Кометы и их природа

     План:                                                                                 Страница

       Введение.                                                                                 2

1  Историческое  начало исследования комет.                     2-8

2  Природа  комет, их рождение, жизнь и  смерть.               8-11

3  Физико-химические  параметры комет.                           11-16

4  Современные  исследования комет.                                  17-22

    Заключение.                                                                              23

    Литература.                                                                               24 
 

  Введение. 

  Кометы являются одними из самых эффектных тел в Солнечной системе. Это своеобразные космические айсберги, состоящие из замороженных газов сложного химического состава, водяного льда и тугоплавкого минерального вещества в виде пыли и более крупных фрагментов. Ежегодно открывают 5-7 новых комет и довольно часто один раз в 2-3 года вблизи Земли и Солнца проходит яркая комета с большим хвостом. Кометы интересуют не только астрономов, но и многих других учёных: физиков, химиков, биологов, историков... Постоянно проводятся достаточно сложные и дорогостоящие исследования. Чем же вызван такой живой интерес к этому явлению? Его можно объяснить тем, что кометы - ёмкий и ещё далеко не полностью исследованный источник полезной науке информации. Например, кометы “подсказали” учёным о существовании солнечного ветра, имеется гипотеза о том, что кометы являются причиной возникновения жизни на земле, они могут дать ценную информацию о возникновении галактик...

Изучая предмет  астрономия, я выбрала тему реферата именно о кометах. Я хочу рассказать то, что мне стало знакомо из трудов ученых занимающихся изучением далекого от нас мира небесных тел. Моя задача заключается в том, чтобы как можно больше и глубже узнать о кометах: о истории их изучения, их строении, составе и  о современном исследовании данного небесного тела.  

1. Историческое  начало исследования комет. 

         Когда же люди впервые задумались  о ярких хвостатых “звёздах”  на ночном небе? Первое письменное  упоминание о появлении кометы  датируется 2296 годом до нашей  эры. Движение кометы по созвездиям тщательно наблюдалось китайскими астрономами. Древним китайцам небо представлялось огромной страной, где яркие планеты были правителями, а звезды - органами власти. Поэтому постоянно перемещающуюся комету древние астрономы считали гонцом, курьером, доставляющим депеши. Считалось, что любое событие на звёздном небе предварялось указом небесного императора, доставляемым кометой-гонцом.

  Древние люди панически боялись комет, предписывая им многие земные катаклизмы и несчастья: мор, голод, стихийные бедствия... Комет боялись потому, что не могли найти достаточно понятного и логичного объяснения этому явлению. Отсюда появляются многочисленные мифы о кометах. Древним грекам головой с распущенными волосами представлялась любая достаточно яркая  и видимая невооружённым взглядом комета. Отсюда образовалось и название: слово “комета” происходит от древнегреческого “кометис”, что в переводе означает “волосатый”.

    Научно  обосновать явление первым попытался  Аристотель. Не замечая никакой закономерности в появлении и движении комет, он предложил считать их воспламеняющимися атмосферными испарениями. Мнение Аристотеля стало общепризнанным. Однако римский учёный Сенека попытался опровергнуть учение Аристотеля. Он писал, что “комета имеет собственное место между небесными телами..., она описывает свой путь и не гаснет, а только удаляется”. Но его проницательные предположения сочли безрассудными, так как слишком был высок авторитет Аристотеля.

  Но в силу неопределённости, отсутствия единого мнения и объяснения феномену “хвостатых звёзд” люди ещё долго продолжали считать их чем-то сверхъестественным. В кометах видели огненные мечи, кровавые кресты, горящие кинжалы, драконов, отрубленные головы... Впечатления от появления ярких комет были настолько сильны, что предрассудкам поддавались даже просвещённые люди, учёные: например, известный математик Бернулли говорил, что хвост кометы является знамением гнева Божия.

     В  эпоху Средневековья вновь появился  научный интерес к явлению. Один из выдающихся астрономов той эпохи  Региомонтан отнёсся к кометам, как к объектам научного исследования. Регулярно наблюдая все появлявшиеся светила,

он первым описал траекторию движения и направления  хвоста. В XVI веке астроном Апиан, проводя похожие наблюдения, пришёл к выводу, что хвост кометы всегда направлен в противоположную Солнцу сторону. Чуть позже стал наблюдать движение комет с наивысшей для того времени точностью датский астроном Тихо Браге. В результате своих исследований он доказал, что кометы - небесные тела, более далёкие, чем Луна, и тем самым опроверг учение Аристотеля об атмосферных испарениях, но, несмотря на исследования, избавление от предрассудков шло очень медленно: например, Людовик XIV очень опасался кометы 1680 года, так как считал её предвестницей своей гибели.

