Содержание
История открытия
Галлея – первая в истории изучения космоса комета с доказанной периодичностью. Вплоть до эпохи Возрождения в европейской науке был признан взгляд Аристотеля, который полагал, что кометы – это возмущения в атмосфере Земли. Но при этом многие античные философы высказывали предположения о природе этих космических тел.
В 1680-1681 годах 24-летний Галлей наблюдал яркую комету, называемую часто кометой Ньютона. Сначала она приближалась к Солнцу, а потом удалялась, что противоречило первоначальному представлению о прямолинейном движении.
Исследуя этот вопрос, Галлей понял, что центростремительная сила, действующая на комету со стороны Солнца, должна убывать обратно пропорционально квадрату расстояния.
На основании обнаруженного периода и с учетом грубых приближений воздействия больших планет, ученый предсказал возвращение кометы в 1758 году.
Предсказание Галлея подтвердилось, но комету не могли обнаружить до 25 декабря 1758 года, когда ее заметил немецкий крестьянин и астроном-любитель И. Палич.
Через перигелий комета прошла только 13 марта 1759 года. К задержке на 618 дней привели возмущения, вызванные притяжением Юпитера и Сатурна. За два месяца до нового появления кометы запаздывание было предварительно вычислено А. Клеро, которому помогали Ж. Лаланд и мадам Н.-Р. Лепот. Погрешность расчетов составила всего 31 день.
Галлей умер в 1742 году, не дожив до возвращения кометы. Подтверждение возвращения комет было первой демонстрацией того, что не только планеты могут обращаться вокруг Солнца. В честь Галлея французский астроном Н. Лакайль в 1759 году назвал комету его именем.
Наблюдения кометы
Уникальность кометы Галлея в том, что, начиная с древнейших наблюдений, в исторических источниках было отмечено по меньшей мере 30 ее появлений. Первое достоверно идентифицируемое наблюдение относится к 240 году до н. э.
Описание кометы впервые появилось в 530 году в китайской династийной «Книге Вэй» и ряде византийских хроник. Но первое научное наблюдение с целью ее исследования относится к 1456 году.
Наиболее ценные наблюдения объекта сделал итальянский врач и астроном Паоло Тосканелли, с 8 июня по 8 июля он ежедневно измерял координаты кометы.
В 1468 году для римского папы Павла II был написан анонимный трактат «De Cometa», в котором также приводятся результаты наблюдений и определения координат кометы.
В 1531 году Петер Апиан заметил, что хвост кометы всегда направлен в направлении от Солнца. В 1607 году комету наблюдал Иоганн Кеплер. Он решил, что комета движется через солнечную систему по прямой.
1759 год — Первое предсказанное появление кометы Галлея. Через перигелий комета прошла 13 марта 1759 г. К появлению кометы в 1835 году была предсказана не только дата прохождения перигелия, но и рассчитана эфемерида.
Астрономы начали искать комету с помощью телескопов с декабря 1834 года. Обнаружил комету Галлея в виде слабой точки 6 августа 1835 г. директор небольшой обсерватории в Риме С. Дюмушель. 20 августа в Дерпте ее переоткрыл В. Я. Струве, который спустя двое суток смог наблюдать комету невооруженным взглядом.
В октябре комета достигла 1-й звездной величины и имела хвост протяженностью около 20 градусов.
В. Я. Струве в Дерпте с помощью большого рефрактора и Дж. Гершель в экспедиции на мысе Доброй Надежды сделали множество зарисовок кометы, которая постоянно изменяла свой вид.
Бессель, также следивший за кометой, заключил, что на её движение оказывают заметное влияние негравитационные реактивные силы испаряющихся с поверхности газов.
17 сентября В. Я. Струве наблюдал покрытие звезды головой кометы. Никакого изменения блеска звезды зарегистрировано не было, и это позволило сделать вывод о крайней разреженности вещества головы и крайней малости центрального ядра.
Комета прошла перигелий 16 ноября 1835 г., всего на сутки позже предсказания Ф. Понтекулана, что позволило ему уточнить массу Юпитера, приняв её равной 1/1049 массы Солнца (современное значение 1/1047,6). Дж. Гершель следил за кометой вплоть до 19 мая 1836 года.
Минимальное расстояние от Земли составило всего 0,15 а. е., и комета представляла собой яркое небесное явление. Комета была обнаружена на подлете 11 сентября 1909 на фотопластинке М. Вольфом в Гейдельберге с помощью телескопа-рефлектора с апертурой 72 см, оборудованного фотокамерой, в виде объекта 16—17 звездной величины.
Фото кометы Галлея в 1910 году
Фото кометы Галлея 8 марта 1986 года
Еще более слабое изображение позже нашлось на фотопластинке, полученной 28 августа. Комета прошла перигелий 20 апреля (на 3 дня позже предсказания Ф. Х. Кауэлла и Э. К. Д. Кроммелина) и в начале мая представляла собой яркое зрелище на предрассветном небе. В это время сквозь ее хвост прошла Венера.
