Введення

Комети - тіла Сонячної системи, що мають вигляд туманних об'єктів, звичайно зі світлим згустком-ядром в центрі і хвостом. Вони являють собою залишковий матеріал, що утворився при зародженні нашої Сонячної системи. Комети складаються з різних видів льоду - замерзлих води, метану. Аміаку і вуглекислого газу. У цю крижану суміш укладені пісочна пил, великі камені і шматки металу. Всі ці матеріали входили в міжзоряний хмара, з якого утворилися Сонце і планети. Комети - найефектніші і самі загадкові тіла Сонячної системи. Такими вони були протягом всієї історії людства, такими залишаються і до теперішнього часу. Протягом останніх 300 років астрономи дізналися багато про комети, про фізичний будову і хімічний склад їх атмосфер, про еволюцію їх орбіт і навчилися з великою точністю передбачати повернення періодичних комет. Однак цілий ряд питань кометної астрономії - фізична будова і хімічний склад ядер, процеси, що відбуваються в голові і хвості комети під час її стрімкого польоту поблизу Сонця, - до цих пір залишаються без відповіді; дані, якими володіє наука, поки не дозволяють виходити за рамки гіпотез.
Об'єктом номер "один" для космічних досліджень цілим рядом країн обрана комета Галлея - найактивніший старожил серед великого сімейства короткоперіодичних комет.
Комета Галлея - перша в історії астрономії, для якої був досить точно визначений період обертання навколо Сонця (він змінюється в межах від 74 до 79 років). Це виключно важливе відкриття було зроблено видатним і різнобічним англійським вченим Е. Галлея, ім'я якого вдячне потомство зберегло за дивовижною кометою. З кометою Галлея пов'язане остаточне торжество закону всесвітнього тяжіння, це - єдина з періодичних комет, рух якої було простежено за історичними документами в минулому, і її історія завдяки цьому налічує 22 століття.

Комета Галлея в сім'ї комет

Численна родина комет Сонячної системи відноситься до групи малих тіл, до якої також належать малі планети (астероїди) і величезна кількість метеорних тіл. Але на відміну від інших малих тіл комети мають дивовижну спроможність при наближенні до Сонця розвивати з порівняно невеликих за розмірами ядер (1 - 5 км) величезні газово-пилові оболонки (атмосфери), що перевершують по своїй протяжності всі відомі об'єкти Сонячної системи, включаючи Сонце.
Серед комет найзнаменитіша та широко відома, про яку, ймовірно, чули всі, - комета Галлея. У чому ж криється секрет такої популярності і чому ця комета представляє такий інтерес для науки? Якщо відповісти коротко, то - в поєднанні параметрів орбіти з дивовижною "молодістю", риси якої комета проявила у всіх відомих науці появах, на протязі, принаймні, більше двох тисячоліть. Крім того, орбіта комети майже дотична до орбіти Землі.
