5.4. Кометы как родоначальницы метеорных роев

5.4. Кометы как родоначальницы метеорных роев

По яйцевидному пути

Летит могучая комета.

О чем хлопочет пляской света?

Что нужно в мире ей найти?

Она встает уж много лет,

Свой путь уклончивый проводит,

Из неизвестного приходит,

И вновь ее надолго нет.

Как слабый лик туманных звезд,

Она в начале появленья —

Всего лишь дымное виденье,

В ней нет ядра, чуть тлеет хвост.

Но ближе к Солнцу — и не та.

Уж лик горит, уж свет не дробен,

И миллионы верст способен

Тянуться грозный след хвоста.

К. Бальмонт

К настоящему моменту наиболее признанной является концепция возникновения метеороидных роев как следствия полной или частичной дезинтеграции кометных ядер, существенно усиливающейся при приближении кометы к Солнцу (см. также главу 4). Впервые такое предположение высказал Дж. Скиапарелли (1866), когда отождествил орбиту потока Персеиды с орбитой кометы 1862 II. К 40-м гг. XX в. таких отождествлений было всего четыре: комета 1866 I (она же комета Темпеля — Туттля) — поток Леониды, комета 1862 II — поток Лириды, комета Энке — Баклунда — поток Тауриды, комета 1910 II (Галлея) — потоки Ориониды и ?-Аквариды. Весьма интересными представляются флуктуации частот появления космических «пришельцев» в окрестности земной орбиты и непосредственно в биосфере Земли. На основе анализа более чем 8000 исторических свидетельств о пролете комет и болидов, падении метеоритов и метеорных дождях за прошедшие 2000 лет были выявлены особые интервалы 0–500 лет, 1000–1250 лет, 1450–1750 лет, изобилующие сообщениями о появлении комет. Была выявлена явная связь между кометами и метеорными потоками. Распад комет на отдельные фрагменты или их частичная дезинтеграция является наиболее активным процессом их эволюции. Он наблюдается у относительно ярких комет и обычно сопровождается различными проявлениями кометной активности. Так, за период с 1843 г. по 1971 г. наблюдалось около 16 случаев расщепления комет с последующим расхождением фрагментов. За последние годы к числу интересных явлений добавились ставшая весьма знаменательной комета Веста (1975 n), комета Когоутека (1973 f), комета Уилсона, яркая вспышка кометы Галлея после прохождения перигелия, комета Швассмана — Вахмана 3, Шумейкеров — Леви, Холмса и др. В 11 случаях распад произошел на гелиоцентрических расстояниях R 6 1,6 а.е., в двух случаях — в зоне астероидов и в трех — на расстоянии орбиты Юпитера. Применив метод дифференциальной коррекции для интерпретации наблюдений кометы Виртанена (1957 VI), Секанина [Sekanina, 1979] уточнил место расщепления этой кометы — 9 а.е. вместо 4,9 а.е., как принималось ранее. Кроме того, Секанина считает, что абсолютно достоверно распавшимися можно считать только шесть комет — 1881 I, 1914 IV, 1943 I, 1955 V, 1968 III, 1969 IX. Для двух комет — 1889 IV, 1896 V — имеются достаточные основания считать их распавшимися. Поскольку фрагменты около половины распавшихся ядер комет являются короткоживущими, можно предположить, что фрагменты малых размеров выбрасываются из родительских ядер значительно чаще. Однако наблюдение таких фрагментов затруднено вследствие малости их размеров. В случае кометы Таго — Сато — Косаки (1969 IX) Секанина установил, что ее распад совпадает с визуально наблюдавшейся вспышкой блеска и с внезапным увеличением истечений вещества из кометы.

На рис. 5.17 показана орбита кометы Темпеля — Туттля и положение планет на 28 февраля 1998 г., когда комета проходила недалеко от Солнца. Также представлен снимок неба с метеорами потока Леониды, сделанный на обсерватории Modra с 4-часовой экспозицией 17 ноября 1998 г.

^{Рис. 5.17. Орбита кометы 55Р Темпеля — Туттля [Yeomans et al., 1996]. Положение планет показано на 28 февраля 1998, когда комета проходила недалеко от Солнца. Справа преставлен снимок неба с метеорами потока Леониды, сделанный на обсерватории Modra с 4-часовой экспозицией 17 ноября 1998 г. (http://leonid.arc.nasa.gov/meteor.html)}

Комета Веста стала уникальным объектом для наблюдателей и исследователей структуры и состава кометного ядра. Многократный распад ядра на фрагменты и сложная структура пылевого хвоста оказались хорошо зафиксированы на снимках и рисунках. Интерпретация фотографий, на которых зафиксированы распад ядра кометы Веста, расхождение фрагментов ядра и их эволюция, позволила установить наличие весьма широких пылевых потоков. Анализ фотометрических данных позволил оценить размеры ядра и его 4 фрагментов, каждый из которых можно оценить как ядро небольшой кометы. Пылевой хвост кометы составляют пылевые частицы субмикронных и микронных размеров, выброшенные из ядра вблизи перигелия орбиты, а 13 концевых синхрон в пылевом хвосте могут соответствовать количеству относительно крупных осколков, на которое разделилось ядро кометы 1975 VI Веста. Такое ядро на некоторое время будет представлять собой связанный рой льдистых тел.

