Документ 5. Комета Галлея в семье комет
 Скачать 24.68 Kb.
|
ВВЕДЕНИЕКометы – тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов, обычно со светлым сгустком-ядром в центре и хвостом. Они представляют собой остаточный материал, образовавшийся при зарождении нашей Солнечной системы. Кометы состоят из различных видов льда – замерзших воды, метана. Аммиака и углекислого газа. В эту ледяную смесь заключены песочная пыль, крупные камни и куски металла. Все эти материалы входили в межзвездное облако, из которого образовались Солнце и планеты. Кометы - самые эффектные и самые загадочные тела Солнечной системы. Такими они были на протяжении всей истории человечества, такими остаются и до настоящего времени. В течение последних 300 лет астрономы узнали многое о кометах, о физическом строении и химическом составе их атмосфер, об эволюции их орбит и научились с большой точностью предсказывать возвращение периодических комет. Однако целый ряд вопросов кометной астрономии - физическое строение и химический состав ядер, процессы, происходящие в голове и хвосте кометы во время ее стремительного полета вблизи Солнца, - до сих пор остаются без ответа; данные, которыми располагает наука, пока не позволяют выходить за рамки гипотез. Объектом номер "один" для космических исследований целым рядом стран избрана комета Галлея - самый активный старожил среди большого семейства короткопериодических комет. Комета Галлея - первая в истории астрономии, для которой был достаточно точно определен период обращения вокруг Солнца (он меняется в пределах от 74 до 79 лет). Это исключительно важное открытие было сделано выдающимся и разносторонним английским ученым Э. Галлеем, имя которого благодарное потомство сохранило за удивительной кометой. С кометой Галлея связано окончательное торжество закона всемирного тяготения; она - единственная из периодических комет, движение которой было прослежено по историческим документам в прошлом, и ее история благодаря этому насчитывает 22 века. Комета Галлея в семье кометМногочисленная семья комет Солнечной системы относится к группе малых тел, к которой также принадлежат малые планеты (астероиды) и огромное количество метеорных тел. Но в отличие от других малых тел кометы обладают удивительной способностью при приближении к Солнцу развивать из сравнительно небольших по размерам ядер (1 - 5 км) громадные газово-пылевые оболочки (атмосферы), превосходящие по своей протяженности все известные объекты Солнечной системы, включая Солнце. Среди комет самая знаменитая и широко известная, о которой, вероятно, слышали все, - комета Галлея. В чем же кроется секрет такой популярности и почему эта комета представляет такой интерес для науки? Если ответить кратко, то – в сочетании параметров орбиты с удивительной "молодостью", черты которой комета проявила во всех известных науке появлениях, на протяжении по крайней мере более двух тысячелетий. Кроме того, орбита кометы почти касательна к орбите Земли. Среди короткопериодических комет можно найти кометы достаточно близкие по одному или двум параметрам к комете Галлея – по периоду обращения и по эксцентриситету. И тем не менее об этих кометах никто (кроме специалистов) не слыхал и тем более ни для одной из них не обнаружено ни одного появления в исторических хрониках; комета Галлея в этом отношении явление исключительное! Особенности орбиты кометы Галлея выделяют ее из всех периодических комет. А сравнительно кратковременное пребывание в окрестности Солнца при возвращении к перигелию – раз в 76 лет! – позволяют ей сохранить в значительной степени нерастраченным тот, по-видимому, громадный запас "горючего материала", который комета получила при своем "рождении" и который так щедро тратит при встречах с Солнцем. Это обстоятельство в значительной мере и привлекает к ней внимание исследователей. Средний период обращения кометы вокруг солнца, как уже говорилось, составляет Р=76 лет. Однако он может колебаться из-за планетных возмущений в пределах нескольких лет: от 74,4 г. (оборот 1835 – 