Учеба  ->  Науки  | Автор: | Добавлено: 2015-03-23

Физические явления в комета

Астрономия – одна из важнейших наук об окружающем нас мире, изучающая наиболее глубокие законы мироздания, процессы гигантских космических масштабов. Человека всегда интересовало, что представляет собой мир, в котором мы живем, какие явления скрываются за великолепной россыпью звезд, украшающей ночное небо Земли. В ходе астрономических исследований перед людьми не раз возникали удивительные загадки.

Я искренне признаюсь, что являюсь лишь начинающим любителем астрономии. И как юный астроном подобрал себе занятие по силам – больше узнать о кометах. Метод моей работы – анализ литературы , содержащей сведения о малых телах Солнечной системы – кометах.

Годы, люди и народы

Убегают навсегда,

Как текучая вода

В гибком зеркале природы

Звезды – невод, рыбы – мы,

Боги – призраки у тьмы.

Понятие кометы

Кометы – тела Солнечной системы, имевшие вид туманных облаков, обычно со своим сгустком – ядром в центре и хвостом. Слово «комета» в переводе с латинского означает «волосатая звезда». И в дальние времена, и в средние века кометы изображены чаще всего как отрубленные головы с развевающимися волосами. Светлые туманные оболочки, окружающие небольшое ядро, длинный хвост, быстрое движение среди звёзд – всё это делает комету непохожей на остальные небесные светила. Когда комета приближается к Солнцу на расстояние порядка 600 – 700 млн. км и под действием солнечного излучения газы, содержащиеся в его ядре, начинают испаряться, они выносят наружу каменистые и ледяные частицы. Ледяные частицы тут же испаряются, окутывая ядро туманной оболочкой – атмосферой кометы. Эта оболочка непрерывно рассеивается в космическом пространстве, одновременно пополняясь выделяющимися из ядра газами. Под действием солнечного ветра и светового давления солнечных лучей, кометные газы и твёрдые частицы уносятся в сторону, противоположную Солнцу.

«Кошмарный» вид яркой кометы, в полнеба, внезапно появлявшейся на фоне пусть непонятного, но привычного звёздного неба, не мог не вселять ужас в сердца впечатлительного человечества. Вид кометы – зрелище впечатляющее. По своему блеску она может быть как Венера, например, и даже как Луна в полнолуние.

И в древности, и в средние века, и даже в ХIХ веке «кометных ужасов было предостаточно. Не следует думать, однако, что научное изучение комет отсутствовало. Отнюдь нет. Уже в древних китайских хрониках отражён фундаментальный научный факт, лежащий в основе современных представлений о физике комет, заключающийся в том, что хвосты всегда направлены в сторону, противоположную Солнцу. Об этом известно также римскому философу Луцию Сенеке.

Однако эволюция научных представлений о кометах прошла долгий и извилистый путь длиною боле двух с половиной тысяч лет. Путь этот лежал от звездочётов Древнего Вавилона (Халдеи) и Древнего Египта до Эдмунда Галлея и Исаака Ньютона

Эволюция научного знания о кометах не могла не зависеть от эволюции человеческого мировоззрения вообще и астрономического воззрения в частности. Аристотель и его последователи учили, что Земля – центр мира, планеты катятся по неподвижным хрустальным сферам, а кометы – это блуждающие звёзды, которые не могут находиться в области планет, а представляют собой лишь «подлунные испарения».

Конечно, учение Аристотеля утвердилось не сразу. Ещё в I веке н. э. Луций Сенека, философ и драматург, ставил вопрос: «Вращается ли мир вокруг неподвижной Земли, или неподвижен мир, а вращается Земля? Может быть, восходит и заходит небо, а Земля?» Он же писал, что «следовало бы иметь список всех комет, потому что редкость их появления препятствует удостовериться – не возвращаются ли они опять и каков их путь». Он пишет о том, что « кометы появляются не в одной какой-нибудь части неба и не близи пути планет, а повсюду: на востоке и западе, чаще всего на севере Кометы имеют свою область, они удаляются, но не потухают.

Тогда же, в I веке н. э. , Сенека ещё задавал себе вопрос о том, «что вокруг чего вращается», но уже через какие-нибудь 100 лет подобные вопросы стали звучать совершенно «антинаучно». После появления учения Птолемея, основанного на трактатах Аристотеля, непреложно утвердилось мнение, что центром мира является Земля. Страшно подумать, что понадобилось полторы тысячи лет для того, чтобы снова вернуться к представлению о том, что Земля не есть центр Вселенной и что она вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Отсюда возникла система мира Птолемея, отсюда, по-видимому, берёт начало астрология, заменявшая астрономию как науку в течение полутора десятков веков.