Для изучения целого ряда явлений в кометах, состава и структуры ядер, рельефа поверхности и размеров ядра, оценки активной деятельности кометы и пр. в последние два десятилетия были разработаны, осуществлены и продолжают осуществляться космические миссии к ядрам периодических комет: миссия Стардаст (Stardust), миссия Дип Импакт (Deep Impact), миссия Розетта (Rosetta).

Одним из результатов миссии Стардаст было обнаружение большого количества активных струй, состоящих из частиц, вытекающих из различных участков поверхности ядра кометы Вильда 2. Предполагалось, что джеты должны выбрасываться на близкие расстояния от ядра и затем диссипировать, образуя светящееся тело. Однако сверхскоростные струи (джеты) не диссипировали, оставаясь мощными узкими струями. Так, зонд Стардаст оказался полностью изрешечен большим количеством частичек при его пролете через три гигантских джета.

Таким образом, дезинтеграция комет является достаточно распространенным процессом в Солнечной системе. Образуются ли в результате этого процесса метеороидные рои и чем обосновывается утверждение об их связи с определенной кометой-родоначальницей?

Б. Ловелл дает четыре основных критерия, с помощью которых рекомендуется устанавливать общность орбит кометы и метеороидного роя: а) при условии, что комета достаточно близко подходит к Земле, различие элементов орбит кометы и метеороидного роя должно быть минимальным;

б) должны существовать повторные возвращения метеорного потока с периодом, сходным с периодом кометы;

в) смещение даты потока назад или вперед должно соответствовать движению узла кометы;

г) в случае длительного потока должно существовать суточное смещение его радианта.

Рассматривая вопрос о связи комет и метеоров, следует помнить два других весьма важных фактора. Во-первых, существует много больших метеорных потоков, для которых пока нет возможности установить их связь с кометами. Во-вторых, существуют кометы, которые приближаются к Земле на расстояние менее 0,25 а.е. и должны были бы породить метеорные потоки, но таковых пока не обнаружено. Наиболее характерным большим метеорным потоком, не имеющим кометы-родоначальницы, является поток Геминиды. Несмотря на обстоятельное изучение, до последнего времени не удалось отождествить его связи ни с одной из известных комет. Некоторые из известных метеорных потоков и их предполагаемые кометы-родоначальницы представлены в табл. 5.5.

Таблица 5.5. Метеорные потоки и предполагаемые кометы-родоначальницы [Куликова и др., 2008]

5.4.1. Моделирование процесса распада комет как источника возникновения метеороидных комплексов. Появление вычислительной техники во второй половине XX в. позволило осуществить расчеты по прогнозированию движения небесных тел как в ретроспективе, так и на довольно длительную перспективу. Несмотря на трудности такого рода работ, связанные с неточностью наших представлений о положении планет в Солнечной системе, были получены крайне важные и весьма интересные результаты. Особая роль в этих исследованиях принадлежит Е. И. Казимирчак-Полонской. Дальнейшее развитие вычислительной техники, появление высокоскоростных компьютеров позволило одновременно с классическими методами небесной механики начать разработку нового направления исследований — стохастической небесной механики.

Случайность — это неотъемлемая часть большинства происходящих в природе явлений, и стохастический подход к решению поставленных задач вполне правомерен.

Поскольку малые тела Солнечной системы в процессе эволюции проявляют сложное поведение, которое трудно описать и объяснить в рамках классической небесно-механической теории движения, то имеет смысл перейти к вероятностным формам описания процесса эжекции вещества из родительского тела в любой точке космического пространства и исследовать модели возникающих при этом новых классов малых тел.

Процессы выброса вещества являются стохастическими процессами, когда априори неизвестны начальные условия выброса. Следствием такого выброса может быть образование метеороидного роя или ассоциации. Одним из критериев установления генетической связи метеороидного образования с предполагаемым родительским телом является сходство орбит. Теоретические исследования в сочетании с компьютерным моделированием и привлечением значительного объема наблюдательных данных позволяют получить не только качественные, но и количественные характеристики при рассмотрении конкретных небесных объектов.

