Кометы. Странники Солнечной системы

Как вы видите, задача дистанционного изучения состава ядра сложная и неоднозначная. Все ученые соглашались с тем, что для полного понимания химии кометных ядер нужно изучать их напрямую, и впервые это удалось сделать, как я уже рассказывал, в 1986 году, когда «Армада Галлея» передала на Землю неоценимые научные данные, в том числе и о химическом составе выбросов с поверхности кометы. По данным космического аппарата «Джотто», в их составе содержится 80 % воды, 10 % окиси углерода, 2,5 % смеси метана и аммиака, а также немного других углеводородов, железа и натрия. На поверхности ядра были обнаружены два вида пыли: одна с преобладающим содержанием углерода, водорода, азота и кислорода, и другая, в состав которой в большей степени входили кальций, железо, магний, кремний и натрий.

Спустя 28 лет на поверхность кометы Чурюмова – Герасименко сел спускаемый аппарат «Филы», открыв тем самым новую эру в исследовании кометных ядер. Миссия «Розетта» и «Филы» дали новые знания, опровергли или подтвердили построенные учеными теории. Оказалось, что около 80 % объема кометного ядра составляют пустоты, а исходя из движения «Розетты» на орбите вокруг ядра кометы, ученым с достаточно высокой точностью удалось рассчитать его массу – 10 миллиардов тонн. Средняя объемная плотность ядра составила 0,4 г/см ³, что даже меньше принятого значения. Было измерено и соотношение тяжелой и обычной воды. Выяснилось, что оно в 3,5 раза выше, чем среднее значение для воды земных океанов. Помимо богатых залежей водяного льда был обнаружен иней, образующийся при быстрой конденсации паров воды на теневой стороне ядра в результате его вращения. Спускаемому аппарату, несмотря на все его злоключения, все же удалось установить, что толщина поверхностного пылевого слоя составляет 20–25 см, а скрывающийся под ней первозданный древний водяной лед имеет очень низкую прочность на сжатие, менее 12 Па, то есть, он мягче свежевыпавшего снега. Помимо этого открытия, «Филы» нашел на поверхности ядра кометы следы полутора десятков органических молекул, четыре из которых были обнаружены в составе комет впервые.

Собрав все полученные с таким трудом знания о кометных ядрах, мы можем с достаточной степенью достоверности ответить на один из главных вопросов: так что же представляет собой «сердце» кометы? Ученые прошли долгий путь от «роя песка» Литтлтона, «грязного снежка» Уиппла, через «ледяной комок грязи» к пониманию того, что кометы – это конгломерат каменных тел с вкраплениями льда. Астрономы пока точно не определились с соотношением минералов и льдов. Предлагаются оценки от трех к одному до шести к одному и даже выше. А малая средняя плотность ядра связана с тем, что большую часть его внутреннего объема занимают полости, заполненные летучими веществами при сублимации льдов, главным из которых является водяной лед – его содержание в среднем составляет от 80 до 90 %. Именно поэтому кометы резко увеличивают свою активность при прохождении снеговой линии водяного льда, которая в Солнечной системе лежит в пределах от 2,7 до 3,1 астрономической единицы от Солнца. На этой границе температура водяного льда достигает 140–170 кельвинов, и он начинает сублимироваться. Активность льдов из углекислого газа и метана начинается значительно дальше от Солнца, при более низкой температуре, а лед из угарного газа может начать «закипать» уже при пересечении орбиты Нептуна. Если комета богата именно таким льдом, она будет достаточно активна даже на больших гелиоцентрических расстояниях.

Итак, именно космические миссии дали главный толчок к развитию наших знаний о загадочных кометных ядрах, вечно скрытых под непроницаемой вуалью газа и пыли, составляющей кометную кому или, как ее еще называют – голову кометы, которую мы и видим, рассматривая далекого странника Солнечной системы в телескоп. По сравнению со скромной величиной ядер, эти образования могут достигать поистине исполинских размеров. К примеру, диаметр головы кометы Хейла – Боппа превышал 2 миллиона километров! И конечно, динамика и эволюция этих гигантских структур неразрывно связана как с активностью и вращением самого ядра, в особенности для ее внутренней части, так и с активностью Солнца, поток ионизированных частиц которого совместно с давлением солнечного света «сдувает» часть вещества, образуя разные по своей природе протяженные хвосты – наверное, главный визуальный элемент комет. Но к ним мы вернемся позже, а сейчас пришло время рассказать о коме.