1910) до 79,2 г. (оборот 451 – 530). Источником грандиозных голов и хвостов кометы Галлея, наблюдавшихся различными поколениями жителей Земли в ее многочисленных появлениях, является почти трехкилометровое ледяное ядро, загрязненная снежная глыба или ком, состоящий в основном из водяного льда с примесью льдов других жидкостей и газов и твердой компоненты из пыли и более крупных минеральных фрагментов. С кометой Галлея связано два метеорных потока: Акварид и Орионид. Первый поток Акварид наблюдается ежегодно с 21 апреля по 12 мая, достигая максимума активности 5 мая, когда Земля находится в непосредственной близости от орбиты кометы Галлея. Однако указанный поток труднодоступен для наблюдений в северном полушарии, так как его радиант восходит пред утром и кульминирует в светлое время. Зато в южном полушарии он является вторым по активности. Перед самым рассветом, когда восходит созвездие водолея, в начале мая можно увидеть, как по темному небу быстро скользят красивые яркие метеоры, порожденные кометой Галлея. В среднем один такой метеор наблюдается каждые 2 – 3 минуты. Второй поток – Ориониды – тоже ежегодный, наблюдается с о 2 октября по 7 ноября, достигая максимума 21 октября, когда Земля приближается к орбите кометы Галлея, попадая в разреженные части метеорного роя, сопутствующего комете. Пространственная плотность Орионид в 7 раз меньше Акварид, но этот поток даже кажется более обильным, чем майские Аквариды, из-за того, что радиант Орионид поднимается высоко над горизонтом. В это время красивое зрелище пролета яркого метеора по ночному небу можно наблюдать примерно через каждые 2 минуты. Оба потока считаются одними из самых древних и длительных. История открытия кометы ГаллеяИстория кометы Галлея, теряющаяся в глубине веков, уже триста лет интересует астрономов. За это время были изучены европейские, китайские, японские, вьетнамские хроники и русские летописи, накоплен богатый исторический материал о появлении комет, из которого удалось путем тщательного и скрупулезного анализа выделить то, что относится к комете Галлея. Кометная астрономия не знает ни одной периодической кометы, для которой удалось бы в хрониках найти до ее открытия хотя бы одно упоминание, одно наблюдение. Только комета Галлея удостоилась этой чести, и ее история, ее движение с большой точностью теперь прослежены в прошлое не на один, не на два, – а на 30 оборотов – более чем на 2 тысячи лет! Эдмунд Галлей (1656 – 1742) – английский астроном, один из руководителей обсерватории в Гринвиче, математик, востоковед, геофизик, инженер, мореплаватель, переводчик, издатель, дипломат. Он жил в бурную, богатую научными и общественно-политическими событиями эпоху. Был другом Ньютона, который, открыв закон всемирного тяготения, считал, что кометы движутся вокруг Солнца по параболическим орбитам в соответствии с этим законом. Ньютон опубликовал методику расчета этих орбит, и, используя эту методику, Галлей рассчитал орбиты для большого числа комет, появление которых было зафиксировано к тому времени, т. е. наблюдавшихся в промежутке с 1337 по 1698 год. В 1705 г. Галлей опубликовал "Обзор кометной астрономии". Он непрерывно собирал и обдумывал материал, проводил утомительные вычисления, готовя к публикации один из основных трудов своей жизни, доставивший ему неувядаемую славу. Эта работа, как пишет он сам, "плод обширного и утомительного труда".1 В результате этих расчетов выяснилось, что орбиты трех комет, появлявшихся соответственно в 1531, 1607 и 1682 годах, очень схожи между собой. О существовании периодических комет в то время никто еще не подозревал, и Галлей вычислял орбиты в предположении, что кометы движутся по очень вытянутым эллипсам, близким к параболам. Из этого можно было сделать два вывода: либо допустить, что в пространстве по параболическим орбитам, очень близким друг к другу, движутся три кометы (поразительная случайность), либо предположить, что это появление одной и той же кометы. И Галлей делает чрезвычайно смелое, необычное для того времени