Применительно к описываемой проблеме в этом направлении выделяются три раздела:

1) выявление структур новых образований на основе наиболее вероятных механизмов дезинтеграции родительских тел;

2) определение возможности возникновения и существования новых классов малых тел в космическом пространстве;

3) эволюционное движение в межпланетном пространстве малых тел, новых образований и остатков начальных объектов под действием факторов гравитационного и негравитационного характера.

Первые работы по моделированию выброса вещества из ядра кометы и образованию метеороидного роя были выполнены в нашей стране в 60-х гг. XX в. Первые результаты по моделированию четырех наиболее известных в то время роев — Дракониды (комета Джакобини — Циннера), Леониды (1866 I), Персеиды (1862 III) и Тауриды (комета Энке) — показали перспективность разрабатываемого метода исследования [Катасев, Куликова, 1975; Katasev and Kulikova, 1970]. В дальнейшем аналогичные исследования были осуществлены для метеороидных роев, связь которых с определенными кометами не являлась общепризнанной. Это метеороидные рои Лириды, Урсиды, Андромедиды, Ориониды и ?-Аквариды, ?-Каприкорниды. В качестве комет-родоначальниц принимались кометы 1861 I, 1939 X, 1852 III (Биэлы), 1910 II (Галлея), 1954 III соответственно. На этом этапе моделирование процесса выброса вещества из ядра кометы-родоначальницы осуществлялось в самой неспокойной точке орбиты кометы — перигелии. Развитие этого метода заключалось в разработке и применении вероятностно-статистического алгоритма, моделирующего процесс выброса метеорного вещества из ядра кометы-родоначальницы в любой точке кометной орбиты. Применение методов Монте-Карло в данном случае позволило более детально исследовать вопрос о возможности образования метеороидных роев, ибо постепенное снятие ограничений при постановке задачи приближает к реальному процесс, изучаемый с помощью математических методов. В ходе исследования был выявлен характер изменений отклонений орбитальных элементов модельных частиц, выброшенных с различными скоростями, от элементов орбиты соответствующей кометы-родоначальницы при удалении точки выброса от перигелия; выявлена зависимость изменения величины этих отклонений как функции скорости выброса; определены границы интервалов скоростей выброса, ответственных за образование каждого исследуемого роя. Получены некоторые тенденции формирования метеорных роев как следствия процессов выброса, проявляющиеся при удалении точки выброса от перигелия кометной орбиты, а также специфические особенности формирования каждого из вышеназванных роев. Оказалось, что если метеороидный рой есть результат серии выбросовых процессов, возникающих при приближении кометы к Солнцу, то в нем может быть выявлена продольная лучевая структура.

К настоящему моменту разработана компьютерная технология для исследования возможности образования и дальнейшей эволюции метеороидных комплексов на значительных временны?х интервалах. Эта технология модульная. Одним из ее достоинств является принцип открытости и наращиваемости — фундаментальный принцип проектирования современных операционных систем. Это позволяет наращивать функции технологии и при необходимости легко заменять или расширять список применяемых алгоритмов. В последние годы опубликовано довольно много сведений о целом ряде малых небесных тел, наблюдавшихся в течение длительных промежутков времени, что позволяет проводить вероятностное моделирование на основе более или менее достоверных начальных данных. Так, диапазон наблюдений кометы Галлея (1910 II) охватывает 26 появлений с 1404 г. до н. э. по 1986 г. н. э., кометы Джакобини — Циннера — свыше 11 появлений, начиная с 1910 г., кометы Григга — Шьеллерупа — 18 появлений с 1907 г., комета Темпеля — Туттля II наблюдается с 1533 г., комета Понса — Виннеке — с 1819 г. и т. д. Такая ситуация позволяет использовать компьютерную технологию как один из способов изучения населенности ближнего и дальнего космоса фрагментами распада ядер родительских тел. На рис. 5.18 (см. вклейку) и 5.19 представлены некоторые результаты моделирования процесса дезинтеграции вышеперечисленных комет в определенные моменты их жизненного цикла и расположения в пространстве возникающих при этом метеороидных комплексов.

^{Рис. 5.19. Модели метеороидных комплексов в области между Землей и Марсом, образованных кометами Галлея, Джакобини — Циннера, Понса — Виннеке, Темпеля — Тут-тля и Григга — Шьеллерупа в процессе их дезинтеграции в период 1900–2000 гг. [Куликова и др., 2008]}

В сочетании с данными наблюдений метеорных потоков может быть получена вполне реальная картина заполнения определенного региона космического пространства мелкими и очень мелкими фрагментами распада более крупных небесных тел. Кроме того, результаты моделирования помогают выявить основные тенденции изменения орбитальных элементов выброшенных фрагментов и установить взаимосвязь рассматриваемых родительских комет с известными метеорными потоками.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.