Оптоелектронні дослідження космічних об’єктів методом BVRI фотометрії
Комети є найефективнішими небесними тілами у Сонячній системі. Комети - це своєрідні космічні айсберги, які з заморожених газів, складного хімічного складу, водяного льоду і тугоплавкого мінерального речовини як пилу і великих фрагментов[11].
Хоча комети подібно до астероїдів рухаються навколо Сонця по конічних кривих, зовні вони разюче відрізняються від астероїдів. Якщо астероїди світять відбитим сонячним світлом і в полі зору телескопа нагадують слабкі зірочки, що повільно рухаються, то комети інтенсивно розсіюють сонячне світло в деяких найбільш характерних для комет ділянках спектру, і тому багато комет видно неозброєним оком, хоча діаметри їх ядер рідко перевищують 1 - 5 [8].
Комети цікавлять багатьох вчених: астрономів, фізиків, хіміків, біологів, газодинаміків, істориків та ін. І це природно. Адже комети підказали вченим, що у міжпланетному просторі дме сонячний вітер; Можливо, комети є "винуватцями" виникнення життя на Землі, тому що могли занести в атмосферу Землі складні органічні сполуки. Крім того, комети, мабуть, несуть цінну інформацію про початкові стадії протопланетної хмари, з якої утворилися також Сонце і планети.
При першому знайомстві з яскравою кометою може здатися, що хвіст – найголовніша частина комети. Але якщо в етимології слова "комета" хвіст став головною причиною для подібного найменування, то з фізичного погляду хвіст є вторинним утворенням, що розвинулося з досить крихітного ядра, найголовнішої частини комети як фізичного об'єкта. Ядра комет - першопричина решти комплексу кометних явищ, які досі все ще не доступні телескопічним спостереженням, оскільки вони вуалюються навколишньогоїхньою матерією, що безперервно витікає з ядер. Застосовуючи великі збільшення, можна заглянути в більш глибокі шари газо-пилової оболонки, що світиться навколо ядра, але і те, що залишається, буде за своїми розмірами все ще значно перевищувати справжні розміри ядра. Центральне згущення, яке видно в дифузній атмосфері комети візуально і на фотографіях, називається фотометричним ядром. Вважається, що у центрі його знаходиться власне ядро комети, тобто. розташовується центр мас комети.
Туманна атмосфера, що оточує фотометричне ядро і поступово сходить нанівець, зливаючись із фоном неба, називається комою. Кома разом із ядром складають голову комети. Вдалині від Сонця голова виглядає симетричною, але з наближенням до Сонця вона поступово стає овальною, потім голова подовжується ще сильніше, і в протилежному від Сонця стороні з неї розвивається хвіст.
Отже, ядро – найголовніша частина комети. Однак, досі немає одностайної думки, що вона є насправді. Ще за часів Бесселя і Лапласа існувало уявлення про ядру комети як про тверде тіло, що складається з речовин, що легко випаровуються типу льоду або снігу, що швидко переходять у газову фазу під дією сонячного тепла. Ця крижана класична модель кометного ядра була суттєво доповнена та розроблена останнім часом. Найбільшим визнанням серед дослідників комет користується розроблена Уіплом модель ядра - конгломерату з тугоплавких кам'янистих частинок та замороженої летючої компоненти (СН4, СО2, Н2О та ін.). У такому ядрі крижані шари із заморожених газів чергуються з пиловими шарами. У міру прогрівання сонячним теплом гази типу "сухого льоду", що випаровується, прориваються назовні, захоплюючи за собою хмари пилу. Це дозволяє, наприклад, пояснити утворення газових тапилових хвостів у комет, і навіть здатність невеликих ядер комет до активного газовиділення[4].
Голови комет під час руху комет по орбіті набувають різноманітних форм. Вдалині від СОНЦЯ голови комет круглі, що пояснюється слабким впливом сонячних випромінювань на частинки голови, і її обриси визначаються ізотропним розширенням кометного газу міжпланетний простір. Це безхвості комети, що на вигляд нагадують кульові зоряні скупчення. Наближаючись до Сонця, голова комети набуває форми параболи або ланцюгової лінії. Параболічна форма голови пояснюється "фонтанним" механізмом. Утворення голів у формі ланцюгової лінії пов'язане з плазмовою природою кометної атмосфери і впливом на неї сонячного вітру і з магнітним полем, що переноситься ним.