18 мая комета оказалась между Солнцем и Землей, которая тоже на несколько часов погрузилась в кометный хвост, который всегда направлен от Солнца. В тот же день комета прошла по диску Солнца.
Тот же результат был получен по наблюдениям в Афинах. Правильность этой оценки (максимальный размер ядра оказался около 15 км) удалось подтвердить во время следующего появления, когда ядро удалось исследовать с близкого расстояния с помощью космических аппаратов.
В конце мая — начале июня 1910 г. комета имела 1-ю звездную величину, хвост имел длину около 30 градусов. После 20 мая она стала быстро удаляться, но фотографически регистрировалась до 16 июня 1911 г.
В ходе многочисленных исследований было получено около 500 фотографий головы и хвоста кометы, около 100 спектрограмм. Было также выполнено большое число определений положения кометы, уточнивших ее орбиту. На основании исследований очертаний головы кометы с помощью длиннофокусных астрографов С. В. Орлов построил теорию формирования кометной головы.
18 мая 1910 года Земля должна была пройти через хвост кометы, это открытие спровоцировало предсказания конца света, панику и ажиотажный спрос на шарлатанские «антикометные таблетки» и «антикометные зонтики». На самом деле, как поспешили отметить многие астрономы, хвост кометы настолько разрежен, что не может оказать никаких негативных эффектов на земную атмосферу.
18 мая и в последующие дни были организованы разнообразные наблюдения и исследования атмосферы, но никаких эффектов, которые можно было бы связать с действием кометного вещества, обнаружено не было.
В феврале, во время прохождения перигелия Земля и комета Галлея были по разную сторону от Солнца, что не позволило наблюдать комету в период наибольшей яркости, когда размер хвоста был максимален. Кроме того, из-за возросшего со времени последнего появления светового загрязнения вследствие урбанизации большинство населения вообще не смогло наблюдать комету.
Вдобавок, когда в марте и апреле комета была достаточно яркой, она была почти не видна в Северном полушарии Земли.
С 1984 по 1987 год проходили две программы по наблюдениям кометы: советская СоПроГ и международная программа The International Halley Watch. После окончания программы исследования Венеры мимо кометы пролетели советские межпланетные станции «Вега-1» и «Вега-2».
Вега-1» начала передавать изображения кометы Галлея 4 марта 1986 года с расстояния 14 млн км, именно с помощью этого аппарата удалось впервые в истории увидеть ядро кометы.
«Вега-2» пролетела мимо кометы на расстоянии 8045 км 9 марта. В общей сложности аппараты передали на Землю более 1500 изображений.
Данные измерений двух советских станций были в соответствии с совместной программой исследований использованы для коррекции орбиты космического зонда Европейского космического агентства «Джотто», который смог 14 марта подлететь к комете на расстояние 605 км.
Определенный вклад в изучение кометы Галлея внесли также два японских аппарата: «Суйсэй» (пролет 8 марта, 150 тысяч км) и «Сакигакэ» (10 марта, 7 млн км, использовался для наведения предыдущего аппарата).
Пять космических аппаратов, исследовавших комету, получили неофициальное название «Армада Галлея».
Последний раз сближение кометы с Землей наблюдалась 6—8 марта 2003 года тремя «Очень большими телескопами» ESO в Серро-Параналь, Чили, когда ее звездная величина составляла 28,2 и она прошла 4/5 расстояния до самой дальней точки орбиты.
Эти телескопы наблюдали комету при рекордных для комет расстоянии (28,06 а. е. или 4200 млн км) и звездной величине, чтобы отработать методы поиска очень тусклых транснептуновых объектов.
Орбита
Обращение кометы происходит по сильно вытянутой эллиптической орбите с эксцентриситетом 0,967. При последнем возвращении она имела в перигелии расстояние до Солнца равное 0,587 а. е. (между Меркурием и Венерой) и расстояние в афелии более 35 а. е. Вариации периода и орбитальных элементов связаны с гравитационным влиянием больших планет, мимо которых пролетает комета.
Вследствие большого эксцентриситета орбиты скорость кометы Галлея по отношению к Земле является одной из самых больших среди всех тел Солнечной системы. При пролете мимо Земли в 1910 году она составила 70,56 км/с.
Поскольку орбита кометы сближается с земной орбитой в двух точках, порождаемая кометой Галлея пыль образует два наблюдаемых на Земле метеорных потока: эта-Аквариды в начале мая и Ориониды в конце октября.
Результаты численного моделирования показывают, что комета Галлея находится на нынешней орбите от 16 000 до 200 000 лет. Хотя точное численное интегрирование орбиты невозможно из-за появления неустойчивостей, связанных с возмущением планет на интервале более чем несколько десятков оборотов.