Серед короткоперіодичних комет можна знайти комети досить близькі за одним або двома параметрами до комети Галлея - по періоду звернення і по ексцентриситету. І, тим не менше, про ці кометах ніхто (крім фахівців) не чув, і тим більше ні для однієї з них не виявлено жодного появи в історичних хроніках; комета Галлея в цьому відношенні явище виняткове!
Особливості орбіти комети Галлея виділяють її зі всіх періодичних комет. А порівняно короткочасне перебування в околиці Сонця при поверненні до перигелії - раз в 76 років! - Дозволяють їй зберегти в значній мірі нерозтраченим той, мабуть, величезний запас "пального матеріалу", який комета отримала при своєму "народження" і який так щедро витрачає при зустрічах із Сонцем. Ця обставина в значній мірі і привертає до неї увагу дослідників.
Середній період обертання комети навколо сонця, як уже говорилося, складає Р = 76 років. Однак він може коливатися через планетних збурень у межах декількох років: від 74,4 р. (оборот 1835 - 1910) до 79,2 м. (оборот 451 - 530).
Джерелом грандіозних голів і хвостів комети Галлея, що спостерігалися різними поколіннями жителів Землі в її численних появах, є майже трикілометрову крижане ядро, забруднена сніжна брила чи ком, що складається в основному з водяного льоду з домішкою льодів інших рідин і газів і твердої компоненти з пилу і більше великих мінеральних фрагментів.
З кометою Галлея пов'язано два метеорних потоку: Аквариди і Оріонід. Перший потік Аквариди спостерігається щорічно з 21 квітня по 12 травня, досягаючи максимуму активності 5 травня, коли Земля знаходиться в безпосередній близькості від орбіти комети Галлея. Проте зазначений потік важкодоступний для спостережень в північній півкулі, тому що його радіант сходить перед ранком і кульмінує в світлий час. Зате в південному півкулі він є другим за активністю. Перед самим світанком, коли сходить сузір'я Водолія, на початку травня можна побачити, як по темному небі швидко ковзають красиві яскраві метеори, породжені кометою Галлея. У середньому один такий метеор спостерігається кожні 2 - 3 хвилини.
Другий потік - Оріоніди - теж щорічний, спостерігається з о 2 жовтня по 7 листопада, досягаючи максимуму 21 жовтня, коли Земля наближається до орбіти комети Галлея, потрапляючи у розріджені частини метеорного рою, супутнього кометі. Просторова щільність Оріонід в 7 разів менше Аквариди, але цей потік навіть здається більш рясним, ніж травневі Аквариди, через те, що радіант Оріонід піднімається високо над горизонтом. У цей час гарне видовище прольоту яскравого метеора по нічному небу можна спостерігати приблизно через кожні 2 хвилини. Обидва потоки вважаються одними з найстародавніших і тривалих.

