Комети. Історія наукових поглядів на них

Міністерство  освіти і науки України

Енергодарська ЗОШ №7

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Комети. Історія наукових поглядів на них»

 

 

 

                                                                                                                           

 

                                                                                                                       Виконала:        

Учениця 11-А класу                                                                                                                        Окружко Юлія

 

 

 

Енергодар 2011

 

Комети — це тіла Сонячної системи,  що рухаються по витягнутих орбітах. При наближенні до Сонця комети утворять хвіст із газу та пилу, що іноді досягає в довжину мільйонів кілометрів. Назва "Комета" походить від давньогрецького слова "kometes" – довговолосий.

Вважається, що джерелом багатьох комет (довгоперіодичних) є хмара Оорта, у якій перебувають мільйони кометних ядер. Походження даної хмари пов'язане, очевидно, із гравітаційним викидом крижаних тіл із зони планет-гігантів під час їхнього утворення. Хмара Оорта містить ~ 1011 кометних ядер.

У комет, що наближаються до периферії  хмари Оорта (їхня відстань до Сонця  може досягати 105 а. о., а періоди обертання навколо нашого світила - 10⁶-10⁷ років), орбіти змінюються під дією сили тяжіння найближчих зірок. При цьому деякі комети набувають параболічної швидкості відносно Сонця і назавжди покидають Сонячну систему.

На даний момент також виявлено більше 400 короткоперіодичних комет. Так, приблизно 50 самих короткоперіодичних комет (їхній повний оборот навколо Сонця триває 3—10 років) утворять сімейство Юпітера. Також існують сімейства Сатурна, Урана та Нептуна (до останнього, зокрема, відноситься комета Галлея).

Яскравість комет дуже сильно залежить від їхньої відстані до Сонця. Із всіх комет тільки дуже мала частина наближається до Сонця й Землі настільки, щоб  їх можна було побачити неозброєним  оком.

Будова комет

Як правило, комети складаються з «голови» — невеликого яскравого згустку-ядра, що оточена світлою туманною оболонкою (комою), яка складається з газу та пилу.

Тривале існування ряду періодичних  комет, що багаторазово пролітали поблизу  Сонця, пояснюється, незначною втратою речовини при кожному прольоті (через утворення пористого теплоізоляційного шару на поверхні ядер або наявності в ядрах тугоплавких речовин). У комет з наближенням до Сонця  утворюється «хвіст» — слабка світна смуга, що у результаті світлового тиску й дії сонячного вітру найчастіше спрямована у протилежну від Сонця сторону.

Хвости комет розрізняються  довжиною й формою, не мають різких обрисів і практично прозорі — крізь них добре видні зірки, — тому що утворені з надзвичайно розрідженої речовини. Склад її різноманітний: газ чи дрібний пил, або ж суміш того й іншого. Даний пил схожий з астероїдним матеріалом сонячної системи, що з'ясувалося в результаті дослідження комети Вільда (2), космічним апаратом «Стардаст» («Зоряний пил»). По суті, це «видиме ніщо»: людина може спостерігати хвости комет тільки тому, що газ і пил світяться. При цьому світіння газу пов'язане з його іонізацією ультрафіолетовими променями й потоками часток, що викидаються із сонячної поверхні, а пил просто розсіює сонячне світло.

Астрономи пояснюють настільки  різні форми кометних хвостів  у такий спосіб. Матеріал, з якого  складаються комети, мають неоднаковий  склад та властивості, тому  й по-різному реагують на сонячне випромінювання. Таким чином, хвости космічних мандрівниць набувають різної форми.

Історія наукових поглядів на комети

У той час, як абсолютна більшість  видимих ​​небесних світил були точковими об'єктами і майже ніколи не змінювали свого розташування на нічному небі (зірки), а якщо і рухалися, то по заданому шляху і за певний час ("блукаючі зірки" або планети), несподіване поява "хвостатих світил" викликало у людей почуття страху. У період відсутності наукових знань будь-які незрозумілі явища природи найчастіше витлумачувалося як магічні або божественні знаки - провісники прийдешніх подій. "Хвостаті світила" або комети на цю роль цілком підходили. Слово "комета" в перекладі з грецької мови означає "волохата зірка". У стародавній Греції, а потім і в середні століття комети зазвичай зображували як відрубані голови з розгорнутими волоссям. Людська історія в давнину була дуже насичена різними трагічними подіями, такими як війни, епідемії, палацові перевороти, вбивства правителів чи інших вельмож. Яким-то з цих подій супроводжували появи яскравих комет. А придворні астрономи-астрологи, а потім і церква в прогнозах майбутнього ґрунтувалися на небесні явища, "пов'язуючи" справи земні і небесні. 
 