Структура
Структуру поверхности кометы удалось изучить с помощью миссий космических аппаратов «Вега» и «Джотто». При приближении к Солнцу с поверхности ее ядра начинают сублимироваться летучие вещества с малой температурой кипения: вода, моноксид, оксид углерода, метан, азот и, возможно, другие замерзшие газы. Этот процесс приводит к образованию комы, которая может в поперечнике достигать 100 000 км.
Испарение этого грязного льда высвобождает пылевые частицы, которые относятся газом от ядра. Молекулы газов в коме поглощают солнечный свет и переизлучают его затем на разных длинах волн, а пылевые частицы рассеивают солнечный свет в различных направлениях без изменения длины волны. Эти процессы приводят к тому, что кома становится видимой для наблюдателя.
Но и в хвосте пыль и газ ведут себя по-разному.
Ультрафиолетовое излучение солнца ионизирует часть молекул газов, и давление солнечного ветра, представляющего собой поток испускаемых Солнцем заряженных частиц, толкает ионы, вытягивая кому в длинный хвост кометы, который может иметь протяженность более чем 100 миллионов километров.
Изменения в потоке солнечного ветра могут даже приводить к наблюдаемым быстрым изменениям вида хвоста и даже полному или частичному обрыву.
Ионы разгоняются солнечным ветром до скоростей в десятки и сотни километров в секунду, много больших, чем скорость орбитального движения кометы. Поэтому их движение направлено почти точно в направлении от Солнца, как и формируемый ими хвост I типа.
Несмотря на огромный размер комы, ядро кометы Галлея относительно мало и имеет неправильную форму картофелины с размерами 15х8х8 км.
Масса также относительно мала, около 2,2-10 кг, при средней плотности около 600 кг/м. Это, по всей вероятности, означает, что ядро состоит из большого числа слабо связанных фрагментов, образующих груду обломков.
Поскольку ядро кометы имеет нерегулярную форму, его вращение также является довольно сложным. Хотя во время космических миссий были получены детальные изображения лишь около 25% поверхности ядра кометы. Они свидетельствуют о чрезвычайно сложной топографии с холмами, впадинами, горными хребтами и по крайней мере одним кратером.
Ученым удалось выяснить, что пылевые частицы в основном представляют собой смесь углеродно-водородно-кислородно-азотных соединений, обычных вне Солнечной системы, и силикатов, которые составляют основу земных горных пород.
Соотношение дейтерия и водорода в водяном паре, высвобождаемом с поверхности ядра, сначала предполагалось аналогичным тому, что наблюдается в Мировом океане на Земле, что могло означать, что кометы того же типа, могли в далеком прошлом обеспечить Землю водой.
Однако последующие наблюдения показали, что содержание дейтерия в кометном ядре гораздо выше, чем в земной воде. Это делает гипотезу о кометном происхождении земной воды маловероятной.
Частые вопросы
Комета Галлея нечасто пролетает так близко от планет, к тому же существенное влияние на ее динамику, оказывают только Юпитер и Сатурн, поэтому хаотическая составляющая проявляется только на временах в тысячи лет. На этапе наблюдений до 15 века, она старалась подальше держаться от больших планет, что и позволило проявиться ее периодическим наклонностям, а авторам НХ открыть свой «китайский периодический закон». Расчеты на середину первого тысячелетия до нашей эры не очень надежны и могут иметь погрешность порядка месяца, а расчет еще более древних появлений без существенного уточнения орбиты вообще лишен смысла.
Комета достигнет афелия в декабре 2023 года, после чего начнёт снова сближаться с Солнцем. Теперь появления кометы ученые ждут в 2061 году. Многим взрослым людям дожить до этого времени — уже достижение. Поскольку пролет произойдёт летом, 28 июля, а комета на сей раз будет на стороне Земли, учёные полагают, что это станет одним из самых эпичных событий в астрономии. 9 сентября 2060 комета Галлея пройдет на расстоянии 0,98 а. е. от Юпитера, и затем 20 августа 2061 года приблизится на расстояние 0,0543 а. е. (8,1 млн км) к Венере. В 2134 году ожидается, что Галлея пройдет на расстоянии 0,09 а. е. (13,6 млн км) от Земли. Ее видимая величина во время этого появления будет около −2,0.
Существует группа комет, называемых кометами семейства Галлея, потому что они имеют те же орбитальные характеристики, что и Галлея. В том числе они так же сильно наклонены к орбитам Земли и других планет Солнечной системы. Тем не менее, у этого семейства есть ряд склонностей, что побуждает других астрономов предполагать, что они могут иметь иное происхождение, чем комета Галлея. Некоторые предполагают, что эти кометы могли развиться из членов облака Оорта или из Кентавров (объектов, которые обычно находятся ближе всего к Юпитеру и поясу Койпера).
Предполагаемое время жизни кометы Галлея может составлять приблизительно 10 миллионов лет. Последние исследования показывают, что она испарится или распадется на две через несколько десятков тысячелетий или будет выброшена из Солнечной системы через несколько сотен тысяч лет. За последние 2000-3000 возвращений ядро кометы Галлея уменьшилось в массе на 80-90%.