Іноді голова комети настільки мала, що хвіст комети здається, що виходить безпосередньо з ядра. Крім зміни обрисів у головах комет то з'являються, то зникають різні структурні утворення: галси, оболонки, промені, виливи з ядра тощо.
Великі комети з хвостами, що далеко простягалися небом, спостерігалися з найдавніших часів. Колись передбачалося, що комети належать до атмосферних явищ. Це помилка спростував Браге, який виявив, що комета 1577 займала однакове становище серед зірок при спостереженнях з різних пунктів, і, отже, від нас далі, ніж Місяць.
Комети позначаються на прізвища осіб, які їх відкрили. Крім того, знову відкритій кометі присвоюється попереднє позначення за роком відкриття з додаванням літери, що вказує послідовність проходження комети через перигелій цього року.
Лише невелика частина комет, що спостерігаються щорічно, належить до періодичних, тобто. відомих за своїми колишніми появами.Більшість комет рухається дуже витягнутими еліпсами, майже параболами. Періоди звернення їх точно не відомі, але є підстави вважати, що вони досягають багатьох мільйонів років. Такі комети віддаляються від Сонця на відстані, які можна порівняти з міжзоряними. Площини їх майже параболічних орбіт не концентруються до площини екліптики та розподілені у просторі випадковим чином. Прямий напрямок руху зустрічається так само часто, як і зворотний.
Періодичні комети рухаються по менш витягнутих еліптичних орбіт і мають зовсім інші характеристики. З 40 комет, що спостерігалися більш ніж 1 раз, 35 мають орбіти, нахилені менше, ніж на 45^ до площини екліптики. Тільки комета Галлея має орбіту з нахилом, більшим за 90^ і, отже, рухається у зворотному напрямку. Серед короткоперіодичних (тобто мають періоди 3 - 10 років) комет виділяється "сімейство Юпітера" велика група комет, афелії яких віддалені від Сонця на таку ж відстань, як орбіта Юпітера. Передбачається, що "сімейство Юпітера" утворилося в результаті захоплення планетою комет, які рухалися раніше більш витягнутими орбітами. Залежно від взаємного розташування Юпітера та комети ексцентриситет кометної орбіти може як зростати, так і зменшуватися. У першому випадку відбувається збільшення періоду або навіть перехід на гіперболічну орбіту та втрата комети Сонячною системою, у другому – зменшення періоду.
Орбіти періодичних комет схильні до дуже помітних змін. Іноді комета проходить поблизу Землі кілька разів, а потім тяжінням планет-гігантів відкидається більш віддалену орбіту і стає ненаблюдаемой. В інших випадках, навпаки, комета, яка раніше ніколи не спостерігалася, стає видимою через те, що вона пройшла поблизу Юпітера або Сатурна ірізко змінила орбіту. Крім подібних різких змін, відомих лише обмеженої кількості об'єктів, орбіти всіх комет зазнають поступових змін.
При вирішенні питання про походження комет не можна уникнути знання хімічного складу речовини, з якого складено кометне ядро. Здавалося б, що може бути простіше? Потрібно сфотографувати більше спектрів комет, розшифрувати їх - і хімічний склад кометних ядер нам відразу стане відомим. Однак, справа не така проста, як здається на перший погляд. Спектр фотометричного ядра може бути просто відбитим сонячним чи емісійним молекулярним спектром. Відображений сонячний спектр є безперервним і нічого не повідомляє про хімічний склад тієї області, від якої він відбився - ядра або атмосфери пилу, що оточує ядро. Емісійний газовий спектр несе інформацію про хімічний склад газової атмосфери, що оточує ядро, і теж нічого не говорить нам про хімічний склад поверхневого шару ядра, так як випромінюють у видимій області молекули, такі як С2, СN, СH, МH, ВІН та ін, є вторинними, дочірніми молекулами - "уламками" складніших молекул чи молекулярних комплексів, у тому числі складається кометне ядро. Ці складні батьківські молекули, випаровуючись в навколоядерний простір, швидко зазнають руйнівної дії сонячного вітру і фотонів або розпадаються або дисоціюються більш прості молекули, емісійні спектри яких і вдається спостерігати від комет. Самі батьківські молекули дають безперервний спектр.
