Введение.
…И если все науки возвышают
дух человеческий, то больше
всего это свойственно астрономии,
не говоря уже о величайшем
духовном наслаждении,
связанном с её изучением…
Николай Коперник.
Эти слова великого учёного Николая Коперника раскрывают нам суть такой науки как астрономия. Николай Коперник говорит, что изучение и исследование этой науки - увлекательная работа. И я с ним полностью согласна. Ведь так интересно узнавать что-то новое о космических пространствах, о том, что происходит где-то там, далеко, о строении небесных тел и о многом другом, что охватывает астрономия. Но изучать и наблюдать за небесными телами нужно не только потому, что это интересно, но и потому, что это необходимо для того, чтобы обеспечить безопасность земной цивилизации, чтобы не допустить катастрофы. Итак, главная цель моей работы – это обрисовать одно из удивительных явлений Солнечной системы, то есть кометы, и показать необходимость изучения их природы.
Астрономия как наука.
Начну я с того, что расскажу об астрономии. О том, что она включает в себя.
Астрономия – одна из древнейших наук. Она возникла из практических потребностей человека раньше всех других наук. Примерно шесть тысяч лет назад египтяне уже согласовали свой календарь с астрономическим явлением. Они заметили, что начало разлива Нила совпадает с появлением над горизонтом перед самым восходом солнца звезды Сириус (по-египетски Сотис). Это наблюдение и было положено в основу египетского календаря.
С давних пор в далеких путешествиях люди ориентировались ночью по звездам, а днём – по Солнцу. Астрономические наблюдения и сейчас используются для решения важных проблем народного хозяйства. К их числу относятся: измерение времени, составление точных географических карт, выполнение разнообразных геодезических работ, ориентировка по небесным светилам на море, в воздухе и в космическом пространстве.
Однако этим далеко не исчерпывается в настоящее время значение астрономии. Изучение Луны и планет Солнечной системы позволяет лучше узнать нашу Землю. В сферу деятельности людей уже включаются околоземное космическое пространство и ближайшие к Земле небесные тела. В будущем освоение космоса позволит расширить среду обитания людей, что может облегчить решение экологических проблем.
Астрономия – наука о Вселенной. Она изучает движение небесных тел, их природу, происхождение и развитие. Во Вселенной небесные тела образуют системы различной сложности.
Астрономия – одна из самых увлекательных и прекрасных наук о природе – исследует не только настоящее, но и далёкое прошлое окружающего нас мегамира, а также позволяет нарисовать научную картину будущего Вселенной.
Небесные тела находятся в непрерывном движении, изменении, развитии. Планеты, звёзды и галактики имеют свою историю, нередко исчисляемую миллиардами лет.
Наблюдение – основной источник информации о небесных телах, процессах и явлениях, происходящих во Вселенной. Для проведения наблюдений созданы астрономические обсерватории. Наиболее известные в нашей стране: Главная астрономическая обсерватория Российской Академии наук – Пулковская (в Санкт-Петербурге), Специальная астрономическая обсерватория (на Северном Кавказе), Государственный астрономический институт им. Штернберга (в Москве).
Современные обсерватории оснащены крупными оптическими телескопами различных типов.
Новая эпоха в исследованиях Солнечной системы и мира звёзд была открыта 4 октября 1957 года запуском в нашей стране первого в мире искусственного спутника Земли. Уже первые советские и американские космические аппараты сообщили очень много важных принципиально новых сведений о наших космических соседях. Благодаря успешному развитию космических исследований, человечеству открылись поистине сказочные объекты Вселенной, наделённые самыми необычными физическими свойствами.
Что же представляет из себя Солнечная система? Конечно, самым главным её членом является Солнце. Поэтому не случайно великое светило занимает в Солнечной системе центральное положение. Оно окружено многочисленными спутниками: большими и малыми планетами.
Но семья Солнца одними планетами не исчерпывается. Иногда на небе бывают видны хвостатые «звёзды» - кометы. Они приходят к нам издалека и появляются обычно внезапно, и именно об этом удивительном явлении я расскажу подробнее.
Что такое «кометы» ?
Тот, кто наблюдал кометы, знает, что это наиболее эффектные и красивые объекты на небе, особенно если они достаточно ярки и хорошо видны невооруженным глазом.
Слово «комета» пришло к нам из греческого языка: в переводе на русский язык греческое «кометис» означает «волосатый». Действительно , любая яркая комета с длинным хвостом, появляющаяся на небосклоне, вполне могла показаться древним грекам головой с распущенными волосами.
