Астрономічні спостереження комети століття нові, несподівані результати
"Чандра" вивчає "Котяче око"
Останній із могікан: Отто Людвігович Струве: Осінь та зима патріарха
Проблеми сучасної астрофізики: fig1
Останній із могікан: Отто Людвігович Струве
Світова лінія Гамова
Астрономічні спостереження комети століття: нові, несподівані результати
Санкт-Петербурзький державний технічний університет
Викладаються результати спостережень комети Хейла-Боппа, яка отримала назву комети століття або великої комети, у тому числі результати спостережень, виконаних в Україні та країнах СНД. На початку статті надано історичний нарис про великих комет у минулому.
Важко знайти інший такий астрономічний об'єкт, як комета, який би викликав загальний непідробний інтерес. Вигляд комети, особливо в телескоп або бінокль, є дивовижним за красою і водночас страшним видовищем. З найдавніших часів в астрономії утвердилися і стали професійними такі терміни, як "голова" та "хвіст" комети. Комета зазвичай з'являється у вигляді слабкої туманної плями, яку і прийнято називати кометною головою. Іноді у центрі такої плями видно центральне зіркоподібне згущення, яке називають фотометричним ядром чи центром. Хвіст комети бере початок у голові чи ядрі і тягнеться у бік, протилежну Сонцю.
Малюнок 1 показує видиму траєкторію комети небесної сфери. Числа на рис. 1 показують у наведені моменти часу зоряну величину комети, що характеризує її яскравість. Як це заведено в астрономії, зменшення видимої зоряної величини відповідає зростанню яскравості небесного об'єкта. Малюнок 1 зроблено з урахуванням розрахунків, виконаних Інституті теоретичної астрономії (ІТА РАН), у Санкт-Петербурзі. Окрім незвичайної яскравості кометухарактеризує її незвичайна орбіта. Орбіта комети є дуже витягнутим еліпсом (ексцентриситете= 0,996), який має великий нахил до площини екліптики , рівним 89°,4.
Все це дозволяє віднести комету Хейла-Боппа до так званих великих комет. Як правило, блиск великих комет порівняний або навіть перевершує яскравість Юпітера або Венери, не кажучи вже про зірок. Проте яскравість не єдина особливість великої комети. Інша її характерна риса – це довжина та яскравість кометного хвоста. На рис. 2 представлена фотографія голови та двох хвостів комети, виконана В.П. Романенка у Спеціальній астрофізичній обсерваторії (САТ) РАН під час астрономічних спостережень цієї комети, у яких брала участь група астрономів із САТ РАН та Пулківської обсерваторії. Блакитним виглядає плазмовий хвіст комети.
Три фактори можуть визначати появу великої комети, тобто комети століття: а) порівняно невелика відстань у перигелії, принаймні менша ніж 1 а.е.; б) висока власна яскравість; в) сприятлива геометрія стосовно Землі. Перший із цих чинників цілком визначається орбітою комети. Відомо, що жодна з комет, що вважаються великими, не мала відстані в перигелії більш ніж 1,3 а. Чим ближче проходить комета до Сонця, тим більша інтегральна яскравість комети, оскільки ця середня інтегральна яскравість збільшується із зменшенням відстані до Сонця згідно із законом 1/r3 .
Висока власна яскравість комети також сприяє появі комети століття. Яскравість середньої комети на відстані від Землі та Сонця в 1 а. становить 6,5 зоряної величини. До великих комет, як правило, відносили комети, яскравості яких у 10, 20 і навіть у 100 разів перевершували яскравість середньої комети. КометаХейла-Боппа в перигелії мала видиму яскравість приблизно -1, що означає, що її яскравість майже в 1000 разів (!) більша, ніж яскравість середньої комети. Що стосується сприятливої геометрії, то найгірший випадок - це коли комета рухається з боку Сонця і її блиск губиться на тлі сонячного освітлення. Чудовою і досить рідкісною властивістю орбітального руху нашої комети є те, що вона рухається майже перпендикулярно до площини екліптики. Кут нахилу кометної орбіти, за даними вчених із ІТА РАН, становить 89°,4. Нагадаю, що площиною екліптики називають площину, де лежить орбіта Землі. За всіма цими характеристиками комета Хейла-Боппа, безперечно, є кометою століття.
Великі комети минулого
Починаючи з 1801 року, приблизно двадцять з багатьох сотень комет отримали назву великих або комет століття. Я назву лише деякі з них.
Першою, звичайно, слід згадати комету 1811 року, про яку писав Лев Толстой у знаменитій епопеї "Війна і мир" та поява якої на небі передувала початку вторгнення Наполеона в Україну. Коли ця комета досягла перигелія (
До інших великих комет XIX століття відносять також комету Донаті (C/1858VI) 1858 року, комету 1861 року і комету 1882 року, яка була відкрита тільки поблизу свого перигелія і проникла в глиб сонячної корони на відстань 430 000 км.
