Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Однако эта мысль утвердилась не сазу. Еще Аристотель – могучий авторитет среди научного мира, задумываясь о природе комет, выдвинул гипотезу, что кометы имеют земное происхождение. Они, якобы, порождаются в атмосфере Земли, «висят» на сравнительно небольшой высоте, медленно проплывая по небу.

Удивительно, что точка зрения Аристотеля господствовала около двух тысячелетий, и никакие попытки поколебать ее не давали положительного результата. Хотя некоторые ученые склонны были думать, что кометы все-таки приходят из каких-то далеких, неведомых нам глубин космического пространства. Только в конце XVI века идея Аристотеля была опровергнута.

В конце XVI века астрономы наблюдали яркую комету с двух наблюдательных пунктов, очень удаленных друг от друга. Если бы комета находилась в атмосфере, т.е. недалеко от наблюдателей, то должен был бы наблюдаться параллакс: с одного пункта комета должна быть видна на фоне одних звезд, а с другого - на фоне других. Однако наблюдения показали, что никакого параллакса не было, и, значит, комета находилась гораздо дальше, чем Луна. Земная природа комет была опровергнута, что сделало их еще более таинственными. Одна тайна сменилась другой, еще более заманчивой и недоступной.

У многих астрономов сложилось мнение, что кометы приходят к нам из межзвездных глубин, т.е. не являются членами Солнечной системы. В какой-то момент даже предполагалось, что кометы приходят к Солнцу по прямолинейным траекториям и по таким же прямолинейным траекториям уходят от него.

Трудно сказать, сколько времени продолжалось бы такое положение, если бы не одно важнейшее событие в истории человечества.

Гениальный естествоиспытатель, великий физик и математик Исаак Ньютон завершил выдающийся научный труд, связанный с анализом движения планет вокруг Солнца, и сформулировал закон всемирного тяготения: сила взаимного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату между ними.

Согласно этому закону природы все планеты движутся вокруг Солнца не произвольным образом, а строго по определенным орбитам. Орбиты эти представляют собой замкнутые линии.

Галлей обратился к Ньютону с предложением рассмотреть, как должны двигаться кометы в соответствии с законами всемирного тяготения.

Даже сейчас обработка данных, полученных в результате космического эксперимента и наземных наблюдений, продолжается.

Кометы, которые нам удается наблюдать, приходят к нам с далеких окраин Солнечной системы. По сегодняшним представлениям более 100 миллиардов кометных ядер населяют эти окраины, которые отстоят от Земли в 10 тысяч раз дальше, чем Солнце.

Есть предположение, что кометные ядра образовались в одно время со всей Солнечной системой и поэтому могут являть собой образцы того первичного вещества, из которого впоследствии образовались планеты и их спутники. Свои первозданные свойства ядра могли сохранить благодаря своему «постоянному месту» вдали от Солнца и больших планет, оказывающих огромное влияние на ближайшее окружение.

.Гипотезы захвата комет из межзвездного пространства и их вулканического происхождения весьма немирно сосуществовали рядом, не желая уступить друг другу пальму первенства. Однако в 1950 году они были сильно потеснены одной старой идеей в новом оформлении.

Еще в 1932 году один из выдающихся астрономов, Эрнст Эпик, высказал идею о возможной концентрации большого количества облаков кометных и метеоритных тел, «подчиняющихся» Солнцу, несмотря на то, что размещались они на расстоянии четырех световых дней от него.

В 1950 году голландский астроном Ян Оорт, исследуя ряд долгопериодических комет, обнаружил, что их афелии (наиболее удаленные от Солнца точки орбит) концентрируются вблизи границы Солнечной системы. Можно было бы посчитать этот результат малопримечательным, тем более, что количество комет было совсем небольшим – 19. Однако Оорт увидел за этим явление большого масштаба. Он возродил к жизни идею Эпика о хранилище кометных ядер на «задворках» Солнечной системы. Из его исследований вытекало, что зона, оккупированная кометами, простирается в поясе от 30 до 100 тыс. а. е. от Солнца.

Сам Оорт полагал на первых порах, что кометы образовались в процессе взрыва Фаэтона. Взрыв, по его мнению, был настолько силен, что большая часть мелких осколков была заброшена так далеко, что попала под косвенное влияние соседних звезд, да так и осталась на окраинах Солнечной системы.

И хотя красивая гипотеза о Фаэтоне оказалась несостоятельной, идея забрасывания вещества из внутренних областей Солнечной системы во внешние, в дальнейшем получила подтверждение.

