Астрономия. Популярные лекции

Рис. 7.22. Ядро кометы Хартли 2 (103P/Hartley) размером 2,2÷0,5 км, имеющее чрезвычайно темную поверхность с альбедо A = 0,028 и форму, напоминающую нечто среднее между кеглей для боулинга и огурцом (фото: космический зонд «Deep Impact», NASA, 4 ноября 2010).

Рис. 7.23. Ядро кометы Чурюмова — Герасименко с потоками испаряющегося вещества. Фото зонда «Розетта» (ESA, NASA), 2014 г.

Массы ядер комет, вероятно, лежат в пределах от нескольких тонн (мини-кометы размером в метры) до 10¹¹–10¹² т («айсберги» размером в десятки километров). Измерить массу точно удается лишь в том случае, если космический зонд движется по орбите вокруг ядра, а это до сих пор было лишь однажды — когда зонд «Rosetta» (ESA) в 2014–2016 гг. изучал комету Чурюмова — Герасименко (67P/C-G). При размере ее ядра примерно 5×3 км его масса составила 10¹⁰

т, а средняя плотность — 0,53 г/см³. Пролеты зондов вблизи других ядер комет (1P/Halley, 9P/Tempel, 19P/Borrelly, 81P/Wild, 103P/Hartley) также указывают на их низкую плотность: от 0,3 до 0,6 г/см³. Учитывая, что вещество кометы — это грязный лед с плотностью около 1 г/см³, мы приходим к выводу о высокой пористости этого вещества. Примерно половина объема кометного ядра — это пустота. Но что это: мелкие поры или крупные каверны и пещерные лабиринты, — мы пока не знаем.

Какова продолжительность жизни кометы? Это зависит от ее орбиты. Если перигелий орбиты превышает 10÷15 а. е., комета испаряется очень медленно, а если при этом ее орбитальный период составляет сотни тысяч или миллионы лет, то она вообще практически не меняется и служит «вечным холодильником» протопланетного вещества. Но короткопериодические кометы, подлетающие к Солнцу на 1÷3 а. е., эволюционируют очень быстро и, соответственно, живут недолго. Например, комета 103P/Hartley имеет орбитальный период 6,5 года, афелий около 6 а. е. и перигелий около 1 а. е., то есть «живет» между орбитами Юпитера и Земли. При собственной массе около 300 млн тонн при каждом сближении с Солнцем она теряет около 1 млн тонн вещества, следовательно, ей суждено полностью испариться через несколько сотен оборотов, т. е. примерно через тысячу лет.

Рис. 7.24. Ядро кометы Галлея и испаряющееся с него вещество. Фото космического зонда «Джотто», 1986 г.

Еще один пример. Ядро кометы Галлея (1P/Halley) имеет картофелеобразную форму, длину около 15 км и ширину около 8 км. Ее орбитальный период 75,3 года, афелий 35 а. е. и перигелий 0,586 а. е. В момент прохождения перигелия комета каждую секунду теряет около 45 т газообразных соединений и 5÷8 т пыли. Легко подсчитать, что запасов летучего вещества комете Галлея должно хватить на сотню тысяч лет. За это время она может совершить еще около 1300 оборотов вокруг Солнца, а затем полностью «высохнет» и, вероятно, пополнит число вымерших комет. Это бывшие кометные ядра, которые уже не проявляют признаков активности и по наблюдаемым характеристикам ничем не отличаются от астероидов.

В последние десятилетия астрономы много спорили о роли астероидов и комет в обеспечении юной Земли водой и органическими веществами, необходимыми для зарождения и развития жизни. Выяснить, откуда на Земле вода, помогает ее изотопный состав. Среди молекул обычной воды H₂O изредка попадаются молекулы тяжелой воды D₂O и полутяжелой воды HDO, в которых атом легкого водорода (H) заменен полностью или частично его тяжелым изотопом — дейтерием (D). В химическом смысле это та же вода, поэтому никакие реакции не могут изменить соотношение изотопов D/H, которое у земной воды чуть больше, чем 10^–4.

Как показывает анализ изотопного соотношения молекул воды земных океанов, астероидов и комет, скорее всего, вода на Землю была принесена астероидами Главного пояса, а не кометами. Оказалось, что в веществе комет отношение D/H в 2÷3 раза выше, чем в земной воде, зато у астероидов оно почти такое же, как на Земле. Впрочем, не исключено, что именно кометы снабдили нашу планету органическими веществами вплоть до аминокислот — «кирпичиков», из которых состоят белки земных организмов.

Первые намеки на наличие в составе комет глицина — простейшей аминокислоты — были получены в 2006 г., когда на Землю вернулась капсула зонда «Stardust» (NASA) с образцами вещества кометы Wild-2. Но тогда наличие глицина списали на земное загрязнение. Однако «Розетта» обнаружила глицин непосредственно на месте — в коме кометы Чурюмова — Герасименко.