Комета Хейла-Боппа: наглядові інструменти та телескопи
Протягом багатьох років астрономи розглядали дослідження комет як дуже значну область астрономії. Тому комети спостерігали переважно лише любителі, та якщо з професійних астрономів лише ті, хто використовував невеликі телескопи. Проте за останні роки ставлення до комет різко змінилося. Для спостережень комет Хаякутаке та Хейла-Боппа був мобілізований весь потужний апарат наземної спостережної апаратури, включаючи 10-метровий телескоп Кек на Гавайських островах і величезний американський радіотелескоп (так званий Very Large Array - VLA ). Спектроскопічні спостереження було проведено з небувалим у фізиці комет спектральним дозволом = 180 000.
Список телескопів, на яких здійснювалися спостереження комети Хейла-Боппа, містить такі знамениті телескопи, як 5-метровий телескоп Паломарської обсерваторії; 4-метровий телескоп Міжамериканської обсерваторії у Серро-Тололо (Чилі); 3,8-метровий телескоп у Мауна-Кі (Гавайські острови); 3,6-метровий Канадсько-французький телескоп (Гавайські острови); 3-метровий інфрачервоний телескоп НАСА; 2,5-метровий телескоп ім. Ісаака Ньютона (Канарські острови, Іспанія) та ін. Успішні спостереження комети століття були виконані на Космічному телескопі ім. Хаббла (HST). У країнах СНД спостереження комети велися на 6-метровому телескопі (БТА) та 1-метровому телескопі Спеціальної астрофізичної обсерваторії (за програмою, запропонованою астрономами Головної (Пулківської) астрономічної обсерваторії та за їх безпосередньою участю), на 1,25-метровому телескопі обсерваторії, на 70-сантиметровому телескопі астрономічної обсерваторії Харківського університету, на 26-дюймовому рефракторі та нормальному астрографі Пулківської обсерваторії безпосередньо у Санкт-Петербурзі.
Активність комети, її хімічний склад
Характерною рисою комети Хейла-Боппа була її надзвичайна активність. Починаючи з моменту виявлення астрономи реєстрували безперервно вивергаються з її ядра газові та пилові струмені (джети), а також сферичні та конічні викиди та оболонки, арочні структури та інші утворення, що складаються з газових молекул та пилових.частинок. Іноді зазначалося існування чотирьох і більше оболонок газової та пилової матерії. Всі ці структури видно як на фотографіях, так і на зображеннях кометної голови та хвоста, отриманих за допомогою нових твердотільних приймачів випромінювання, так званих ПЗЗ-детекторів (ПЗЗ - прилад із зарядним зв'язком). Малюнок 3 є фотографією голови комети, отриману на 26-дюймовому рефракторі Пулковської обсерваторії групою співробітників під керівництвом Т.П. Кисельової; видно пилові оболонки, викинуті з ядра комети.
Слід зазначити, що викиди речовини з ядер комет не така вже й рідкість і не раз реєструвалися спостерігачами. Вся справа в тому, що в жодної іншої комети вони не спостерігалися так часто і на такій далекій відстані, а також не мали такої химерної форми (рис. 4).
Найбільшим відкриттям стало виявлення в голові комети великої кількості нових молекул, які раніше не були виявлені в інших кометах. Це сталося завдяки спектрам високої роздільної здатності, отриманим спостерігачами на великих телескопах. У табл. 1 представлений список всіх молекул, виявлених у голові комети Хейла-Боппа; підкреслено ті молекули, які виявлені в кометах вперше. Аналіз молекулярного складу голови комети дозволяє дійти невтішного висновку, що у ньому представлені майже всі молекули, які входять до складу великих молекулярних хмар нашої Галактики, у яких по справжнім уявленням, і відбувається інтенсивне народження зірок. Це підтверджує думку більшості астрономів, для якої довгий час не було необхідних експериментальних даних, що комети - це залишки тієї навколозоряної речовини, з якої народжувалися наше Сонце і всі планети.
Інша характерна риса комети Хейла-Боппа – це надзвичайно високапродуктивність молекул у голові комети, тобто кількість молекул, які випаровуються з поверхні ядра в одну секунду. Можна сказати, що навіть на великих відстанях від Сонця (7 а.е.) продуктивність основних кометних молекул (H2O, OH, CH4, CO2, NH3, CN, C2) у голові комети Хейла-Боппа була значно вищою, ніж у будь-якої комети на будь-якій відстані за останні 20 років, коли почали проводитися інтенсивні фотометричні та спектроскопічні спостереження комет. У табл. 2 представлені значення продуктивності основних молекул у голові комети Хейла-Боппа на різних відстанях від Сонця.
Нарешті, третя особливість нашої комети століття – це її напрочуд сильна запиленість.