Сегодня механизм образования облака Эпика – Оорта выглядит приблизительно так. В эпоху гравитационного «склеивания» планет из газопылевого облака формировалось большое количество сгустков вещества или так называемых зародышей. Однако не все зародыши обрастали веществом с одинаковой скоростью. Некоторые значительно опережали своих ближайших и дальних соседей. Так, будущие планеты-гиганты, не набрав еще массы Земли и Марса, начали проявлять свой агрессивный «характер». Все, что эти планеты не в силах были поглотить, они выталкивали своим гравитационным полем далеко от своих «участков». Главной помехой в этой выталкивающей деятельности было Солнце, старавшееся удержать даже любую мелочь на ее исконных орбитах. Но чем дальше от Солнца формировалась планета-гигант, тем легче ей было проявлять самостоятельность и по-своему вершить судьбы более мелких тел. Поэтому основным поставщиком кометных ядер в облако Эпика – Оорта был Нептун. Поскольку Нептун расположен очень далеко от Солнца, то все его окружение живет в состоянии вечного холода и, следовательно, содержит большое количество летучих веществ, которые не могли удержаться в более близких Солнцу телах. Именно содержание таких веществ и характерно для планет, которые удалось выудить из далекого облака.

Тело, заброшенное Нептуном в облако, существует там до тех пор, пока что-нибудь не уменьшит его скорость обращения вокруг Солнца. Этим «что-нибудь» могли быть возмущения со стороны соседних звезд. Конечно, если возмущение не уменьшит, а увеличит скорость кометного ядра, то ядро может покинуть Солнечную систему навсегда.

Итак, планеты забросали всю периферию Солнечной системы кометными ядрами. Приближаясь к Солнцу, ядра начинают испаряться, обрастают кометами, формируют хвосты.

Описанная вкратце модель Оорта, – разумеется, не окончательно решает вопрос о происхождении комет и, особенно о способах забрасывания их внутрь планетной системы.

3. Кометные орбиты.

Согласно результатам исследований Ньютона, кометы движутся либо по эллиптическим, либо по параболическим, либо по гиперболическим орбитам, причем в фокусе каждой орбиты находится Солнце. Фокус кривой – это некоторая точка F , лежащая в плоскости этой кривой. Фокусы у парабол, гипербол и эллипсов расположены вблизи закруглений этих кривых. Очевидно, что у параболы и гиперболы имеется по одной такой точке, в ней и находится Солнце, а у эллипса таких точек две, и Солнце находится в одной из них.

Астрономам достаточно вычислить орбиту кометы, и эта орбита сама «скажет», вернется ли комета к Солнцу, или навсегда покинет его. Если комета окажется параболической или гиперболической, т.е. незамкнутой, то комета, имеющая такую орбиту, уже никогда не вернется. Каждая из них имеет фокус, в котором расположено Солнце, но у них нет конечных значений величины а (большая полуось эллиптической орбиты). Поэтому вместо значения а в случаях параболических и гиперболических кометных орбит используют величину q – расстояние перигелия от Солнца. Для гиперболических орбит эксцентриситет е > 1, а для параболических – всегда е=0. Для определения формы и расположения гиперболических орбит применяют параметры е, i, ,, q, параболических - i, ,, q.

Как полагают многие ученые, ядра комет, имеющих параболическую или гиперболическую орбиту, удаляясь от Солнца с все уменьшающейся скоростью, на расстоянии порядка 150 тысяч астрономических единиц от него почти останавливаются. Постепенно там образовался огромный рой, миллиарды кометных ядер – так называемое облако Оорта (по имени голландского ученого А.Оорта, который выдвинул эту гипотезу). Поскольку тяготение Солнца на столь больших расстояниях ничтожно, ядра могут оставаться там почти без движения бесконечно долго. Лишь изредка, испытав гравитационное возмущение, к примеру, от проходящей недалеко звезды, часть ядер в облаке начинает перемещаться, некоторые из них, возможно, в сторону Солнца.

Совсем другое дело, если орбита окажется эллиптической. Поскольку эллипс – линия замкнутая, комета должна обязательно вернуться в ту точку пространства, в которой ее уже наблюдали с Земли.

Сколько же времени нужно комете, движущейся по эллипсу, чтобы сделать один оборот? Это зависит от различных параметров эллипса, в частности от расстояния между его фокусами. Чем меньше это расстояние, тем быстрее комета совершит оборот вокруг Солнца.