Історія відкриття комети Галлея

Історія комети Галлея, втрачається в глибині століть, вже триста років цікавить астрономів. За цей час були вивчені європейські, китайські, японські, в'єтнамські хроніки і літописи, накопичено багатий історичний матеріал про появу комет, з якого вдалося шляхом ретельного і прискіпливого аналізу виділити те, що відноситься до комети Галлея. Кометна астрономія не знає жодної періодичної комети, для якої вдалося б у хроніках знайти до її відкриття хоча б одне згадування, одне спостереження. Тільки комета Галлея удостоїлася цієї честі, і її історія, її рух з великою точністю тепер простежено в минуле не на один, не на два, - а на 30 обертів - більш ніж на 2 тисячі років!
Едмунд Галлей (1656 - 1742) - англійський астроном, один з керівників обсерваторії в Грінвічі, математик, сходознавець, геофізик, інженер, мореплавець, перекладач, видавець, дипломат. Він жив у бурхливу, багату науковими та суспільно-політичними подіями епоху. Був одним Ньютона, який, відкривши закон всесвітнього тяжіння, вважав, що комети рухаються навколо Сонця по параболічних орбітах відповідно до цього закону. Ньютон опублікував методику розрахунку цих орбіт, і, використовуючи цю методику, Галлей розрахував орбіти для великого числа комет, поява яких було зафіксовано до того часу, тобто що спостерігалися в проміжку з 1337 по 1698.
У 1705 р. Галлей опублікував "Огляд кометної астрономії". Він безперервно збирав і обмірковував матеріал, проводив виснажливі обчислення, готуючи до публікації один з основних праць свого життя, що доставив йому нев'янучу славу. Ця робота, як пише він сам, "плід великого і виснажливого праці". [1]
У результаті цих розрахунків з'ясувалося, що орбіти трьох комет, що з'являлися відповідно в 1531, 1607 і 1682 роках, дуже схожі між собою. Про існування періодичних комет в той час ніхто ще не підозрював, і Галлей обчислював орбіти в припущенні, що комети рухаються по дуже витягнутих еліпсах, близьким до параболи. З цього можна було зробити два висновки: або допустити, що в просторі по параболічних орбітах, дуже близьким один до одного, рухаються три комети (вражаюча випадковість), або припустити, що це поява однієї і тієї ж комети. І Галлей робить надзвичайно сміливе, незвичайне для того часу припущення.
"Досить багато змушує мене думати, - пише він, - що комета 1531 р., яку спостерігав Аппіан, була тотожна з кометою 1607 р., описаної Кеплером і Лонгомонтаном, а також з тієї, яку я сам спостерігав у 1682 р.: всі елементи сходяться в точності, а різниця періодів не настільки велика, щоб її не можна було приписати якимсь фізичним причин ".
Він правильно побачив причину невеликих розбіжностей елементів орбіти комети в обурює вплив великих планет і, в першу чергу, Юпітера і Сатурну. Визначивши середню величину для періоду для цієї комети, Галлей знайшов, що вона повинна повернутися до перигелії або наприкінці 1758, або на початку 1759 року. Упевнитися особисто в цьому йому не вдалося, він помер в 1742 р.
Вся наступна історія комети Галлея і її поява у 1759 р. пов'язана з ім'ям Алексіса Клеро (1713 - 1765), одного з найвидатніших математиків Франції, в 25 років став академіком.
За пропозицією члена Паризької Академії наук Жозефа Лаланда (1732 - 1807) Клеро спочатку збирався, керуючись ідеєю Галлея, врахувати вплив Юпітера на комету лише на невеликій частині її орбіти, коли обидва тіла були близькі один до одного. Зрештою, виявилося, що точне рішення задачі неможливе без врахування впливу Сатурна, маса якого лише в три рази менша за масу Юпітера. Обсяг завдання і пов'язані з нею труднощі, здавалося, перевершували людські сили.
У процесі цієї роботи Клеро розробив перший математичний метод чисельного дослідження руху комети в поле тяжіння Сонця з урахуванням збурень від двох великих планет - Юпітера й Сатурна. Для допомоги в проведенні обчислень Клеро звернувся до Лаланд, що володів великим досвідом обчислень, який, у свою чергу, залучив до цієї роботи Ніколь-Рейн-Етабль де Лабрійер Лєпота (1723 - 1788) - жінку, цілком віддану науці, дружину знаменитого тоді конструктора і теоретика годинникових механізмів.
Завдяки самовідданій і героїчній праці цього чудового тріо, гігантська за своїми масштабами робота була завершена вчасно. Щоправда, протягом півроку всі торі працювали, не шкодуючи здоров'я і сил і не рахуючись з часом, все віддаючи обчислень.
Прийшов, нарешті, довгоочікуваний 1758. Всі астрономи світу жадали отримати підтвердження припущення, висловленого Галлея. Честь відкриття комети випала на долю німецького астронома-аматора Паліча. У різдвяну (25 грудня) 1758 ніч йому пощастило зловити цю комету в об'єктив свого невеликого телескопа з фокусною відстанню 2,4 метра. Це був перший випадок вдалого пошуку комети астрономом-аматором. А також перший успіх у використанні телескопа для пошуку комет.
Таким чином, був встановлений факт існування короткоперіодичних комет, які подібно до Венери, Юпітера, Землі та інших планет є членами Сонячної системи, рухається в космічному просторі навколо Сонця під впливом його тяжіння.
У пам'ять про заслуги Галлея ця комета і стала носити його ім'я. Згодом вона з'являлася і наближалася до Сонця в 1835, 1910 і 1986 роках.