Кометы возникали неожиданно и в разных частях неба, их появление, казалось, не подчинялись каким-либо закономерностям, как, например, движения Солнца, Луны и планет. Поэтому неудивительно, что древние мыслители, даже такие выдающиеся, как Аристотель, считали кометы лишь случайными земными испарениями, поднимающимися в «зону огня» и там воспламеняющимися в виде гигантских «огненных факелов». Правда, и в те далёкие времена находились учёные, не соглашавшиеся с мнением Аристотеля относительно природы комет. Ещё в первом веке новой эры, например, римский философ Сенека полагал, что комета имеет «собственное место» среди небесных тел, представляя собой одно из «вечных творений природы».
Суеверные же жители Египта, Греции и Рима в древние века испытывали безотчётный страх при появлении на небе ярких комет, которые у них считались зловещим знамением, предшествующим или войнам, или вселенскому мору, или каким-либо ужасным стихийным бедствиям – землетрясениям, наводнениям, засухам и т.п., приводящим к гибели и уничтожению всего живого. Кроме того, в те далекие времена господствовало убеждение, что кометы могут сильно повлиять на поступки и судьбы людей и в первую очередь на «сильных мира сего» - королей, императоров, пап и других.
Одним из первых астрономов, кто с чисто научной точки зрения подошёл к исследованиям комет, был Региомонтан, положивший начало тщательным и регулярным наблюдениям каждой появлявшейся и видимой невооруженным глазом кометы. Он первым описал траекторию, по которой двигалась комета 1472 года, ежесуточно отмечая её положение относительно звёзд и направление хвоста. В шестнадцатом веке другой астроном, Апиан, наблюдая за кометой 1531 года пришёл к выводу, что её хвост всегда направлен в противоположную сторону от Солнца.
Искуснейший наблюдатель в средние века Тихо Браге, следя в 1577 году со своими учениками из двух удалённых друг от друга обсерваторий за движением яркой кометы на небе, определил её параллакс относительно звёзд. Он оказался значительно меньше лунного, что указывало на большую удалённость кометы от Земли по сравнению с Луной и окончательно развеяло неверные представления Аристотеля о кометах, как о земных испарениях. Таким образом, стало совершенно ясно, что кометы – это самостоятельные небесные тела, приходящие к нам из далёких глубин космоса.
В 1665 году в Париже состоялся первый международный астрономический съезд, посвящённый кометам. Он был организован по распоряжению короля Франции Людовика XIV , напуганного появлением яркой кометы в конце 1664 года, которая хорошо была видна жителям Северного полушария. «Его величеству» хотелось услышать от учёных мужей, что они думают по поводу этой кометы и не угрожает ли она своим появлением здоровью какой-нибудь царственной особы.
Гипотезы о происхождении комет, которые обсуждались на этом научном форуме, в большинстве случаев носили фантастический характер. Однако были и такие учёные, которые уже выступили с новыми гипотезами о природе комет, основываясь на наблюдениях Региомонтана, Апиана и Тихо Браге.
Открытие кометы Галлея.
На принадлежность комет к Солнечной системе впервые указал английский астроном Эдмонд Галлей(1656-1742). Большой друг и помощник Ньютона решил серьёзно заняться изучением движения комет. «Можно ли предсказывать появления комет по данным наблюдений ?» - с таким вопросом обратился он к Ньютону, и тот охотно объяснил Галлею, как применять его теорию тяготения к кометам. Галлею удалось собрать сведения о 24 кометах, которые наблюдались на протяжении последних трёх с половиной столетий ( с 1337 года по 1698 год). Для них он и вычислил орбиты.
Эта очень сложная по тому времени работа привела к неожиданному результату. Оказалось , что три кометы двигались по очень сходным орбитам. Прежде всего это была большая комета 1682 года, которую Галлей сам наблюдал в юности. Её путь в пространстве напоминал орбиты комет 1531 и 1607 годов.
Отсюда Галлей заключил, что это не три разные кометы, а различные появления одной и той же кометы, обращающейся около Солнца по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом 75-76 лет. Неодинаковую продолжительность периодов обращений он объяснил тем, что комете пришлось испытать различные гравитационные возмущения со стороны планет, мимо которых она пролетала.
Галлей решил предсказать возвращение кометы на 1758 год. «Если она вернётся, - писал учёный,- то не будет больше никакой причины сомневаться, что и другие кометы должны снова возвращаться к Солнцу».
Позже с помощью закона Ньютона Галлей показал, что притяжение Сатурна и особенно Юпитера не пройдёт бесследно: оно замедлит её движение. Поэтому комета появится, видимо, в конце 1758 года или в начале 1759-го.