Астрология полагала, что рождение комет происходит от вредных испарений разложившихся планет, когда последние близко подходят друг к другу. Даже Кеплер считал, что комета вызовет чуму, если, проходя мимо Земли, заденет её. Знаменитый средневековый врач Парацельс, основываясь на астрологических концепциях, учил, что кометы могут оказывать доброе или дурное влияние на здоровье людей. Однако значительно более пагубным, чем астрология, следствием антропоцентризма и идей Аристотеля была система мира Птолемея, отбросившая науку назад на полторы тысячи лет. Потребовалось около полутора тысяч лет для того, чтобы преодолеть это великое заблуждение.

Сделал это польский каноник Николай Коперник. Идеи Коперника несли в себе нечто большее, чем просто новый взгляд на старую астрономическую проблему (что вокруг вращается) Они ставили вопрос о месте человека во Вселенной, под удар попали веками устоявшиеся антропоцентрические представления, освященные библией, мнением просвещенных людей и, наконец, просто здравым смыслом. Идеи Коперника с трудом пробивали себе дорогу. То, что вопреки очевидности Земля по новому учению не неподвижна, а быстро летит в «мировом эфире», вращаясь вокруг Солнца, вызвало полное неприятие даже у просвещенных современников. Первой жертвой борьбы за новое учение стал Джордано Бруно.

Человеком же, совершившим первую революцию в древнейшей из наук, был Галилео Галилей. Он был первым, кто навёл на небо построенный им самим телескоп. Известно, что это произошло в декабре-январе 1609-1610 гг. Некоторые историки утверждают, что известная точная дата этого события – 7 января 1610 г.

Естественно, появление телескопа революционизировало астрономию, так как теперь человек стал изучать окружающую его Вселенную вооруженным глазом и видеть то, что раньше не мог бы увидеть ни при каких обстоятельствах (например, «юпитерианские луны»). И, конечно, же, кометы были в числе первых объектов, которые принялись изучать астрономы, используя телескоп, - ведь кометы всегда являлись собой чрезвычайно эффектное, иногда и жутковатое зрелище. Разумеется, именно телескоп открыл человечеству Вселенную – от планет и их спутников до галактик и их скоплений, но когда-то на первом месте стояло изучение комет, так как это были самые нестационарные и, следовательно, самые интересные объекты на небе.

Физические явления в кометах

Приближаясь к Солнцу, ядро прогревается, льды испаряются, одновременно освобождая замороженную в них пыль, - комета обрастает атмосферой. Под действием лучевого давления возникают хвосты (2 и 3 типов). Вдали от Солнца кометы не имеют атмосфер. Причиной появление комет является Солнце. Его влияние на кометы сказывается двояким образом. С одной стороны, кометы находятся под воздействием электромагнитного излучения Солнца, с другой – под воздействием дующего от него солнечного ветра, заполняющего все межпланетное пространство.

По современным представлениям ядро комет – это конгломераторы льдов различных химических соединений метана, аммиака, воды и многих других веществ, в которые вмерзли каменистые, может быть, значительно раздробленные породы. Приближаясь к Солнцу, ядро прогревается, льды испаряются, одновременно освобождая замороженную в них пыль, - комета обрастает атмосферой

По яркости кометы можно судить о плотности материи головы и хвоста, которая очень мала. Например, в хвостах 1 типа плотность не превышает 1000 частиц в 1 см. Такая же плотность наблюдается в периферических частях головы. По мере приближения к ядру плотность возрастает и у ядра достигает иногда 10 – 10 частиц в 1 см.

Первый тип хвостов – прямой, часто струйчатые, волнистые, почти не отклоняющиеся от направления Солнца. Второй тип – широкие, искривляющиеся против движения, значительно отклоненные от прямой Солнце- комета хвосты. Третий тип – короткие, сильно искривленные и отклоненные, широкие, слабые хвосты. Здесь частицы движутся главным образом под действием солнечного притяжения, лишь слегка ослабленного отталкиванием.

Посмотрим, как механическая теория представляет себе образование хвостов. Если бы не отталкивательные силы Солнца, то хвост кометы вообще бы не развивался. Ведь для этого необходимо, чтобы материя головы начала двигаться относительно твердого ядра, а это возможно лишь, если на материю головы будут действовать силы, не действующие на ядро.

