Книга: Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

О происхождении комет и их эволюции

В процессе многократных прохождений вблизи Солнца кометы либо истощаются и становятся похожими на астероиды, либо разрушаются и рассеиваются, превращаясь в метеорные потоки, либо сталкиваются с более крупными телами. Казалось бы, число комет должно со временем уменьшаться. Но в действительности количество вновь открываемых комет не уменьшается, а скорее наоборот. Конечно, отчасти это происходит потому, что возрастает количество наземных обсерваторий, увеличиваются наблюдательные возможности и даже просто становится больше людей, занимающихся поиском новых комет. Тем не менее, по оценкам ученых поток комет во внутренние области Солнечной системы не ослабевает. Поэтому, естественно предположить, что взамен исчезающих комет откуда-то постоянно «приходят» новые.

Происхождение комет — это наиболее сложная и интересная проблема для астрономов, изучающих кометы. Лет 50 назад казалось, что ответы на главные вопросы уже получены. В конце 1940-х гг. советские космогонисты О.Ю. Шмидт, Б.Ю. Левин и В.С. Сафронов показали, что в процессе роста планет-гигантов (особенно Юпитера и Сатурна) их гравитационные возмущения становятся настолько сильными, что начинается массовый выброс более мелких первичных тел (планетезималей) из ближайших к орбитам гигантов кольцевых зон. Практически все тела, не вошедшие к этому моменту в состав планет, были выброшены из этих зон. Выброс планетезималей не только мог существенно повлиять на эволюцию пояса астероидов и планет земной группы, но и мог создать на периферии Солнечной системы резервуар кометных тел, из которого они приходят сейчас.

В 1950 г. голландский астрофизик Ян Оорт, проанализировав движение известных в то время 19 долгопериодических комет, обнаружил, что афелии их первичных орбит удалены на расстояние около 200000 а.е. от Солнца. Оорт предположил, что Солнечная система окружена гигантским облаком кометных тел или ледяных планетезималей, которых по его оценке насчитывается до 10¹¹ тел. Если в 1950 г. Оорт исходил из предположения о том, что эти тела были «заброшены» на такие расстояния в результате взрыва гипотетической планеты (которая раньше якобы существовала на месте современного главного пояса астероидов), то уже в 1951 г. он согласился с выводами шмидтовской школы. Предсказанное им кометное облако в дальнейшем стали называть «облаком Оорта». Заметим однако, что идею о существовании связанного с Солнцем семейства комет высказывал еще в начале 1870-х гг. Дж. Скиапарелли.

Итак, согласно гипотезе Оорта, это облако является тем резервуаром комет, в котором они «хранятся» и из которого под действием гравитационных возмущений от сближающихся с Солнцем звезд или гигантских газо-пылевых облаков попадают во внутреннюю область нашей планетной системы как «новые кометы». Однако те же гравитационные возмущения должны вызывать и рассеяние этого облака со временем, поэтому вопрос о его стабильности в течение времени существования Солнечной системы пока не решен.

Новые кометы становятся долгопериодическими, если возмущения от планет-гигантов или других планет не переводят их в разряд короткопериодических. Но о происхождении последних были и специальные гипотезы. Так называемую «эруптивную» гипотезу предложил в 1812 г. Ж.-Л. Лагранж. Он полагал, что кометы рождаются при вулканических выбросах с планет-гигантов. В середине XX в. эта гипотеза была развита С.К. Всехсвятским, который «перенес» источник эруптивных выбросов комет с планет-гигантов на их крупные спутники (где позже действительно была обнаружена вулканическая активность).

Но гипотезы Оорта и Лагранжа-Всехсвятского приходят в противоречие с наблюдательными данными о короткопериодических кометах. Орбиты этих комет лежат близко к плоскости эклиптики. Это обстоятельство свидетельствует о возможной общности их происхождения. В последнее время ряд ученых развивает гипотезу о том, что большинство короткопериодических комет появляется из реликтовых поясов ледяных планетезималей (поясов Казимирчак-Полонской), возникших при формировании Солнечной системы и сохранившихся между планетами-гигантами близ плоскости эклиптики. Как показывают расчеты, между орбитами всех больших планет имеются весьма широкие кольцевые зоны, в которых пояса малых тел могут быть вполне устойчивыми. Минимальные расстояния между зонами сильных возмущений (сферами Хилла) соседних больших планет составляют: 4,0 а.е. (Юпитер—Сатурн), 9,2 а.е. (Сатурн—Уран) и 11,2 а.е. (Уран—Нептун). Все эти величины превышают аналогичное расстояние для пары Марс—Юпитер (3,2 а.е.), в пределах которого стабильно существует главный пояс астероидов.

Сильным аргументом в пользу существования таких поясов является и открытие «занептунного» пояса Койпера, в котором уже обнаружено около двухсот крупных тел размером 100—800 км. Их орбиты простираются до 200 а.е. Пояс Койпера уже можно рассматривать как источник долгопериодических комет, приходящих в центральную область Солнечной системы в результате столкновений между телами этого пояса. С другой стороны, пока не ясно, почему обнаружено так мало кометных тел (кроме астероида-кометы Хирона и еще нескольких подобных объектов) на расстояниях, соответствующих предполагаемым поясам Казимирчак-Полонской. Остается надеяться, что дальнейшие исследования комет позволят ответить на эти вопросы.