1910 рік. Земля проходить через хвіст комети Галлея

Ще в 1835 р. були названі дві дати наступного повернення комети Галлея до перигелії в 1910 р. - 9 травня (Розенбергер) та 24 травня (Понтекулан). У 1907 - 1908 рр.. грінвічський астрономи Ф. Г. Коуелл (1870 - 1949) і А. К. Кроммелін (1865 - 1939) опублікували попередні результати своїх обчислень (початих з метою перевірки даних Понтекулана), відповідно до яких момент проходження через перигелій припадав на 8 квітня. У своїх обчисленнях вони вперше використовували чисельне інтегрування зі змінним кроком, що значно підвищувало точність обчислень і зменшувало їх обсяг. Були враховані обурення від Венери, Землі, Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. Переконавшись у тому, що прогноз Понтекулана потребує уточнення, Коуелл і Кроммелін зробили нові, більш точні, обчислення з 1759 по 1910 рр.. і опублікували новий момент проходження через перигелій - 17 квітня 1910 пошуки комети почалися майже за півтора року до цієї дати - з початку 1909 р. - але довго залишалися безуспішними. Комету в сузір'ї Риб виявив 11 вересня 1909 Макс Вольф - директор Гейдельберзькій обсерваторії. 15 вересня комету спостерігали візуально з допомогою найбільшого в світі метрового рефрактора Йерксской обсерваторії (США, Чикаго). Вже перші спостереження показали, що поправка до результатів Коуелла і Кроммеліна становить 3 дні, тобто точність передбачення залишилася на рівні минулого появи.
Коуелл і Кроммелін ретельно перевірили свої обчислення, повторили їх зі зменшенням вдвічі кроку інтегрування, збільшили точність і усунули деякі дрібні помилки. Тим не менше для моменту проходження через перигелій було отримано значення лише трохи краще даного ними раніше, а саме Т = 17,51 квітня 1910 Після відповідного аналізу вони прийшли до висновку, що принаймні 2 дні з залишився розбіжності не можуть бути пояснені помилками обчислень, неточним знанням положень великих планет чи їх мас. Зараз ми знаємо, що причина цих розбіжностей криється в дії негравітаціонних сил.
Взаємне положення Землі і комети при цьому появі було таке, що вранці 19 травня комета точно розташовувалася між Сонцем і Землею на відстані 22,5 млн. кілометрів від Землі. Так як довжина хвоста комети Галлея до цього часу перевищувала 30 млн. км, то Земля, рухаючись по своїй орбіті, повинна була пройти через її хвіст. Повідомлення про це проникли в широку друк.
У цей час за допомогою спектрального аналізу було твердо встановлено, що у складі кометних атмосфер спостерігалися молекулярні смуги ціану, чадного газу та інших сполук. Тому швидко поширилися чутки про отруєння земної атмосфери небезпечними для здоров'я людей отруйними кометним газами. Газети зарясніли тривожними повідомленнями про велику небезпеку, яка загрожує людству 19 травня 1910
Як і передбачали астрономи, Земля 19 травня 1910 "зіткнулася" з хвостом комети Галлея. Проте навіть самі чутливі прилади не зафіксували жодних незвичайних явищ в атмосфері Землі, які можна було б однозначно пов'язати з цією подією. Це зайвий раз підтверджувало здавна відому астрономам істину, що комети - це "видиме ніщо", через яке без будь-яких наслідків і пройшла наша Земля. Так що хвиля страху, що прокотилася по багатьом країнам у травні 1910 р., не мала під собою ніякого грунту.
Пройшовши через хвіст комети Галлея, Земля зіграла роль своєрідного зонда. На жаль, вчені в той час не мали космічними ракетами (до запуску першого штучного супутника Землі залишалося ще понад 47 років). Між тим тоді досить було піднятися над земною атмосферою, щоб виявитися безпосередньо в кометному хвості і зібрати деяку кількість кометного пилу і газу для аналізу.
Слід зазначити, що Земля вже неодноразово проходила через хвости комет і ефект завжди був одним і тим же - ніякого впливу на процеси в земній атмосфері речовина хвостів різних комет не впливало.
Астрономи, а також багато любителів астрономії уважно стежили за всіма змінами, що відбувалися в хвості і голові комети Галлея з моменту її відкриття М. Вольфом 11 вересня 1909 і до останнього спостереження 15 червня 1911
За весь період спостережень комети Галлея при її появі 1909 - 1911 рр.. було отримано понад тисячі її астронегативів, більше сотні спектрограм, багато сотень малюнків комети і велика кількість визначень її екваторіальних координат у різні моменти часу. Весь цей багатий матеріал дозволив детально дослідити характер руху комети по орбіті, вивчити зміну блиску і геометричних розмірів голови і хвоста із зміною геліоцентричного відстані, вивчити типи хвостів, структурні особливості та хімічний склад голови і хвоста, а також ряд інших фізичних параметрів ядра комети і навколишнього його атмосфери.
Основні підсумки вивчення величезного і різноманітного матеріалу, складаються з 26 пунктів, були опубліковані Бобровникова в 1931 р.