Расчёты полностью подтвердились, когда комета, совершив полный оборот вокруг Солнца, вновь появилась перед изумлёнными наблюдателями в марте 1759 года. Это был настоящий триумф закона всемирного тяготения, открытого Ньютоном, а за кометой после этого прочно закрепилось название кометы Галлея, предсказавшего её появление.
Комета была обнаружена 25 декабря 1758 года саксонским любителем астрономии Иоганном Паличем в виде туманного пятнышка, медленно перемещавшегося среди звёзд. Она двигалась почти строго по расчётному пути.
12 марта 1759 года, за месяц до предсказанного срока, комета обогнула Солнце (прошла через перигелий), а затем снова стала удаляться в бездну.
Комета Галлея движется вокруг Солнца по вытянутой эллиптической орбите в направлении, противоположном движению Земли, то есть обладает обратным движением. В перигелии она сближается с Солнцем до расстояния q=0,587 а.е.( то есть ближе чем Венера), а в афелии удаляется до Q=35,31 а.е. за орбиту Нептуна.
Комета Галлея появлялась в 1835 и в 1910 годах, причём после изучения древних и средневековых летописей установлено, что её появление в 1910 году было двадцать девятым, зафиксированным в истории астрономии.
При своём тридцатом возвращении к Солнцу комета Галлея была обнаружена на фотографиях 16 октября 1982 года в виде слабого размытого пятнышка в созвездии Малого Пса, именно там, где её ожидали по предварительным вычислениям. Она прошла перигелий 9 февраля 1986 года в 14.00. по московскому времени со скоростью 54,5 км/с относительно Солнца.
Видимая яркость комет во многом зависит от их расстояния от Солнца, которое освещает комету, и от Земли, с которой ведутся наблюдения. Очередное возвращение кометы Галлея к перигелию ожидается в ноябре 2061 года, 28 июля.
Параболические кометы.
Среди наблюдавшихся комет были такие, которые не принадлежат Солнечной системе, они прошли вблизи Солнца по параболическим или гиперболическим орбитам и ушли в межзвёздное пространство. К ним относятся кометы 1944 IV, 1951 II и 1965 VIIIИкейи-Секи. Такие кометы называют параболическими.
Периодические кометы.
Кометы, принадлежащие Солнечной системе, называются периодическими.
Они движутся вокруг Солнца по орбитам с самыми различными эксцентриситетами и наклонениями к плоскости земной орбиты. Их движение бывает как прямым(в направлении движения Земли), так и обратным.
Подразделение комет по периодам обращения.
Периоды обращения комет крайне различны, и по ним кометы подразделяются на долгопериодические, с периодом обращения более 200 лет, и короткопериодические, с меньшими периодами.
Среди долгопериодических имеются яркие и слабые кометы, а короткопериодические – только слабые, они не видны невооружённым глазом.
Эллиптические орбиты долгопериодических комет очень вытянуты. Некоторые из таких комет удаляются от Солнца на сотни и тысячи астрономических единиц и каждый оборот вокруг него завершают за тысячи и десятки тысяч лет.
Есть кометы, движущиеся по орбитам, близким к круговым (комета Швассмана-Вахмана-1, комета Энке ).
Около ста короткопериодических комет с периодами примерно от 5 до 10 лет образуют группу, называемую семейством Юпитера. Афелии орбит этих комет расположены вблизи орбиты Юпитера.
Все эти кометы движутся в прямом направлении по орбитам с малым наклонением, не превышающим 30 градусов.
Существуют также кометы семейств Сатурна, Урана и Нептуна.
Возмущения со стороны планет.
Орбиты комет подвержены возмущениям со стороны планет, в особенности массивных, Юпитера и Сатурна. Эти возмущения могут значительно изменить орбиту кометы. Так, Отерма, открытая в 1943 году, принадлежала семейству Юпитера, обращалась вокруг Солнца по почти круговой орбите. С 1964 года она принадлежит семейству Сатурна, обращается по вытянутой орбите. А комета Смирновой-Черных, открытая в 1975 году, наоборот, ранее проходила свой путь за орбитой Юпитера, а сейчас обращается почти по окружности между орбитами Марса и Юпитера.
Сейчас, используя электронно-вычислительную технику, имеется возможность учитывать возмущения от планет, следить за изменениями кометных орбит и заранее предвычислять даты появления известных периодических комет.
Вдали от Солнца кометы не видны, но, приближаясь к нему и всё более освещаясь его лучами, становятся доступны наблюдениям. Часто кометы обнаруживаются в телескопы и на фотографиях в виде туманных пятен, и только лишь впоследствии, и то не всегда, у них развивается хвост.
Структура комет.