  Наибольший вклад в изучение истинной природы комет был сделан Эдмондом Галлеем. Главным его открытием было установление периодичности появления одной и той же кометы: в 1531 г., в 1607 г., в 1682 г. Увлечённый астрономическими исследованиями, Галлей заинтересовался движением кометы 1682 г. и занялся вычислением её орбиты. Его интересовал путь её движения, а так как Ньютон уже проводил подобные вычисления, Галлей обратился к нему. Учёный сразу дал ответ: комета будет двигаться по эллиптической орбите. По просьбе Галлея Ньютон изложил свои вычисления и теоремы в трактате “De Motu”, то есть “О движении”. Получив помощь Ньютона, он занялся вычислением кометных орбит по астрономическим наблюдениям. Ему удалось собрать сведения о 24 кометах. Таким образом появился первый каталог кометных орбит. В своём каталоге Галлей обнаружил, что три кометы очень похожи по своим характеристикам, из чего он сделал вывод, что это не три разные кометы, а периодические появления одной и той же кометы. Период её появления оказался равным 75,5 лет. Впоследствии она была названа кометой Галлея.

Рис: Комета  Галлея  движется по элиптической орбите в направлении противоположном  направлению вращения планет    

Рис:Расположение орбиты кометы Галлея по отношению  к орбите Земли(указаны положения  кометы и Земли на их орбитах в 1909-1910 гг.) 

После Первым фанатиком, жаждущим открытия комет, был служащий Парижской обсерватории Шарль Мессье. В историю астрономии он вошел как составитель каталога туманностей и звездных скоплений, предназначавшегося для поиска комет, чтобы не принимать далекие туманные объекты за новые кометы. В каталог вошли рассеянные и шаровые скопления и галактики. Туманность Андромеды носит по каталогу Мессье наименование М31. За 39 лет наблюдений Мессье открыл 14 новых комет!

     В  первой половине XIX столетия среди «ловцов» комет особенно отличился Жан Понс. Сторож Марсельской обсерватории, а позднее ее директор, он решил приобщиться к наблюдениям хвостатых «звезд». Понс соорудил небольшой любительский телескоп и, следуя примеру своего соотечественника Мессье, занялся поисками комет. Дело оказалось столь увлекательным, что за 26 лет он открыл 33 новых кометы! Не случайно астрономы прозвали его «Кометным магнитом». Рекорд, установленный Понсом, до сих пор остается непревзойденным. Почти догнал его рекорд американский астроном-любитель Брукс (конец XIX века)- он открыл 25 комет.

    Среди  комет, открытых в 50-е , 60-е года многие носят имена отечественных астрономов : Белявского, Г.Н.Неуймина, Г.А.Шайна, Златинского, Дубяго, Козика, Ахмарова, Юрлова, Бахарева, а также Тевадзе (из Абастумани в Грузии)До 1950 г. было зарегистрировано около 1000 комет, из них 400 было открыто до изобретения телескопа,т.е. очень ярких.Из 1000 комет для шестисот с лишним определены орбиты. Наиболее богатые ометами были 198 и 1967 г.В 1967 году было открыто 14 комет, а в 1948 г. было открыто 10 комет, о кроме них наблюдались еще 14 комет, открытых ранее. Однако кометы, видимые, хотя бы недолго, без телескопа, -редкое явление. Яркие и долго наблюдавшиеся кометы с большими хвостами были видимы лишь в 191(кометамГаллея),1957(комета Мркоса) и в 1973-1974 гг.(комета Когоутека).Кометы открывают ежегодно. В среднем их открывается около 20 в год. Доступно наблюдениям порядка 50 комет, а за всю историю человечества наблюдалось около двух тысяч появлений комет. 