Природа і походження комети Галлея

Елементи орбіт комет зазнають значних змін при зближеннях комети з планетами. Особливо ж сильна трансформація кометної орбіти відбувається при тісних зближеннях комет з однією з планет-гігантів. Цю обставину необхідно обов'язково враховувати при дослідженні вікових змін елементів орбіт комет, як у минулому, так і в майбутньому. Такі розрахунки дозволяють встановити, звідки кометні ядра приходять у внутрішні області Сонячної системи, а також вирішити проблему походження короткоперіодичних комет. Спільними зусиллями таких видатних астрономів, як Епік, Оорт, Марсден, СЕКАНІНА, Еверхарт, К.А. Штейнс, Є.І. Казимирчак-Полонська була доведена реальність існування на периферії Сонячної системи невичерпного резервуара кометних ядер, яке отримало назву "хмари Епіка - Оорта".
Як утворилося кометне хмара Епіка-Оорта на околицях Сонячної системи? В даний час загальноприйнятою є гіпотеза гравітаційної конденсації всіх тіл Сонячної системи з первинної газово-пилової хмари, що мав такий же хімічний склад, що і Сонце. У холодній зоні протопланетного хмари сконденсувалися планети-гіганти Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун зі своїми численними супутниками. Залишки протопланетного речовини, можливо, спостерігаються і зараз поблизу цих планет у вигляді кілець. Планети-гіганти увібрали в себе найбільш рясні елементи протопланетного хмари, і маси їх зросли настільки, що вони легко стали захоплювати не тільки пилові частинки, але й гази. У цій же холодній зоні утворилися і крижані ядра комет, які частково пішли на формування планет-гігантів, а частково, у міру зростання мас планет-гігантів, стали відкидатися останніми на периферію Сонячної системи, де і утворили грандіозний джерело комет - хмара Епіка-Оорта .
Ядро комети Галлея в далекому минулому, ймовірно, було одним з незліченної безлічі крижаних кометних ядер хмари Епіка-Оорта. Обертаючись навколо Сонця по майже параболічної орбіті з періодом 10 ⁶ - 10 ⁷ років, це ядро не могло спостерігатися із Землі навіть у перигелії, який повинен був знаходитися далеко за планетної системою. Але одного разу, можливо, в результаті істотної трансформації первинної орбіти якоюсь зіркою нашої Галактики, що проходила неподалік від хмари Епіка - Оорта, ядро ​​комети Галлея виявилося в безпосередній близькості від Нептуна і було захоплене ним свого кометне сімейство. Зараз нам відомо бл. 10 комет цього сімейства, і, звичайно, їх значно більше, однак внаслідок спостережної селекції ми бачимо тільки ті з них, перигелії яких розташовуються поблизу Землі.
Серед 10 комет сімейства Нептуна три з них, в тому числі і комета Галлея, характеризуються зворотним рухом по орбіті. Таким же періодом як у комети Галлея, тобто 76 років, має ще одна комета з цього сімейства - комета де Віко, але вона спостерігалася тільки зачувши (1846 р.) і з тих пір її більше не бачили. Тільки комета Галлея спостерігалася вже при 30 повернення до перигелії.

Висновок

Комета Галлея стала першою, відкритою "на кінчику пера" короткоперіодичні комети. Честь найбільшого відкриття належить англійському вченому Е. Галлею. Ретельні розрахунки руху цієї комети, виконані згодом астрономами Клеро, Лаланд і Лєпота, дали результати, які повністю підтвердилися, коли комета, зробивши повний оборот навколо Сонця, знову з'явилася перед здивованими спостерігачами в березні 1759 Це був справжній тріумф закону всесвітнього тяжіння, відкритого Ньютоном, а за кометою після цього міцно закріпилася назва комети Галлея, що передбачив її появу.
Комплексні дослідження комети Галлея як із Землі, так і з космосу, допоможуть пролити світло на можливу функцію кометних ядер - впливати на зародження і розвиток життя на Землі. Це могло відбутися, тому що ядра комет досить часто стикалися з Землею, особливо на ранніх стадіях розвитку планетної системи.
Вчені вважають, що комети дозволять вивчити первинна речовина Сонячної системи в порівняно незмінному стані, оскільки вони, на противагу планет, не піддавалися глибоких структурних змін у результаті впливу сили тяжіння, тепла і вулканічної діяльності. Передбачається, що ядра комет складаються з реліктового речовини і утворилися шляхом акреції (злипання) ще до того часу, коли сформувалися планети, тобто близько 4,6 мільярда років тому. Отже, комети зберігають "золотий ключик" від дверцят, за якою знаходиться таємниця походження більш великих тіл Сонячної системи.