Точная форма любого эллипса однозначно определяется величиной а большой его полуоси и значением некоторой величины е – эксцентриситета, характеризующего «степень сплюснутости» эллипса. Эксцентриситет е=0 для окружности, а для эллипса 0<е<1. И чем ближе значение е к 0, тем больше эллипс походит на окружность, а чем ближе его значение к единице, тем больше эллипс сплюснут и вытянут вдоль большой оси. Например, для планетных орбит Солнечной системы е=0,1, и поэтому эти орбиты почти круговые. А для большинства эллиптических кометных орбит е=1 (т. е. эти орбиты представляют собой очень вытянутые эллипсы). Кометы, движущиеся по таким орбитам, в точке наибольшего сближения с Солнцем (перигелии) могут оказываться даже внутри орбиты Меркурия – ближайшей к Солнцу планеты, а в точке наибольшего удаления от Солнца (афелии) – находиться далеко за орбитами планет Солнечной системы.

В астрономии величину а полуоси эллиптической орбиты тела Солнечной системы принято выражать в астрономических единицах (а. е.). Кометы, движущиеся по эллипсам с большими полуосями до 20 а. е., имеют периоды обращения Т<100 (короткопериодиодичес­кие кометы). У долгопериодических комет (Т>100 лет) большие по­луоси орбит измеряются тысячами астрономических единиц.

В соответствии с одним из законов Кеплера, открытых в начале XVII в., кометы движутся быстрее всего в перигелии, а медленнее – в афелии. Например, для кометы с а=20 000 а. е. скорость в перигелии может составить 600 км./с, а в афелии – 1 см./с.

Для таких комет период обращения вокруг Солнца может составлять миллионы и десятки миллионов лет.

На большой оси эллипса по обе стороны от ее центра симметрично располагаются две точки – фокусы эллипса. В одном из фокусов эллиптической кометной орбиты находится Солнце, под действием притяжения которого движется комета. Расположение кометной орбиты в пространстве определяется прежде всего наклонением i орбиты, т. е. величиной угла наклона плоскости орбиты кометы к плоскости орбиты Земли, или к плоскости эклиптики. При этом говорят, что комета имеет прямое движение, если 0⁰ < i < 90⁰ и обратное, если 90⁰ < i < 180⁰ . Ясно, что при i не равном 0 одна часть кометной орбиты располагается над плоскостью эклиптики, другая – под этой плоскостью, если всю

картину рассматривать из северного эклиптикального полупро­странства (т. е. наблюдать перемещение Земли вокруг Солнца про­исходящим против часовой стрелки).

Кометная орбита пересекает плоскость эклиптики в точках, называемых узлами орбиты: в одном из них – восходящем – комета из полупространства под плоскостью орбиты Земли «восходит» в полупространство над ней, а в другом – нисходящем – «нисходит» из полупространства над плоскостью эклиптики в полупространство

под нею. Прямая, проходящая через Солнце и через узлы орбиты В плоскости эклиптики есть фиксированная прямая линия, проходящая через Солнце и соединяющая так называемые точки весеннего и осеннего равноденствий. Величина одного из углов между этой прямой и пересекающейся с ней в Солнце линией узлов называется долготой восходящего узла орбиты.

Наклонение орбиты i, долгота восходящего узла орбиты и долгота перигелия, т. е. величина угла между направлениями от Солнца на восходящий узел и на перигелий, однозначно определяют положение орбиты в пространстве.

Пять элементов орбиты – а, е, i, и  - полностью определяют как форму эллиптической кометной орбиты, так и ее расположение относительно земной орбиты.

4. Точность определения кометных орбит.

Для вычисления точного положения кометы в пространстве кроме параметров, описывающих форму орбиты и ее расположение, необходим еще момент Т₀ времени прохождения кометы через перигелий.

Элементы орбиты можно определить, если есть не менее трех наблюдений кометы. И без учета возмущающего действия на комету притяжения со стороны других тел Солнечной системы, задача нахождения этих элементов, в общем, кажется не столь сложной. Если же на практике по нескольким наблюдениям определить орбиту кометы и предвычислить ее эфемериду(т. е. положение ее на небе на период видимости), в следующее возвращение кометы к Солнцу ее можно либо вообще не найти, либо, случайно «переоткрыв» ее, увидеть, что элементы орбиты значительно изменились под влиянием гравитационных возмущений со стороны больших планет Солнечной системы. Дело в том, что вычисленная по нескольким наблюдениям комета без учета возмущений со стороны планет эллиптическая, параболическая или гиперболическая орбита – это так называемая оскулирующая орбита кометы, подчас значительно отличающаяся от реальной, по которой комета движется среди планет Солнечной системы. На практике оскулирующая орбита кометы пересчитывается на все более отдаленные в прошлое моменты времени с постоянным учетом гравитационных возмущений. Процедура пересчета элементов кометной орбиты производится до того момента, когда орбита окажется не подверженной влиянию со стороны больших планет. Такая орбита называется первичной. Первичная орбита кометы, будучи одной из кривых конического сечения (окружность, эллипс, парабола или гипербола), позволяет судить о принадлежности кометы к Солнечной системе. Большинство первичных кометных орбит – эллиптические, т. е. большинство комет - члены нашей Солнечной системы. Но стали ли они членами Солнечной системы, придя из межзвездных пространств, или всегда принадлежали к семейству планет Солнца? В каждом конкретном случае нужно специальное исследование.