Першим спостерігав та описав спектр голови комети італієць Донаті. На тлі слабкого безперервного спектру комети 1864 він побачив три широкі смуги, що світяться: блакитного, зеленого і жовтого кольору. Як виявилося цей збіг належав молекулам вуглецю С2,достатку опинився в кометній атмосфері. Ці емісійні лінії молекул С2 отримали назву смуг Свана, на ім'я вченого, який займався дослідженням спектра вуглецю. Перша щілинна спектрограма голови Великої Комети 1881 року була отримана англійцем Хеггінсом, який виявив у спектрі випромінювання хімічно активного радикалу ціану СN.
Вдалині від Сонця, на відстані 11 а.е., комета, що наближається, виглядає невеликою туманною цяткою, часом з ознаками починається утворення хвоста. Спектр, отриманий від комети, що знаходиться на такій відстані, і аж до відстані 3-4 а.о. є безперервним, т.к. на таких великих відстанях емісійний спектр не збуджується через слабке фотонне і корпускулярне сонячне випромінювання.
Цей спектр утворюється в результаті відбиття сонячного світла від пилових частинок або в результаті розсіювання на багатоатомних молекулах або молекулярних комплексах. На відстані близько 3 а. від Сонця, тобто. коли кометне ядро перетинає пояс астероїдів, у спектрі з'являється перша смуга емісійна молекули ціана, яка спостерігається майже у всій голові комети. На відстані 2 а. збуджуються вже випромінювання тритомних молекул С3 і NН3, які спостерігаються в більш обмеженій ділянці голови комети поблизу ядра, ніж усі випромінювання СN, що посилюються. На відстані 1,8 а. з'являються випромінювання вуглецю - смуги Свана, які одразу стають помітними у всій голові комети: і поблизу ядра, і біля меж видимої голови.
Механізм світіння кометних молекул було розшифровано ще 1911г. К.Шварцшильдом та Е.Кроном, які, вивчаючи емісійні спектри комети Галлея (1910), дійшли висновку, що молекули кометних атмосфер резонансно перевипромінюють сонячне світло. Це світіння аналогічне резонансному світінню парівнатрію у відомих дослідах Ауда, який перший помітив, що при осіщенні світлом, що має частоту жовтого дублету натрію, пари натрію самі починають світитися на тій самій частоті характерним жовтим світлом. Це механізм резонансної флуоресценції, що є частим випадком більш загального механізму люмінесценції. Всі знають світіння люмінесцентних ламп над вітринами магазинів, в лампах денного світла і т.п. Аналогічний механізм змушує світитись і гази в кометах.
Для пояснення свічення зеленої та червоної кисневих ліній (аналогічні лінії спостерігаються й у спектрах полярних сяйв) залучалися різні механізми: електронний удар, дисоціативна рекомбінація та фотодисаціація. Електронний удар, однак, не в змозі пояснити більш високу інтенсивність зеленої лінії в деяких кометах, порівняно з червоною. Тому більше переваги надається механізму фотодисоціації, на користь якого каже розподіл яскравості в голові комети. Тим не менш, це питання ще остаточно не вирішене і пошуки істинного механізму світіння атомів у кометах продовжуються. До цих пір залишається невирішеним питання про батьківські, первинні молекули, з яких складається кометне ядро, а це питання дуже важливе, оскільки саме хімізм ядер визначає надзвичайно високу активність комет, здатних з дуже малих за розмірами ядер розвивати гігантські атмосфери і хвости, що перевершують своїм розмірам усі відомі тіла у Сонячній системі.