предположение. "Довольно многое заставляет меня думать, - пишет он, - что комета 1531 г., которую наблюдал Аппиан, была тождественна с кометой 1607 г., описанной Кеплером и Лонгомонтаном, а также с той, которую я сам наблюдал в 1682 г.: все элементы сходятся в точности, а разность периодов не столь велика, чтобы ее нельзя было приписать каким-нибудь физическим причинам". Он правильно увидел причину небольших расхождений элементов орбиты кометы в возмущающем влиянии больших планет и, в первую очередь, Юпитера и Сатурна. Определив среднюю величину для периода для этой кометы, Галлей нашел, что она должна вернуться к перигелию либо в конце 1758, либо в начале 1759 года. Удостовериться лично в этом ему не удалось, он умер в 1742 г. Вся последующая история кометы Галлея и ее появление в 1759 г. связана с именем Алексиса Клеро (1713 – 1765), одного из самых выдающихся математиков Франции, в 25 лет ставшего академиком. По предложению члена Парижской Академии наук Жозефа Лаланда (1732 – 1807) Клеро первоначально собирался, руководствуясь идеей Галлея, учесть влияние Юпитера на комету лишь на небольшой части ее орбиты, когда оба тела были близки друг к другу. В конце концов обнаружилось, что точное решение задачи невозможно без учета влияния Сатурна, масса которого лишь в три раза меньше массы Юпитера. Объем задачи и связанные с нею трудности, казалось, превосходили человеческие силы. В процессе этого труда Клеро разработал первый математический метод численного исследования движения кометы в поле тяготения Солнца с учетом возмущений от двух больших планет – Юпитера и Сатурна. Для помощи в проведении вычислений Клеро обратился к Лаланду, обладавшему большим опытом вычислений, который, в свою очередь, привлек к этой работе Николь-Рейн-Этабль де Лабрийер Лепот (1723 – 1788) – женщину, всецело преданную науке, жену знаменитого тогда конструктора и теоретика часовых механизмов. Благодаря самоотверженному и героическому труду этого замечательного трио, гигантская по своим масштабам работа была закончена вовремя. Правда, в течение полугода все торе работали, не щадя здоровья и сил и не считаясь со временем, все отдавая вычислениям. Пришел наконец долгожданный 1758 год. Все астрономы мира жаждали получить подтверждение предположения, высказанного Галлеем. Честь открытия кометы выпала на долю немецкого астронома-любителя Палича. В рождественскую (25 декабря) 1758 г. ночь ему посчастливилось поймать эту комету в объектив своего небольшого телескопа с фокусным расстоянием 2,4 метра. Это был первый случай удачного поиска кометы астрономом-любителем. А также первый успех в использовании телескопа для поиска комет. Таким образом, был установлен факт существования короткопериодических комет, которые подобно Венере, Юпитеру, Земле и другим планетам являются членами Солнечной системы, движущимся в космическом пространстве вокруг Солнца под действием его притяжения. В память о заслугах Галлея эта комета и стала носить его имя. Впоследствии она появлялась и приближалась к Солнцу в 1835, 1910 и 1986 годах. 1910 год. Земля проходит через хвост кометы ГаллеяЕще в 1835 г. были названы две даты следующего возвращения кометы Галлея к перигелию в 1910 г. – 9 мая (Розенбергер) и 24 мая (Понтекулан). В 1907 – 1908 гг. гринвичские астрономы Ф. Г. Коуэлл (1870 – 1949) и А. К. Кроммелин (1865 – 1939) опубликовали предварительные результаты своих вычислений (начатых с целью проверки данных Понтекулана), в соответствии с которыми момент прохождения через перигелий приходился на 8 апреля. В своих вычислениях они впервые использовали численное интегрирование с переменным шагом, что значительно повышало точность вычислений и уменьшало их объем. Были учтены возмущения от Венеры, Земли, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Убедившись в том, что предсказание Понтекулана нуждается в уточнении, Коуэлл и Кроммелин предприняли новые, более точные, вычисления с 1759 по 1910 гг. и опубликовали новый момент прохождения через перигелий – 17 апреля 1910 г. поиски кометы начались почти за полтора года до этой даты – с начала 1909 г. – но долго оставались безуспешными. Комету в созвездии Рыб обнаружил 11 сентября 1909 г. Макс Вольф – директор Гейдельбергской обсерватории. 