Согласно теории движения комет, и среди комет, имеющих гиперболические первичные орбиты, лишь незначительное количество может оказаться «небесными гостьями» из межзвездных глубин: большая часть таких орбит возникла в результате гравитационных возмущений со стороны больших планет Солнечной системы.

Говоря об эллиптических, гиперболических и параболических орбитах, следует иметь в виду два момента.

Во-первых, поскольку эксцентриситет е для эллиптических орбит может принимать любые значения в пределах 0 < е < 1, а для гиперболических – любые больше 1, очевидно, что теоретически допустимо существование бесчисленного количества таких орбит с различными значениями эксцентриситета е^<_>1. Так как для всех параболических орбит е=1, т. е. эксцентриситет е может принимать единственное значение, вероятность возникновения параболической кометной орбиты должна быть исчезающе малой. Тогда можно допустить, что в большинстве случаев установленные для комет параболические орбиты, скорее всего либо очень вытянутые эллипсы, либо гиперболы со значениями эксцентриситета близким

к 1.

Во-вторых, элементы кометной орбиты обычно определяются лишь по ничтожно малому отрезку траектории движения кометы в непосредственной близости от Солнца. Поэтому при небольшом количестве наблюдений степень достоверности установления формы орбиты может оказаться невысокой, хотя вычисленная орбита и является наилучшим образом соответствующей наблюдениям среди всех других возможных орбит кометы. В 1976 году польский ученый К. Рудницкий открыл новую комету. Орбита ее, вычисленная американскими специалистами по наблюдениям с 15 по 22 октября 1976 года, была определена как параболическая. По 14 наблюдениям кометы Рудницкого в период с 15 октября по 26 октября того же года польские ученые определили ее орбиту как эллиптическую с периодом обращения, равным 15 годам. Позже по мере присоединения новых наблюдений кометы ее орбита принята опять параболической с новыми значениями элементов, затем – гиперболической, а потом – еще раз параболической. Наконец, по 42 наблюдениям за период с 15 октября по 5 декабря 1976 года орбита кометы Рудницкого окончательно была определена как гиперболическая.

Этот пример может служить иллюстрацией трудностей, с кото­рыми ученые сталкиваются при определении кометной орбиты по малому количеству наблюдений.

Причина свечения комет и их химический состав

Во времена Ломоносова еще ничего не было известно о законе изменения блеска комет и тем более об их спектрах. Однако Михаил Васильевич Ломо-

носов со свойственной ему научной проницатель­ностью охарактеризовал свечение комет с точки зрения, близкой к современной. Он писал: «Комет бледного сияния и хвостов причина недовольно еще изведана, которую я без сомнения в электрической силе полагаю...»

Светись комета только отраженным светом, ее блеск с приближением к Солнцу (после учета изме­нения ее расстояния от Земли) менялся бы обратно пропорционально квадрату расстояния ее от Солнца. Примерно так и ведет себя блеск ее звездообразного ядра, что согласуется с тем, что оно состоит в основ­ном из твердых кусков, попросту отражающих свет Солнца.

Это подтверждается также и характером спектра ядра. Обычно он является копией солнечного спект­ра, как и полагается спектру отраженного света. Но когда ядро кометы приближается к Солнцу, то в его спектре появляются яркие линии излучения натрия. В спектре ядра кометы 1882 г., подошедшей чрезвычайно близко к Солнцу, были обнаружены даже яркие линии железа и никеля, пропавшие, когда комета от него удалилась. Потом исчезли и линии натрия. Все это нужно объяснить тем, что твердое ядро кометы, когда оно подходит очень близко к Солнцу, нагревается настолько, что начи­нает испаряться, превращаясь в раскаленный, све­тящийся пар. Натрий превращается в пар и светится при меньшей температуре, чем железо, .т. е. на боль­шем расстоянии от Солнца; ближе к нему не выдер­живает и железо. Распределение яркости в голове кометы вследствие таких процессов подробно иссле­довал теоретически Д. О. Мохнач (в Ленин­граде).

Характеристики

Список файлов реферата