Поперечник головы даже большой кометы порядка сотен тысяч километров, расстояние, на которое кометы подходят к солнцу, в сотни и тысячи раз больше. Поэтому в пределах кометы сила притяжения к Солнцу практически не меняется, т. е. ускорение вполне можно считать постоянной величиной. Однако, как видно из формулы, ускорение - есть величина переменная, зависящая от расстояния до ядра. Поэтому в разных областях кометы она будет разной. Оценим сначала влияние притяжения к ядру.

В голове кометы Донати 1858 году мы видим структурные образования, называемые оболочками. Это довольно частое явление. Кроме оболочек в головах комет нередко наблюдаются галосы – структуры, которые в проекции на небесную сферу выглядят окружностями. Чаще всего центры галосов совпадают с центральным светящимся звездообразным уплотнением, которое называют фотометрическим (или видимым) ядром. Галосы расширяются с постоянной скоростью – другими словами, их радиусы увеличиваются пропорционально времени. Иногда в кометах наблюдаются галосы, центры которых не совпадают с видимым ядром. Во время прохождения кометы Галлея в 1910 году в ней, например, наблюдалось одновременно несколько центров галосообразования. Собственно оболочки отличаются от галосов тем, что они более яркие, не бывают, подобно галосам, замкнутыми, а являются разомкнутыми сферами. Своей выпуклостью оболочки всегда обращены к солнцу.

Орбиты комет

Планеты Солнечной системы движутся по своим орбитам вокруг Солнца. Поэтому, когда комета пересекает орбиту данной планеты (или проходит поблизости от неё), то важна ещё вероятность, с которой комета может оказаться в сфере действия планеты, - ведь в момент прохождения кометы планета может оказаться, например, на противоположном конце диаметра своей гелиоцентрической орбиты, и тогда её влияние на комету будет ничтожным. Самое сильное влияние на орбиты комет должен оказывать Юпитер. На втором месте Сатурн. Однако если комета периодическая, то даже при прохождениях на расстояниях порядка 1-2 а. е. от сферы действия малые возмущения её орбиты накапливаются от оборота к обороту и за длительное время могут заметно трансформировать орбиту.

Орбиты комет по сути замкнутые траектории, значит, они, скорее всего, «родились» в Солнечной системе. Если же их траектории – незамкнутые кривые, то это, скорее всего, не так. Согласно закону всемирного тяготения материальная точка массы m притягивается к Солнцу. Гравитационное поле называют центральным, поскольку в нем и сила, действующая на тело, и его потенциальная энергия зависят от расстояния этого тела до некоторой неподвижной точки (центра). В данном случае центр – это точка, в которой расположено Солнце. В этой же точке выберем начало координат. Тогда r будет расстоянием материальной точки от начала координат. Существует теорема о том, что при движении в центральном поле траектория тела всегда лежит в одной плоскости, которой принадлежит и центр поля. Таким образом, для наших целей достаточно ограничиться двумерной системой координат. Начало координат – точка О совпадает, как говорилось, с центром поля, и положение точки m на плоскости характеризуется двумя её координатами: либо прямоугольными, либо полярными.

Название комет

Специальные научные названия комет можно разделить на две категории: временные и постоянные. В основу временных обозначений кладётся последовательность поступления сообщений об открытых кометах в Центральное бюро астрономических телеграмм. При этом комета обозначается годом открытия и строчной буквой английского алфавита, соответствующей порядку поступления телеграмм о данной комете. Например, когда пишут «комета 1975 n», то это означает, что сообщение об её открытии поступило в Центральное бюро астрономических телеграмм в 1975 году 14 по счету (буква n имеет 14-й порядковый номер в английском алфавите) – до неё, следовательно, было зарегистрировано 13 комет. В английском алфавите 26 букв.

В основу постоянных обозначений кладётся последовательность прохождения комет через перигелий. Постоянное обозначение дается кометам, как правило, через несколько лет после их появления, когда орбита кометы уже точно рассчитана, и можно установить последовательность, в которой в данном году кометы проходили перигелии. В этом случае комета обозначается соответствующим годом и римской цифрой, указывающей, какой по счету в этом году данная комета прошла через свой перигелий. Например, обозначение «1910 II» показывает, что речь идет о комете, прошедшей в 1910 через перигелий второй по счету. Постоянные и временные обозначения не всегда совпадают. Это происходит потому, что временные названия характеризуют только порядок поступления сообщений о кометах в Центральное бюро астрономических телеграмм, которые иногда могут быть ошибочными, а иногда не отражают истинную хронологию появления кометы.