В структуре комет различают голову, состоящую из звездообразного на вид ядра, окутанного оболочкой или комой, и хвост. Самой яркой частью кометы является её ядро, яркость комы ослабевает от ядра к периферии, а наименьшую яркость имеет хвост, конец которого размыт и теряется на фоне ночного неба.
Диаметр головы кометы иногда достигает сотен тысяч километров, а хвосты простираются на десятки и сотни миллионов километров.
Кометное ядро представляет собой ледяную глыбу, состоящую из смеси замёрзшей воды и замороженных газов с вкраплениями тугоплавких каменистых и металлических частиц. Образно говоря, оно похоже на «загрязнённый айсберг». Вначале комета похожа на шарообразную туманность – бледное туманное пятнышко. С приближением к Солнцу ядро постепенно нагревается, кометные «льды» начинают интенсивно испаряться и вместе с пылью окутывают ядро и образуют кому. Вместе с ядром она составляет голову кометы. Ядро отражает солнечный свет, поэтому его спектр сначала тождествен солнечному. Но чем ближе комета подходит к Солнцу, тем сильнее прогревается её ядро, и в его спектре появляются яркие линии паров металлов, наиболее часто – натрия, кальция, железа, магния, что доказывает присутствие в ядрах тугоплавких веществ. Ультрафиолетовое излучение Солнца возбуждает газы, образующие кому, и вызывает флюоресцентное свечение. Поэтому в спектре комы присутствуют яркие полосы нейтральных газовых молекул (азота, циана, углекислого газа, метана и другие).
Все эти сведения о кометах, получаемые ранее из наземных наблюдений, полностью подтверждены исследованиями кометы Галлея, проведёнными с пролётных космических аппаратов «Вега-1» и «Вега-2» в 1984 году.
В процессе исследований выяснилось, что ядро кометы Галлея представляет собой сплошную глыбу неправильной формы размерами 14х7,5х7,5 км, похожую в одном сечении на картофелину, а в другом – на башмак . Оно вращается с периодом около 52 часов вокруг малой оси. Отражательная способность поверхности ядра менее 5%, так как ядро покрыто тонким плотным слоем пыли, но кажется ярким из-за освещения его солнечными лучами. В дни исследования кометы(март 1986 года) поверхность её ядра была нагрета солнечными лучами до +100С и из него бурно выделялись пары воды, что полностью подтверждает современные представления о ледяной природе ядер комет. Вместе с водяными парами из ядра выбрасывались молекулы углерода, оксидов углерода, углекислого газа, циана, гидроксила, а также мельчайшие твёрдые пылинки(массой 10 г и менее), состоящие из углерода, натрия, кальция, магния, никеля, железа с примесью силикатов. Подсчитано, что с обогреваемой Солнцем поверхности ядра ежесекундно испаряется примерно 40т газа и пыли, в том числе около 30т водяных паров. Эти газы и пыль, окружающие ядро кометы, образуют её кому размерами до 1,3млн.км. Из ионизованных солнечным излучением газовых молекул возникает плазма, переходящая вместе с пылью в хвост, тянущийся в пространстве до 30млн.км.
Хвост кометы возникает из комы под действием давления солнечных лучей и солнечного ветра. По мере приближения кометы к Солнцу усиливается выделение из ядра газов и пыли, образующих кому, возрастает и давление на неё, а поэтому увеличивается длина хвоста. Хвосты комет направлены обычно в сторону, противоположную Солнцу. Это обстоятельство указывает на существование особой силы, исходящей от Солнца и отталкивающей кометное вещество – это давление солнечного света на молекулы газов и пылинки, выделяющиеся из кометного ядра.
Формы кометных хвостов.
Форма кометных хвостов зависит от соотношения гравитационных сил и сил отталкивания, воздействующих на частицы хвоста.
Существует несколько подробных классификаций форм кометных хвостов, но до сих пор пользуются наиболее простой, предложенной русским астрофизиком Ф.А.Бредихиным (1831-1904 гг) и развитой советским астрофизиком С.В.Орловым (1880-1958 гг). В ней различается пять типов хвостов .
Хвосты Iо типа прямолинейные; силы отталкивания почти в 1000 раз превышают силу солнечной гравитации; состоят из лёгких ионизованных газов и образуются, главным образом, под воздействием магнитного поля солнечного ветра. Солнечный ветер – это струи плазмы, непрерывно истекающие из солнечной короны в межпланетное пространство. Открыт этот ветер был уже в наше время с помощью космических аппаратов, но первыми засвидетельствовали его кометы. Стремительные потоки корпускул солнечного вещества, наталкиваясь на газы и пары в голове кометы, ионизуют их – создают плазму – и уносят кометную плазму на больших скоростях прочь от Солнца. И чем сильнее дует ветер, тем прямее
28-04-2015, 23:37