Наприклад, з праць римських істориків відомо, що смерть Юлія Цезаря в 44 р. до н. е.. збіглася з виникненням на небі яскравої комети, тому до середніх століть і навіть пізніше при королівських дворах у Європі була поширена думка, що поява комети може передвіщати смерть королів або їхніх спадкоємців. Наведемо приклад середньовічної емоційної "інтерпретації" природи комет та їх впливу на долі людей. Відомий французький хірург Амбруаз Паре так описував комету 1528: "Ця комета була настільки жахлива і страшна і породжувала в народі оце велике сум'яття, що деякі вмирали від одного лише страху, а інші захворювали. Вона являла собою світило величезної довжини і кривавого кольору; у вершині було видно її стислу руку, що тримає довгий меч, як би готовий цілити. У кінця його клинка було видно три зірки. По обидві сторони променів, що виходять з хвоста цієї комети, виднілося безліч сокир, ножів, мечів, закривавлений, а серед них були видні жахливі людські обличчя з скуйовджені бородами і дибки стоячим волоссям ". Описи появ різних комет протягом всієї історії людства до XVII ст. рясніли найстрашнішими передбаченнями і прогнозами, навіть кінця світу. 
 
Найперше зафіксоване в історичних літописах поява комети відноситься 2296 до н. е.. Тоді комета спостерігалася китайськими астрономами, які старанно стежили за її рухом по сузір'ях. У поданні древніх китайців небо було величезною країною, що складається з численних областей і провінцій, в яких яскраві планети були їх правителями. Для передачі імператорських указів у всі провінції були необхідні кур'єри. Роль кур'єрів відводилася саме "хвостатим світилам", оскільки вони швидко переміщалися через багато сузір'я і нібито передавали імператорську волю. Підтвердженням цього китайські астрономи вважали переміщення по волі імператора "планет-правителів" з одного сузір'я до іншого після зникнення комети. Цікаво відзначити, що таку позитивну роль кометам приписували тільки в Китаї. Може бути тому, що на зорі цивілізації люди ще не були "обтяжені" знанням всіх перипетій людської історії. 
  
Досить об'єктивні судження про природу комет висловлювали ще деякі давньогрецькі та римські мислителі, які вважали їх незалежними від людини та її діяльності природними явищами. Проте ближче всього про їх справжню природу підійшов у своїх міркуваннях римський філософ Сенека, який жив у I столітті н. е.., який в суперечці з Аристотелем (який вважав комети виключно атмосферними явищами) писав: "Я не можу погодитися, що комета - це тільки запалений вогонь, це, швидше, одне з вічних творінь природи ... Комета має власне місце між небесними тілами ..., вона описує свій шлях і не гасне, а тільки віддаляється. Не будемо дивуватися, що закони руху комет ще не розгадані; прийде час, коли наполеглива праця відкриє нам приховану зараз правду..." Цей час прийшло тільки через п'ятнадцять століть. Спочатку Тихо Браге і його учні при спостереженні з різних точок земної поверхні комети 1577 довели, що вона перебувала не в атмосфері Землі, а далеко за її межами, тобто була самостійним небесним тілом. Потім Галілео Галілей в 1610 р. вперше скористався побудованим їм телескопом для спостережень небесних тіл і зробив при цьому безліч астрономічних відкриттів.

