Говорят о кометах всё чаще. Насколько правдиво утверждение о приближении к Солнцу самой крупной в истории кометы? И несёт ли она опасность для Земли? Фильм «Не смотрите вверх» показывал угрозу… Naked Science разбирается, где у кометы голова, хвост и где фантазии Голливуда.
Прямо сейчас к Солнцу летит огромная комета Бернардинелли—Бернштейна (C/2014 UN 271). Астрономы давно подозревали, что эта открытая в 2014 году хвостатая гостья необычно велика. Теперь… измерилиДиаметр ее ядра составил 137 ± 17 километров по данным радиотелескопа ALMA. Это значительное значение: типичные ядра комет измеряются единицами или первыми десятками километров. Человечество ранее не наблюдало таких крупных комет, за исключением объекта Хирон из группы. кентавровЖивущая между Юпитером и Нептуном, пасущееся… Считать кентавров кометами или астероидами — большой вопрос, скорее это что-то среднее. Предыдущий рекордсмен — комета Хейла—Боппа с ядром около 74 километров в поперечнике.
Читатели, родившиеся тридцать лет назад и ранее, помнят величественное зрелище кометы Хейла—Боппа 1997 года. Огромный хвостатый объект был ярче всех ночных светил, кроме Венеры и Луны. Тем, кто родился позже, не стоит отчаиваться: у них больше шансов дожить до визита знаменитой кометы Галлея в 2061 году.
Комета Бернардинелли—Бернштейна не покажет нам зрелища небесной красоты в 2031 году: она будет находиться на расстоянии 11 астрономических единиц от Солнца, то есть не достигнет орбиты Сатурна.
Вместе с тем это гарантирует отсутствие угрозы для Земли со стороны космического гостя. Необходимо отметить: объект размером 140 километров уничтожил бы все живое, кроме, возможно, бактерий в земной коре. Слава Богу, столкновения с телами такого размера происходили только во времена формирования Земли, когда Солнечная система была заполнена космическим мусором. Потому удивительно не то, что на этот раз всё обошлось, а то, что столь огромная комета вообще появилась в нашей системе.
Из чего они сделаны
Комета – это ледяной объект, который иногда приближается к Солнцу настолько, что нагревается, испаряется и образует хвост.
Вдали от Солнца это ледяной астероид — компактный объект размером в несколько километров (реже — десятков километров), лишенный атмосферы и хвоста. Часто называют комком грязного снега: комета состоит главным образом из льда, не только водяного. Замерзшая вода сопровождается замерзшим аммиаком, метаном и углекислым газом.
Вода всё же доминирует. Существует предположение, что даже аммиачный и иной «неводный» лед может находиться в кометах в виде гидратов — соединений с водой. Такая теория более полно объясняет спектры комет, чем простейшая, где экзотические льды присутствуют в чистом виде.
Нет тайн в изобилии воды, потому что H… 2Оксид водорода — самое распространенное сложное вещество во Вселенной. Вся она состоит на 77% из этого соединения водорода с кислородом, занимающим почетное третье место. На втором месте – гелий, который не любит вступать в химические связи. Планетологи до сих пор спорят о роли комет в формировании океанов молодой Земли. По некоторым данным, мы обязаны хвостатым как минимум трети живительной влаги на нашей планете.
Помимо льдов в кометах присутствуют силикатные породы различной крупности: от мелкой пыли до крупных скал. Органика — ещё один любопытный компонент кометного состава. Преимущественно это простые соединения, такие как упомянутый ранее метан или циановодород (HCN). Но встречаются и более замысловатые вещества. отловленныхАнализ образцов атмосферы кометы Чурюмова—Герасименко зондом «Розетта» показал наличие преимущественно сложной органики. Кометы могли способствовать доставке на древнюю Землю органического материала, из которого возникла жизнь.
В состав комет входят также и металлы, хотя в весьма малых количествах. В фильме «Не смотрите вверх» хвостатое небесное тело оказывается источником редких металлов, необходимых для электронной промышленности. Техномиллиардер желает завладеть этим богатством, но его авантюра заканчивается плохо для Земли. В реальности тем, кто стремится к металлам, лучше обратить внимание на астероиды, чем на кометы. А ещё лучше — научиться перерабатывать отходы, но это уже другая история.
