX вв. поняли, что разреженные головы и хвосты комет состоят из молекул газа и твердых пылинок, движущихся под действием гравитации и давления солнечного света. Но ясное представление о физико-химических процессах, происходящих в кометах, сформировалось только к середине XX в.

Напомним, что раскаленные жидкости и твердые тела, а также полностью ионизованные газы дают излучение с непрерывным спектром. Горячий газ, состоящий из атомов, излучает отдельные линии, а молекулярный газ излучает широкие полосы, состоящие из множества линий.

Механизм свечения кометных «голов и хвостов» выясняли довольно долго: в период пролета кометы Галлея (1910 II) К. Шварцшильд и Е. Крон в 1911 г. установили, что молекулы и атомы кометной атмосферы не рассеивают, а переизлучают солнечный свет. Но только к 1934 г. стало окончательно ясно, что при этом происходит резонансная люминесценция, при которой атом возбуждается фотоном из основного состояния, а затем возвращается в него, излучая точно такой же фотон. Но обнаружены и другие виды свечения кометных газов, которые не удается объяснить люминесценцией. Например, зеленая и красная запрещенные линии кислорода (которые видны также в спектрах полярных сияний), красная линия атомарного водорода и ряд других. Их наличие в спектрах комет пытались и пытаются объяснить рядом механизмов (электронный удар, фотодиссоциация). Но окончательное решение еще не найдено.

Исследование спектров комет позволяет определить состав газа и его физическое состояние, например, степень ионизации. Выяснилось, что хвосты III типа имеют непрерывный спектр; это подтверждает предположение об их пылевом составе. Хотя хвосты II типа тоже демонстрируют непрерывный спектр, но есть основания считать, что он формируется путем многократного наложения большого количества спектральных полос разных молекул газа. Спектры хвостов I типа, в отличие от других, полосатые. В них присутствует излучение только ионизованных молекул (в основном N⁺₂, СО⁺ и реже СО⁺₂). Именно с этим связаны аномально большие ускорения частиц в хвостах I типа, которые невозможно объяснить действием лучевого давления. Теперь понятно, что большие ускорения и быстрые спиралевидные и волновые движения в хвостах этого типа вызваны давлением на ионизованный газ потоков солнечного ветра, несущего магнитное поле. Впрочем, далеко не все особенности поведения кометных хвостов уже вполне объяснены.