 
Трохи раніше вийшла праця "Шість  книг про кругових рухах небесних світил Миколи Коперника з Торуна" (в 1543 р.), який завдав нищівного удару  по геоцентричної системі світу  Аристотеля-Птолемея. Таким чином була підготовлено ​​"грунт" для пошуку загальних законів руху небесних тіл. Ці закони були встановлені в період 1609-1618 рр.. досвідченим шляхом (на основі підбору математичних співвідношень, а не їх виведення) талановитим учнем Тихо Браге Іоганном Кеплером, що скористався численними даними свого вчителя про рухах планет. У результаті формулювання Кеплером його трьох законів було встановлено, що кожна планета рухається не по колу з постійною швидкістю, а зі змінною швидкістю по еліпсу, в одному з фокусів якого знаходиться Сонце. Але загальна причина рухів планет була ще незрозуміла. І тільки з відкриттям Іссаком Ньютоном закону всесвітнього тяжіння цьому було знайдено наукове пояснення: якщо сила, яка діє на небесне тіло з боку Сонця назад пропорційна квадрату відстані до нього, то таке тіло повинно рухатися по еліптичній орбіті.

 
Саме розрахунки, зроблені Ньютоном за такою формулою (ще до формулювання закону всесвітнього тяжіння) на прохання англійського астронома Едмунда  Галлея довели, що яскрава комета 1682 рухається по еліптичній орбіті. На основі власних спостережень цієї комети та аналізу достовірних історичних літописів про спостереження яскравих комет за останні 300 років Галлей склав перший каталог про 24 таких тілах, що включав розраховані їм елементи кометних орбіт (основні параметри, за якими можна визначити положення кожної комети в будь-який момент часу) .

 
У своєму каталозі Галлею вдалося виявити  дуже близький збіг орбітальних елементів  трьох комет, що з'являлися в 1531, 1607 і 1682 рр., звідки він відразу зробив висновок про те, що це повинна бути одна і та ж комета. Її період обертання навколо Сонця дорівнює 75,5 років, і, як припустив вчений, таке поява комети повинно було відбутися в 1758 р. Це передбачення Едмунда Галлея підтвердилося на початку 1759. Разом з появою комети підтвердився і закон всесвітнього тяжіння, на основі якого виконувалися розрахунки її траєкторії. На жаль, сам астроном не дожив до цього моменту. Однак відкриту ним періодичну комету стали називати кометою Галлея. Так починалися наукові дослідження комет.

 

Комети під прицілом

Що являють собою самі комети? Вичерпне уявлення про них астрономи отримали завдяки успішним «візитам» в 1986 р. до комети Галлея радянських космічних апаратів «Вега-1», «Вега-2» та європейського «Джотто». Численні прилади, установлені на цих апаратах, передали на Землю зображення ядра комети й різноманітних відомостей про її оболонку. Виявилося, що ядро комети Галлея складається в основному зі звичайного льоду (з невеликими вкрапленнями вуглекислих і метанових льодів), а також пилових часток. Саме вони утворять оболонку комети, а з наближенням її до Сонця частина з них — під тиском сонячних променів і сонячного вітру — переходить у хвіст.

Ядро комети Галлея має неправильну  форму; його розміри дорівнюють декільком  кілометрам: 14 — у довжину, 7,5 — у ширину; обертається ядро навколо своєї осі, що майже перпендикулярно площині орбіти комети. Період обертання дорівнює 53 години.

В 2005 космічний апарат НАСА Deep Impact («Сильний удар»)наблизився до комети   Темпеля 1, і за допомогою апарату Impactor («Ударник»), що відділився від основного КА,  протаранив комету та передав зображення її поверхні.

Impactor на величезній швидкості  10,3 км/с (37 000 км/год) зіштовхнувся  з кометою. Обробка даних, отриманих  при спостереженні цього зіткнення, показала, що речовина верхнього шару комети сильно відрізняється від того, що там очікували виявити. Вважалося, що її ядро являє собою величезну брилу льоду із вкрапленням кам'яних гірських порід, у вигляді дрібних уламків. Насправді виявилося, що ядро комети складається з дуже пухкого матеріалу, що нагадує навіть не купу каменів, а величезний кому пилу, пори в якому становлять 80%.