Как вырастить хвост
Приближаясь к Солнцу, комета тает под его воздействием. Поток газа от испарившегося льда утягивает за собой пыль. Ледяной астероид преображается в… ядро кометы, окутанное атмосферой — комой. Ядро и кома — это голова кометы, а вот хвоста у нее пока еще нет.
Кома обычно образуется вблизи от Солнца на расстоянии около 10 а. е. Комета Бернардинелли—Бернштейна отличалась: первые признаки истечения газов были заметны уже с 24 а. е. Это связано с тем, что комета очень велика и, похоже, совершает первый визит к Солнцу, поэтому только начала расходовать запасы льда.
В 3–4 астрономических единицах от Солнца у кометы начинается рост хвоста. Это вещество комы, которое растягивается давлением солнечного света в направленный от Солнца шлейф. Хвост кометы может простираться на десятки и даже сотни миллионов километров. Он настолько разрежен, что с точки зрения земного инженера представляет собой глубокий вакуум, поэтому астрономы называют кометные хвосты «видимым ничто». В такой разреженной среде каждый атом предоставлен самому себе. Так что, поглощая фотон солнечного света, он не сталкивается с другими атомами и испускает точно такой же фотон. Именно так возникает этот свет из пустоты. Есть, правда, и более тонкие, не до конца изученные механизмы свечения.
Облачное хранилище
В базе данныхЛаборатория реактивного движения NASA насчитывает более 3600 комет. Эта информация постоянно меняется, так как новую комету можно обнаружить даже с помощью любительского телескопа, а профессиональные системы наблюдения небесных тел находят их множеством.
Более 2800 комет (почти 80%) — долгопериодические, совершающие один оборот более чем за 200 лет. Чаще это десятки и сотни тысячелетий. Местные кометы приходят к нам с малоизученных окраин Солнечной системы.
Примерно 800 хвостатых комет — короткопериодические. Самая быстрая из них — комета Энке, которая облетает Солнце чуть более чем за три года. Комета Галлея же тратит на один оборот 76 лет. Считается, что все короткопериодические кометы начинали как долгопериодические, но потом гравитацией планет-гигантов были сбиты с пути и застряли вблизи Солнца. Все такие кометы разбиты на семейства по именам планет, которые их «удержали»: семейство Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.
На окраинах владений Солнца расположено множество крошечных ледяных тел, но почти ни одно из них не пересекает орбиту Нептуна. Что же заставляет ядро будущей кометы изменить курс и отправиться в головокружительный вояж к звезде?
В середине XX века считали, что столкновение ядер комет друг с другом привело к такому эффекту. Однако такое столкновение может уменьшить большую полуось орбиты (среднее расстояние до Солнца), но никак не увеличить ее. Орбиты долгопериодических комет очень вытянутые и протяженные. Следовательно, родина комет расположена невероятно далеко от нашей звезды.
Так в построениях теоретиков родилось облако ОортаОбласть, начинающаяся в тысячах и заканчивающаяся сотнями тысяч астрономических единиц от звезды, вмещает спящие кометные ядра. Слабая связь этих ядер с Солнцем позволяет нарушить их орбиты не только столкновениями друг с другом, но и гравитацией пролетающей мимо звезды.
Облако Оорта никогда никто не видел. Ни один телескоп не способен рассмотреть маленькие холодные объекты на таком расстоянии. Существование его — гипотеза, призванная объяснить происхождение долгопериодических комет. И в последние годы эта гипотеза подвергается сомнениям.
Пояс Койпера, располагающийся в десятках астрономических единиц от Солнца, а за ним рассеянный диск, содержат как мелкие объекты, способные стать кометными ядрами, так и крупные, которые могут влиять на орбиты будущих комет своей гравитацией. Такая гравитационная сила может значительно растянуть орбиту объекта, что сделает его похожим на пришельника из гипотетического облака Оорта. В связи с этим некоторые астрономы считают необходимым отказаться от гипотезы о существовании облака Оорта. Тем не менее сообщество пока не готово к такому радикальному шагу.
Как умираюткометы
Ничто вечно не существует, не только под Луной, но и над ней. Кометы не только появляются: со временем стареют и исчезают.
Механизм старения комет понятен. Кома и хвост образуются из вещества ядра, которое испаряется. Всё испаряющееся в конечном итоге полностью испарит.