                  Короткопериодические кометы

Среди комет  заметно выделяются и лучше всего изучены короткопериодические кометы, т.е. движущиеся по эллипсам с коротким периодом обращения. Из них наиболее коротким периодом (3.3 года)обладает комета Энке-Баклунда. Наблюдалось уже больше 40 ее приближений к Солнцу. Еще более короткий период обращения имела комета Вильсона-Харингтона(1949 IV)-2.3 года. Однако эта комета наблюдалась только в 1949 г.,и с тех пор ее больше не видели

       Периоды других комет этого  типа меньше 8 лет, и афелии (наиболее близкая точка к Солнцу называется перигелий, наиболее удаленная -афелий) их в своем большинстве располагаются вблизи орбиты Юпитера, отчего их часто называют кометами группы или семейства Юпитера. В нее входит около полусотни комет. Все они отличаются еще и тем ,что орбиты их близки к плоскости эклиптики(Эклиптика-орбита движения Солнца)(наклонения (   Угол i между плоскостью экватора и плоскостью траектории небесного тела называется наклонением плоскости орбиты)их не превышают 30 ) и движутся они в ту же сторону, что и планеты. Почти все они видимы в телескоп и          бесхвосты. Вытянутость их орбит сравнительно невелика, и в этом отношении вне конкуренции находится комета Швассамана-Вахмана, открытая в 1927 г. Ее период ее обращения 16 лет,и со времени ее открытия она видна и наблюдается ежегодно. Ее орбита целиком заключена между орбитами Юпитера и Сатурна, и по малости своего эксцентриситета(эксцентриситет-величина, которая показывает на сколько эллипс орбиты отличается от окружности)она в большей степени похожа на орбиты планет, чем на орбиты комет.

Ослабей она  еще немного, и комету Швассмана-Вахмана совсем нельзя было бы отличить от астероидов 
 

                 Рис:Орбита кометы Швассмана-Вахмана. 
 

Еще более поразительная  орбита кометы Отерма, открытой в 1943 г.Ее орбита, как и у кометы Швассмана-Вахмана, почти круговая и лежит целиком между орбитами Юпитера и Марса.(Она ничем не отличается от орбит типичных астероидов!) 
 

                         Рис:Орбита кометы Отерма

Среди короткопериодических комет, кроме тех, которые образуют семейство Юпитера, известно еще небольшое число их, ходящее в семейства других больших планет. Кометная семья Сатурна содержит 6 комет семейство Урана-4 кометы с периодами обращения 30-40 лет, и 9 комет входят в семью Нептуна, среди них комета Галлея - самая яркая из периодических комет. Афелии комет каждого семейства группируются вблизи орбиты своей планеты, что и явл. признаком, по которому их относят к той или другой семье.

    Число  известных периодических комет  все время растет. Около двух десятков комет имеют периоды обращения от 100 до 1000 лет, и существует 30 комет с периодами от одной до десяти тысяч лет. Чем больше период обращения, тем менее точно он определяется. При периоде обращения в несколько лет ошибка в определении периода может составить одну-две недели, а при периоде порядка тысячи лет эта ошибка возрастает до столетия. Поэтому бывает так, что астроному не сразу узнают своих старых знакомых. Узнать их можно не по внешнему виду, т.к. он непостоянен, а лишь по пути, по которому они следуют. Но часто путь сильно меняется вследствие возмущений, и это надо учитывать.Бывает,кометы принимают за незнакомку и лишь позднее убеждаются,изучив ее движение,что это уже старая знакомая,вступившая на новый путь. 

2. Природа комет,  их рождение, жизнь и смерть. 

Откуда же приходят к нам “хвостатые звёзды”? До сих  пор об источниках комет ведутся  оживлённые дискуссии, но единое решение  ещё не выработано.

  Ещё в XVIII  веке Гершель, наблюдая туманности, предположил, что кометы - небольшие туманности, движущиеся в межзвёздном пространстве. В 1796 году Лаплас в своей книге “Изложение системы мира” высказал первую научную гипотезу о происхождении комет. Лаплас считал их обрывками межзвёздных туманностей, что неверно из-за различий в химическом составе тех и других. Однако его предположение о том, что эти объекты имеют межзвёздное происхождение, подтверждалось наличием комет с почти параболическими орбитами. Короткопериодические кометы Лаплас считал также пришедшими из межзвёздного пространства, но некогда захваченными притяжением Юпитера и переведёнными им на короткопериодические орбиты. Результат возмущающего действия Юпитера зависит от того,какова скорость кометы при ее сближени с Юпитером. Если допустить,что первоначальное движение кометы до сближентя с Юпитером происходило по параболе, то результат сближения можно представить в форме таблицы.

   .               

             Таблица №1. Определение орбиты кометы после ее сближения с Юпитером 

Кометы,перешедшие на гиперболические орбиты,вышвыриваются  из солнечной системы и теряются ею.Кометы же, перешедшие на движение по элипсу в прямом направлении,т.е. с  движением в ту же сторону,что у планет,будут снова и снова сближаться с Юпитером ,и каждый раз их период будет делаться все более коротким , до тех пор, пока они не вольются окончательно в семью юпитеровых комет.