15 сентября комету наблюдали визуально с помощью крупнейшего в мире метрового рефрактора Йерксской обсерватории (США, Чикаго). Уже первые наблюдения показали, что поправка к результатам Коуэлла и Кроммелина составляет 3 дня, т. е. точность предсказания осталась на уровне прошлого появления. Коуэлл и Кроммелин тщательно проверили свои вычисления, повторили их с уменьшением вдвое шага интегрирования, увеличили точность и устранили некоторые мелкие ошибки. Тем не менее для момента прохождения через перигелий было получено значение лишь немного лучше данного ими ранее, а именно Т=17,51 апреля 1910 г. После соответствующего анализа они пришли к выводу, что по крайней мере 2 дня из оставшегося расхождения не могут быть объяснены ошибками вычислений, неточным знанием положений больших планет или их масс. Сейчас мы знаем, что причина этих расхождений кроется в действии негравитационных сил. Взаимное положение Земли и кометы при этом появлении было таково, что утром 19 мая комета точно располагалась между Солнцем и Землей на расстоянии 22,5 млн. километров от Земли. Так как длина хвоста кометы Галлея к этому времени превышала 30 млн. км, то Земля, двигаясь по своей орбите, должна была пройти через ее хвост. Сообщения об этом проникли в широкую печать. В это время с помощью спектрального анализа было твердо установлено, что в составе кометных атмосфер наблюдались молекулярные полосы циана, угарного газа и других соединений. Поэтому быстро распространились слухи об отравлении земной атмосферы опасными для здоровья людей ядовитыми кометными газами. Газеты запестрели тревожными сообщениями о большой опасности, которая грозит человечеству 19 мая 1910 г. Как и предсказывали астрономы, Земля 19 мая 1910 г. "столкнулась" с хвостом кометы Галлея. Однако даже самые чувствительные приборы не зафиксировали никаких необычных явлений в атмосфере Земли, которые можно было бы однозначно связать с этим событием. Это лишний раз подтверждало издавна известную астрономам истину, что кометы – это "видимое ничто", через которое без всяких последствий и прошла наша Земля. Так что волна страха, прокатившаяся по многим странам в мае 1910 г., не имела под собой никакой почвы. Пройдя через хвост кометы Галлея, Земля сыграла роль своеобразного зонда. К сожалению, ученые в то время не располагали космическими ракетами (до запуска первого искусственного спутника Земли оставалось еще более 47 лет). Между тем тогда достаточно было подняться над земной атмосферой, чтобы оказаться непосредственно в кометном хвосте и собрать некоторое количество кометной пыли и газа для анализа. Следует отметить, что Земля уже неоднократно проходила через хвосты комет и эффект всегда был одним и тем же – никакого влияния на процессы в земной атмосфере вещество хвостов различных комет не оказывало. Астрономы, а также многие любители астрономии внимательно следили за всеми изменениями, происходившими в хвосте и голове кометы Галлея с момента ее открытия М. Вольфом 11 сентября 1909 г. и до последнего наблюдения 15 июня 1911 г. За весь период наблюдений кометы Галлея при ее появлении 1909 – 1911 гг. было получено более тысячи ее астронегативов, более сотни спектрограмм, много сотен рисунков кометы и большое число определений ее экваториальных координат в различные моменты времени. Весь этот богатый материал позволил детально исследовать характер движения кометы по орбите, изучить изменение блеска и геометрических размеров головы и хвоста с изменением гелиоцентрического расстояния, изучить типы хвостов, структурные особенности и химический состав головы и хвоста, а также ряд других физических параметров ядра кометы и окружающей его атмосферы. Основные итоги изучения громадного и разнообразного материала, состоящие из 26 пунктов, были опубликованы Бобровниковым в 1931 г. Природа и происхождение кометы |