Открыватели комет

Иногда комета носит имя своего первооткрывателя или людей, посвятивших её изучению большую часть своей жизни. В названии кометы обычно не включается больше трех фамилий. Так, уже упомянутую комету 1975 n называют и кометой Веста. Она – одна из самых крупных комет 20 века. Кстати, её постоянное обозначение – 1976 VI. Вест-фамилия открывшего её человека. Теперь мы знаем, о чем говорят такие обозначения, несмотря на то, что комету Веста обнаружили ещё 1975 году 14 – й по счету, через свой перигелий одна она прошла лишь в 1976 году шестой.

Комета 1910 II – это комета Галлея. Она носит имя Галлея (современника и друга Исаака Ньютона), посвятившего её изучению всю свою жизнь. Это комета сыграла и, вероятно, ещё сыграет заметную роль в истории человечества.

Одна из таких историй произошла 11 сентября 1882 года в Рио–де–Жанейро, когда Крульс сообщил телеграммой в Европу об открытии им этой кометы. Эта комета успела несколько дней побыть «кометой Крульса». Потом выяснилось, что многие видели её неделей раньше. В частности её видели перед рассветом 3. 09 железнорабочие, в Аргентине (т. е. тоже в Южной Америке, где она была хорошо видна). Поскольку установить, кто же её видел первым, не было никакой возможности, её назвали «Большая сентябрьская комета 1882 года».

День 7 марта 1973 года на Гамбургской обсерватории начался как обычно, и ничто не предвидело, что ему суждено стать днём рождения весьма интересного астрономического открытия

С первыми лучами утренней зари закрылись купола астрономических башен, а спустя несколько часов отдохнувшие от ночного бдения наблюдатели приступили к обработке полученных материалов.

Сотрудник обсерватории Любош Когоутек занялся просмотром фотопластинок с последними снимками ночного неба. Внимательно разглядывал он только что высохшие негативы. Но что это?. На одной из фотографий появилось какое-то маленькое пятнышко, которого раньше в этом месте звёздного неба не было. Когоутек тотчас направился в «стеклянную библиотеку» где хранились фотографии неба за многие годыДа, он не ошибся: две недели назад загадочного пятнышко не существовало. За двое суток новое светило переместилось среди звёзд. Так ведут себя только кометы

Сообщение об открытии новой кометы облетело весь мир. Её наблюдения позволили учёным узнать много нового об этих космических странницах. А в историю астрономии комета 1973 года вошла под именем кометы Когоутека.

В 1786 г. Мешен во Франции открыл довольно слабую комету. Позднее, как выяснилось, она оказалась периодической. Приблизительно через каждый 3,3 года эта комета вновь и вновь возвращается к Солнцу. Она имеет рекордно короткий период, равный 1207 дням, в который был установлен в 1918 г немецким астрономом Энке. Энке же, наблюдая, систематически эту комету, обнаружил, что период её уменьшается с течением времени, т. е. комета постепенно ускоряется. Эта комета получила название кометы Энке по имени ученого, много лет изучавшего её.

Существует мнение, что Тунгусский метеорит является осколком ядра этой кометы. Если скорость потери массы кометы Энке не уменьшится, то к 2000 г она, по-видимому, перестанет существовать.

Рекордсменом мира по числу открытых комет является Ж. Понс, который за 26 лет (1801-1827гг) открыл 33 кометы. Сначала Понс служил в Марселе сторожем в обсерватории. Затем он самостоятельно изучил астрономию, построил телескоп и стал работать ассистентом там же, в обсерватории. Его называли «кометным магнитом».

Мировой рекорд по числу комет, открытых за короткий промежуток времени, принадлежит американскому астроному Перрайну, который за 1 год и 3 месяца (1896-1898гг) «поймал» подряд 6 комет.

На первом месте идет японец Минору Хонда, он открыл с 1940 по 1968 12 новых комет. Второе, третье и четвертое место с ним делят А. Мркос, Л. Пелтье В. Бредфилд, открывшие каждый по 11 комет. Из всех перечисленных фамилий только В. Бредфилд продолжает охоту за кометами. Вообще то он специалист по ракетным топливам, но сам изготовил 15-сантиметровый телескоп с фотокамерой.

Подавляющее число комет было открыто астрономами-любителями, профессор физики заинтересовался этим, провел исследование и установил, что с помощью маломощных телескопов открыто 98% долгопериодических комет в 19 веке и 74 % в 20 веке.

В нашей стране существует медаль «За обнаружение новых астрономических объектов». Её присуждает Астрономический совет Академии наук.

Заключение

Выполняя работу « Свидание с Кометой» я несколько расширил свои представления о Вселенной.

Я не стану в будущем астрономом или физиком, но увлечение подобными вопросами открывает передо мной окно в необъятный мир космоса, дает возможность лучше понимать природу и вообще делает жизнь насыщенной и интересной.

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)