Коли відбулося зіткнення зонда  з ядром комети, то викинута речовина злетіла вузьким високим стовпом. Таке можливо лише при дуже пухкому й легкому ґрунті. Результати цього ефектного експерименту в космосі привели до появи нової моделі будови ядра комет. У минулому ядро вважали забрудненою сніжною кулею або засніженою кам’яною брилою , а тепер його розглядають як досить пухке тіло, трохи подовженої форми, що складається з пилу. Залишається незрозумілим, як у такій «пухнатій» субстанції можуть зберігатися кратери, пагорби й різкі уступи поверхні, які чітко видні на знімках ядра комети Темпеля-1, отриманих як із самої станції Deep Impact, так і з ударного апарата, що передав останні зображення незадовго до зіткнення. На цих докладних знімках видно, що поверхня не згладжена й не покрита пилом - вона має досить виразні, різкі форми рельєфу й виглядає приблизно так само, як поверхня Місяця, - з безліччю кратерів і невеликих пагорбів.

Майбутні дослідження

Найбільш цікавим дослідженням обіцяє стати місія Європейського  космічного агентства до комети Чурюмова-Герасименко (яка була відкрита в 1969 році співробітником Київського університету Климом Івановичом Чурюмовим та аспіранткою Світланою Іванівною Герасименко). Цей новий етап у вивченні комет почався в 2004 році запуском автоматичної станції Rosetta. Планується, що станція Rosetta уперше стане штучним супутником комети і буде приблизно два роки рухатися разом з нею, фіксуючи відомості про те, як у міру наближення до Сонця нагрівається поверхня кометного ядра, викидаючи речовину, з якого виникне й виросте газово-пиловий хвіст.

Станція підійде до комети у  2014 р. далеко від Сонця - у холодній області, де в комети ще немає хвоста. Потім відбудеться сама незвичайна подія у всьому польоті: від станції відділиться невеликий посадковий модуль Philae і вперше здійснить посадку на кометне ядро. Процес посадки на комету буде схожим, на стикування космічних апаратів, а не на приземлення. Швидкість посадкового модуля зменшиться до 0,7 м/с (2,5 км/год), що менше швидкості пішохода. Адже сила тяжіння на кометному ядрі, діаметр якого дорівнює 5 км, зовсім невелика, і апарат може просто відскочити від поверхні назад у космос, якщо буде рухатися занадто швидко. Після зіткнення з кометою посадковий модуль повинен прикріпитися «сухопутним якорем», що нагадує гарпун. Надалі «якір» удержить його на кометі, коли той почне буріння її поверхні мініатюрною буровою установкою. Отриманий зразок речовини буде проаналізований міні-лабораторією, що перебуває усередині Philae. Відеокамера, установлена зовні, покаже ландшафт кометного ядра й те, що відбувається на ньому при викидах газових струменів з надр. Настільки докладна інформація надійде вперше й дасть пояснення тому, як улаштовано й із чого складається кометне ядро.

Вплив комет на інші космічні тіла

Маси комет незначні — приблизно  в мільярд раз менше маси Землі, проте частина кратерів на Місяці, Меркурії, Марсові та інших тілах утворилася в результаті ударів ядер комет. Густина речовини з хвоста комети практично дорівнює нулю. Тому «небесні гості» ніяк не впливають на планети  Сонячної системи. Так, наприклад, у  травні 1910 р. Земля, проходила крізь хвіст комети Галлея, але ніяких змін у русі нашої планети не відбулося.

З іншого боку, зіткнення великої  комети із планетою може викликати  масштабні наслідки для атмосфери й магнітосфери планети. Гарним та досить якісно дослідженим прикладом такого було зіткнення уламків комети Шумейкеров—Леві 9 з Юпітером у липні 1994 року. Дана комета підійшла занадто близько до Юпітера й була попросту розірвана його гравітаційним полем на 23 фрагмента розміром до 2 км. Ці уламки, розтягнувшись в одну лінію 1,1 млн. км (це втроє більше, ніж від Землі до Місяця), продовжували свій політ назустріч Юпітерові, поки не зіштовхнулися з ним. Цілий тиждень, з 16 по 22 липня 1994 року, тривав кометопад. Один за одним відбувалися гігантські спалахи, коли черговий уламок комети входив в атмосферу Юпітера з гігантською швидкістю 64 км/с (230 тис. км/год). У процесі падіння порушення в структурі радіаційних поясів навколо планети досягли такого ступеня, що над Юпітером з'явилося дуже інтенсивне полярне сяйво.

Тунгуське явище (вибух тіла, що влетіло  в атмосферу з космосу,  у 1908 р.), можливо, також було викликано зіткненням невеликого кометного ядра із Землею.