В 1986 году к комете Галлея приблизились советские аппараты «Вега-1» и «Вега-2», а также европейский «Джотто». Аппараты обнаружили, что ядро кометы — черное, как свежий асфальт: оно отражало только 4 процента падающего света. Комета уже 32 раза обошла Солнце за время существования человечества. Ледяная глыба покрылась плотной коркой из пыли и льда, которая образовалась в процессе испарения льда. Корка могла бы предохранять лед от дальнейшего испарения, но она была неоднородной, с дырами и трещинами. Поверхность ядра была разогрета почти до 90 градусов Цельсия из-за максимального сближения с Солнцем. Ежесекундно небесное тело теряло 45 тонн газа и 5–8 тонн пыли. При таких темпах самая знаменитая комета продержится еще около 1300 оборотов вокруг Солнца, если до этого она не распадется на части и не превратится в метеорный поток. Если же тугоплавкий остаток ядра сохранит целостность, он перейдет в разряд вымерших комет, которые отличаются от астероидов только своей славной историей.
Угроза с неба
Ещё более впечатляющий, хотя и реже встречающийся способ гибели кометы — падение на планету. Впервые астрономы такое событие наблюдали в 1994 году, когда фрагменты кометы Шумейкера—Леви врезались в Юпитер. Правда, в 2009 году наблюдатели заметили в атмосфере этой газовой гиганты что-то похожее на след свежего удара, но само столкновение не удалось зафиксировать.
Падали ли кометы на Землю? Да. Могло ли это произойти в историческое время? Возможно. Существует гипотеза, что Тунгусское тело было фрагментом ядра кометы. Несмотря на 10-мегатонный взрыв, поваливший лес на десятки километров вокруг, так и не был обнаружен ни кратера, ни обломков метеорита. Это легко объяснить падением «кома грязного снега», но никак не каменного астероида. Кроме того, метеорит пришел с направления, совпадающего с радиантом метеорного потока Таурид, который связан с кометой Энке.
В фильме «Не смотрите вверх» к Земле приближается комета размером 9 километров. Процесс ее открытия и расчёта траектории показан с грубыми ошибками. Авторы называют её «убийцей планет» и угрожают, что она уничтожит всё живое. Ученые пытаются донести до людей о необходимости хотя бы попытаться её обезвредить, но общество… таково оно и есть. Из хаоса управленческой глупости рождается проект техномиллиардера.
Он хочет отправить к комете роботов, которые разрушат её ядро на 30 частей. Затем каждый робот (в несколько раз превышающий человека по размерам) возьмет свой фрагмент кометы и мягко опустит его на Землю. Металлы с кометы будут доступны для добычи. Кстати, роботов создают всего за несколько месяцев (это вызывает нервный смех у тех, кто знаком со сроками подготовки реальных космических миссий).
Предприятие окончилось неудачей: комету раздробить не удалось. Неэффективны оказались ни «квантовые взрыватели», ни «ядерные реакции, изученные в CERN». Какие же именно реакции? Был ли на борту частных дронов ядерный заряд, или в CERN обнаружили ядерные процессы в куске льда? Когда целая комета упала на Землю, это спровоцировало землетрясения и извержения вулканов во всем мире.
Падение объекта размером девять километров спровоцирует крупные цунами и пожары, которые могут привести к ядреной зиме. В этом случае сценарий напоминает гибель динозавров, о которой говорят сторонники астероидной теории. Об уничтожении всей жизни на Земле говорить не стоит. Будет одно локальное землетрясение в момент удара. Вулканы останутся незатронутыми происшествием.
Тридцатая часть ядра кометы, если оно сферическое, составит почти три километра в диаметре. Для расчета нужно делить не диаметр, а объем, хотя возможно в Голливуде не знают школьной геометрии. Такая конструкция будет двигаться со скоростью в десятки километров в секунду. И как робот размером в несколько метров мог бы удержать и посадить такую махину? этоМожет быть, таким креативным разработчикам не стоит доверить создание не только летающих роботов, но и кухонных стульев. Вселенная, как обычно, гораздо сложнее и интереснее вымысла. Отвлекшись от киноэкрана, посмотрите вверх. Там где-то есть кометы.