Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Ядра комет

Предположение о том, что причиной увеличения яркости комет и появления у них комы и хвостов при сближении с Солнцем является присутствие в их ядрах льдов высказал в 1948 г. С.К. Всехсвятский и детально развил в начале 1950-х Ф. Уиппл (хотя близкие идеи высказывали еще П.С. Лаплас и Ф. Бессель). Согласно модели Уиппла, ядро кометы — это ком из «грязного снега», то есть сравнительно рыхлое образование из льдов разного состава (вода, аммиак, метан и углекислый газ), смерзшегося с пылью и фрагментами горных пород. Резкое возрастание светимости кометы объясняется ее нагревом при сближении с Солнцем и потерей вещества вследствие испарения (точнее — сублимации, т.е. перехода вещества из твердой фазы сразу в пар).

У новых или «молодых» комет, совершивших всего одно или несколько сближений с Солнцем, этот процесс идет интенсивно, поскольку они состоят из реликтовых (неизмененных) льдов. Но у «старых» комет при очередных возвращениях к Солнцу испарение вещества происходит все слабее, поскольку на поверхности их ядер накапливаются тугоплавкие частицы пыли и крупные силикатные фрагменты, образующие защитную корку, предохраняющую лежащий под ней лед от испарения.

Модель Уиппла проста, поэтому не может объяснить тонкостей. Если исходить из этой модели, то льды разных летучих соединений должны испаряться с разными скоростями и, что самое главное — при разных температурах, а значит, на разных расстояниях от Солнца. Но это не подтверждают спектральные наблюдения. В 1952 г. модель Уиппла усовершенствовали П. Свинге и А. Дельзем, предположив, что в кометные ядра входят не чистые льды летучих веществ, а их гидраты. В каждое из таких соединений наряду с «родительской» молекулой вещества входят и несколько молекул воды, число которых определяется свойствами родительской молекулы. Такие сложные гидраты могут образовываться в космическом вакууме при очень низких температурах. По физическим свойствам все они очень схожи, в частности, испаряются примерно при одинаковой температуре и с близкими скоростями.

Современные модели «новых» комет представляют ядро как очень рыхлое образование, типа гигантского снежного кома. После многократных прохождений близ Солнца «новая» комета стареет, ее ядро уменьшается за счет потери большей части летучих из поверхностного слоя и покрывается коркой из нелетучих соединений.

С другой стороны, ядра «старых» комет, к которым относят и комету Галлея, хорошо описываются «пятнистой» моделью. Такое название связано с предположением о том, что в поверхностной теплоизолирующей корке имеются дыры, трещины или другие обнажения подкоркового вещества с высоким содержанием летучих соединений, из которых происходит интенсивная сублимация этих веществ, вплоть до истечения газовых струй, способных вызывать реактивное ускорение кометного ядра.

Массы ядер комет, вероятно, лежат в пределах от нескольких тонн (мини-кометы) до 10¹¹—10¹² т. Измерить массы кометных ядер пока не удается по причине их малости. Более или менее точно удалось оценить только массу ядра кометы Галлея по его гравитационному влиянию на космические зонды «Вега-1 и -2» (СССР) и «Джотто» (ЕКА), сблизившиеся с ним в марте 1986 г. В тот момент масса ядра была близка к 6?10¹¹ т.

Тогда же было подтверждено, что ядро кометы Галлея представляет ледяную глыбу (по форме напоминающую картофелену. Размер этого тела вдоль большой оси около 14 км., а вдоль двух малых осей — по 7,5 км. Ядро вращается вокруг малой оси с периодом 53 часа. Температура поверхности ядра на расстоянии 0,8 а.е. от Солнца была 360 К (87°С). Поверхность ядра оказалась очень темной, отражающей лишь 4% света (примерно как свеженакатанный асфальт). Вероятно, ледяное тело кометы действительно покрыто теплоизолирующим слоем из тугоплавких частиц (металлов, серы, кремния, их окислов и других соединений), существование которого предполагал Уиппл в своей модели. Там, где лед испаряется, струи водяного пара, углекислого и других газов вместе с пылью вырываются из-под коры. В момент прохождения перигелия комета каждую секунду теряла около 45 т. газообразных соединений и 5-8 т. пыли.

Рис. Ядро кометы Галлея.

Легко подсчитать, что запасов летучего вещества должно хватить комете Галлея на сотню тысяч лет. За это время она может совершить еще около 1300 оборотов вокруг Солнца, а затем, вероятно, пополнит число вымерших комет. Это бывшие кометные ядра, которые уже не проявляют признаков активности и по наблюдаемым характеристикам ничем не отличаются от астероидов.